спектрометрическая ионизационная камера

Формула изобретения

Спектрометрическая ионизационная камера, состоящая из корпуса, заполненного рабочим газом, катода, на который помещается источник альфа-частиц, цилиндрических коаксиальных анода и вспомогательного электрода, экранирующего анод, отличающаяся тем, что катод выполнен из одинаковых, симметрично расположенных относительно оси камеры плоских, прямоугольных, электрически изолированных друг от друга секций, при этом электрическое поле каждой секции катода полностью перекрывает область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения и может найти применение для измерения энергий альфа-частиц.

Известна спектрометрическая ионизационная камера [1], состоящая из корпуса, цилиндрических катода с размещенным на нем источником альфа-излучения, анода и одного электрода, называемого сеткой, основным назначением которой является экранирование анода от влияния положительных ионов. С катода снимают электрические сигналы, дающие информацию об энергии альфа-частиц.

Известна также ионизационная камера [2], состоящая из корпуса, катода с размещенным на нем источником альфа-излучения, анода и одного электрода, называемого сеткой, причем катод имеет плоскую форму, а другие электроды - цилиндрическую или специальную форму.

Недостатками таких ионизационных камер является то, что ионизационные камеры с катодом цилиндрической формы дают стеночный эффект, являющийся причиной ухудшения энергетического разрешения и появления дополнительного «фона» в регистрируемом энергетическом спектре. Кроме того, как у цилиндрических камер, так и у камер с плоским катодом возникает погрешность в определении энергии альфа-частиц при измерении анализируемого источника ввиду различия условий измерений градуировочного и анализируемого источника из-за перезаполнения камеры рабочей газовой смесью или из-за различия в геометрических размерах градуировочного и анализируемого источника.

Известны также ионизационные камеры [3], содержащие помимо указанных электродов кассету с источниками, расположенную вне чувствительного объема ионизационной камеры, и устройство подведения источника к катоду. Недостатками таких камер являются большие габаритные размеры, сложность конструкции и дезактивации.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является спектрометрическая ионизационная камера [4], состоящая из корпуса, заполненного рабочим газом, цилиндрических коаксиального катода, анода и вспомогательного электрода, экранирующий анод. На катод помещается источник альфа-частиц.

Такая камера обладает невысокой производительностью, т.к. для замены источника необходимо вскрыть ионизационную камеру, заменить источник альфа-частиц и вновь заполнить камеру рабочим газом, после чего произвести регистрацию альфа-частиц. При операциях по замене источника также нарушаются условия измерений источников и, как следствие, ухудшается точность градуировки камеры по энергиям альфа-частиц.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и производительности измерений спектрометрической ионизационной камерой.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометрической ионизационной камере, содержащей корпус, заполненный рабочим газом, катод, на который помещается источник альфа-частиц, цилиндрические коаксиальные анод и вспомогательный электрод, катод разделен на одинаковые, симметрично расположенные относительно оси ионизационной камеры, плоские, электрически изолированные прямоугольные секции.

На чертеже схематично изображена конструкция предлагаемой камеры. Камера состоит из корпуса 1, заполненного рабочим газом, цилиндрических коаксиальных анода 2 и вспомогательного электрода 3, катода, выполненного из плоских прямоугольных электрически изолированных секций 4.1-4.5 и источников 7 альфа-частиц. На чертеже показан вариант ионизационной камеры, катод которой разделен на пять секций.

Симметричное расположение секций катода камеры, при равных значениях рабочего напряжения на них, обеспечивает одинаковое распределение линий напряженности электрического поля, показанных линиями 5. При прямоугольной форме секций катода напряженность электрического поля остается постