Спектрометрическая ионизационная камера Советский патент 1983 года по МПК H01J47/02 

Изобретение относится к области электронных и газоразрядных прибо-ров, применяемых в ядерной физике для регистрации и анализа альфа-излучения и деления ядер, в частности к спектрометрическим ионизационным камерам для измерения распределения по энергиям альфачастиц и осколков деления ядер.

Преимущественная область использования - применение для непосредственного альфа-спектрометрического анализа материлов окружающей среды и других малоактивных веществ, т.е. для анализа образцов без химического выделения интересующих элемен. тов с целью упрощения и ускорения определения в них малых концентраций альфа-излучающих нуклидов (соответствующих удельным акти-внйстям 108 - Ки-г), в частности, для контроля рассеяния в окружающую среду плутония предприятиями ядерной энергетики. I .

В качестве аналогов изобретения

могут быть рассмотрены спектрометрические ионизационные камеры,предназначенные для работ с малоактивными материалами ij . Эти камеры имею герметический корпус, наполняемый метанаргоновой смесью или другим рабочим газом, обеспечивающим быстрый дрейф электронов под действием электрического поля , и преимущесвенно цилиндрические, иногда плоски электроды. В связи с назначением этих камер служить для работ с малоактивньми материалами их рассчитывают на препараты, имеющие большие размеры (от 100 до 15000 см), что вызывает неудобства крепления препаратов и использования для смены их перед чувствительной областью камеры поворотных или иных механических устройств, подобных/ например, устройствам, применяемым в малогабаритных плоскоэлектродных камерах для возможности последовательных измерений нескольких препаратов без смены газа, что естественно отражается на производительности измерений. Другим недостатком указанных камер являются трудности обеспечения минимального фона,связанные с упомянутыми неудобствами крепления препаратов, а также с сетевыми помехами и-с ивнями иони зукицих частиц, вызываемыми космическими частицами больших энергий, помехами, не имеющими значения для спектрометров с малогабаритными детекторам), но играющими заметную роль в случае рассматриваемых камер у которых чувствительный объем на несколько порядков больше, а требования к фоновым условиям много жестче. Катод, на котором устанавлиБаются измеряемые препараты, держится под высоким напряжением, тогда

.как из соображений безопасности,

удобств и HexoTOpi x других предпочтительнее его держать при нулевом потенциале, а анод - при высоком. Указанная особенность аналогов связана главным образом с необходимостью использования конденсатора связи высоковольтного анода с усилителем спектрометра, с трудностями исключения вредных эффектов, вызываемых поверхностной проводимостью его диэлектрика, так как применение здесь охранных колец, подобных используемым иногда для устранения поверхностной проводимости изоляторов камер, приводит к существенным усложнениям конструкции и к увеличению паразитной электроемкости анода на землю, что отражается на энергетическом разрешении спектрометра и

потому весьма нежелательно. В наибольшей степени указанные трудности и недостатки проявляются у спектро;метрических ионизационных камер,преназначенных для работ с малоактивными материалами, в связи с тем, что для. них наиболее предпочтительной формой электродов является цилиндрическая,.требующая в сравнении с плоской более высоких разностей потенциалов порядка 3000-4000 В, а также в связи с большей зависимостью результатов измерений на этих камерах от всякого рода помех.

Ближайшим техническим решением к изобретению является спектрометрическая ионизационная камера для альфа-излучающих малоактивных материалов , состоящая из герметического корпуса, наполненного метанаргоновой смесью, и расположенных в этом корпусе катода с держателем исследуемых препаратов, источника с поворотным механизмом,анода, сеточных и корректирующих электродов , а также подключенных к электродам спектрометрических усилителей, и схем управления, отделенных от, высоковольтного элек- трода переходным конденсатором Эта камера имеет герметический к Ьрпус, наполняемый метан-аргоновой смесью. Катод камеры, позволяюЬ1Ий помещать на него один препарат с площадью до 5000 см, во время измерений поддерживается при потенциале 3500 В. Хотя во время смены препаратов высокое напряжение снимается, тем не менее гарантий от поражения им работакицего человека здесь нет. При псжющи механизма, управляющего извне, на катод может опускаться стандартный источник аЛьфа-излучения (размером 2 см)

для калибровки спектрометра.Катод изолирован от корпуса, и электрические импульсы, снимаемые с него, после усиления служат для управления анализом импульсов, снимаемых с анода, с целью устранения регистрации части фоновых импульсов,вызываемых альфа-частицами, испускаемыми с иных электродов, чем катод Анод камеры цилиндрической формы, изолированный от. корпуса, удерживаемый при потенциале, близком к потенцисшу земли, соединен через предусилитёль с основным усилителем спектрометра и далее с блоком, управляемым катодными импульсами, играющим роль линейного ключа, а такж формирователя импульсов для многоканального анализатора Для экранирования анода от влияния положительных ионов камера имеет сеточный электрод, а для. частичного исправления краевых искажений электрического поля между катодом и сеточным электродом имеет охранные кольца. Основными недостатками этой камеры являются ее низкая производительность и непригодность для серийных измерений в связи с тем, что в нее может помещаться только один исследуемый препарат, а не несколько, чтобы можно было измерять их последовательно без смены газа, а также в связи с неудобствами крепления препаратов, которые готовят на майларовых пленках (предварительно металлизированных), затем помещают на цилиндре из меллиметровой нержавеющей , имеющем диаметр 360 мм, высоту 500 мм, и вместе с ним опускают внутрь корпуса на четыре керамических столба, прикрепленных к основанию.

Цель изобретения - сокращение времени измерений и улучшение. фоновых условий при работе с малоактивными материалами.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометрической ионизационной камере для альфа-излучающих малоактивных материалов, состоящей из герметического корпуса наполненного метан-аргоновой смесью ,и расположенных в этом корпусе катод с держателем исследуемых препаратов, источника с поворотным механизмом, анода, сеточных и корректирующих электродов, а также подключенных к электродам спектрометрических усилителей, и схем управления, отделенных от высоковольтного электрода переходным конденсатором, катод выполнен в виде нескольких электрически -изoлиpoвaнныJ друг от друга секций, имеющих самостоятельные выводы из камеры для подключения их к усилителям и к схемам управления.

Для удобства крепления препаратов к секциям катода их подложки выполнены из ферромагнитного материала, а секции катода соединены с держателями, выполненными из ферромагнитного материала, анод выполнен в виде единой совокупности с переходным конденсатором, общим изолятором и общими охранными кольцами, а в качестве диэлектрика анод-койденса0тора использован материал, служащий для вакуумного уплотнения вывода. Секции катода снабжены магнитными держателями препаратов, позволяющими легко закреплять на них подложки из ферромагнитного материала.

5 Форма и размеры магнитов и магнитопроводов этих держателей соответствует геометрии катода и размерам его секций. Магнитные держатели выполнены съемными или шарнирно-соеди0ненными со стойками катода. Анализу ,с помощью многоканального анализа- тора импульсов, подлежат импульсы, возникающие на аноде, подвергнувшиеся затем усилению, формированию и

5 прошедшие линейный ключ. Управление линейным ключом осуществляется импульсами, возникающими на катодных секциях, также прошедшими усиление, формирование и схему задержки.

0

На фиг.1 изображен цилиндрический анод ионизационной камеры, являющийся одновременно внешней обкладкой 1 переходного конденсатора (на спектрометрический усилитель),

5 внутренняя обкладка 2 которого отделена от внешней твердым диэлектриком 3 типа плавленного кварца, фарфора и т.п. в виде трубки, открытой с одного конца, имеющего

0 фланец или расширение, и закрытой с другого конца. У открытого конца к внутренней обкладке прикреплен вывод 4. Обкладки, как и охранные кольца 5 и б у открытого конца,

5 выполняются путем металлизации, в частности, путем серебрения. Для подачи напряжения на анод имеется высокоомный резистор 7.

На фиг.2 изображен цилиндрический анод, также являющийся внешней-об0кладкой 1 переходного конденсатора, внутренняя обкладка 2 которого отделена от внешней диэлектриком.3 типа фторопласта или иного диэлектрика, могущего одновременно служить в качестве;вакуумного уплотнения на корпусе камеры и в качестве проходного изолятора для вывода 4. Как обкладки конденсатора 1 и 2, так и охранное кольцо б высокого -потенциала, являющееся одновременно электродом, корректирующим искажения электрического поля у конца анода, могут быть выполнены, в частности, из металлических цилиндров путем напрессования их на изолятор. На фиг.З изображен анод-конденса тор Плоскоэлектродной ионизационной камеры, который может быть выполнен или из фольгированной пластинки диэлектрика травлением, или из чистой пластинки диэлектрика 3 путем нанесения на обоих ее сторонах испарением в вакууме или другим способом металлических слоев,служащих электродами, а также с нанесенной высокоомной резисторной пле кой, связывающей анод с охранным кольцом 6 высокого потенциала, являющимся вместе с тем, электродом, корректирующим краевые искажения электрического поля, На фиг.4 представлена упрощенная схема спектрометрической -ионизационной камеры 8, имеющей три катодные секции р тремя самостоятельными выводами из камеры, и блок-схема спектрометра, приспособ ленного, в частности, для одновременного параллельного независимого анализа анодных импульсов от разны источников излучения при помощи двух анализаторов 9 импульсов. Импульсы, возникающие на секциях кат да , подключенных к усилителям 10, поступают в генераторы 11 задержан ных импульсов, управляющих линейными ключами 12, аедающих пропуска нием анодных импульсов, усиленных усилителем 13, в анализаторы 9 импульсов. На фиг.5 представлено при мерное распределение во времени Б различных каналах схемы управляющих (O-d) и анализируемых {1-h) импульсов. В более простом варианте спектро , содержащем один анализатор и. одну схему управления, ионизацион ная камера с многосекционным катодо также имеет преимущества перед известными камерами, состоящее в том что позволяет производить анализы препаратов,, помещенных в камеру на разных секциях последовательно в любой очередности или в любой комби нации, не прибегая к смене газа и к перестановке их. В варианте спектрометра с двумя управляющими каналами, содержащего схему совпадений,.совпадение импуль сов управления, возникающих в разных секциях,может быть использовано для запрета эегйстрации сетевых помех и импульсов of космических ливней, т.е. для улучшения фоновых условий при работе с малоактивными препаратами. Четкость управления анализом с помощью катодных импульсов обеспечивается опережением и более крутым фронтом управляющих импульсов в сравнении с анализируемым, а также соблюдением того условия, чтобы каждая ив ионизующих частиц, подвергающаяся анализу, индуцировала заряды достаточной величины только на той секции, с которой эта частица вылетела, и чтобы практически не индуцировала зарядов на соседних секциях. Последнее условие может быть обеспечено таким -распределением активностей на секциях катода, при котором на их границах остаются неактивные поля, имекнцие ширину порядка длины пробегов ионизующих частиц в рабочем rai3e камеры. (Естественно, что в случае подложек большого размера, рассчитанного на несколько секций, для соблюдения указанного условия достаточно будет одного общего неактивного обрамления занятых ими секций). В качестве материала для подложек может использоваться, в частности, лента из обычной стали, например марки 08 кп или 10 кп толщиной 0,1 мм. Форма и размеры постоянных магнитов и магнитопроводов держателей подложек в камере выполнены соответствен о геометрии катода и размеров его секций. Технико-экономический эффект спектромет ических ионизационных. .камер с многосекционным катоде и с анод-конденсатором в сравнении с аналогами и прототипом должен проявиться, главным образом, в виде выигрыша в производительности за счет возможности помещать в камеру вместо одного несколько препаратов, например до шести, и выполнять измерения последовательно или в комбинациях, или параллельно одновреме но не прибегая к перестановкам и смене Газа. Наиболее ощутимо выигрьои в производительности должен наблюдаться при удельных активноетяк исследуемых материалов 10 - 10 Ки/г (возможен двухкратный, трехкратнмй). При меньших же активностях ((Г) выигрыш в производихельности менее существенен, но появляется некоторый ka ecTBeHHHft въшгрьви за счет снижения фона.

/

иг.

СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА, ДЛЯ альфа-излучаюсцих малоактивных материалов, состоящая из герметического корпуса, наполненного метан-аргоновОй смесью, и расположенных в этом корпусе катода | с держателем исследуемых препаратов, источника с поворотным механизмом, анода, сеточных и корректирующих электродов, а также подключенных к электродам спектрометрических усилителей, и схем управления, отделенных от. высоковольтного электрода перё'- ходным конденсатором, отличающаяся тем, что, с целью .сокращения времени измерений и улучшения фоновых условий при работе с малоактивными материалами, катод -выполнен в виде нескольких электрически изолированных друг от друга секций, имеющих самостоятельные выводы из камеры для подключения их к усилителям и к схемам управления.2.Камера по п.1, отличающаяся тем, что, с целью удобства крепления препаратов к секциям катода, их подложки выполнены из ферромагнитного материала, а секции катода соединены с держателями, выполненными из ферромагнитного материала .3.Камера по п.1, отличающаяся тем, что, анод выполнен в виде единой совокупности с переходным конденсатором, с общим изолятором и с общими охранными кольцами,'4. Камера по п.З, отлича ю- щ ,а я с я тем, что, в качестве диэлектрика анод-конденсатора исполь- •зован материал, служащий в качестве вакуумного уплотнения вывода.$S^эо ^:/о ^:оХ)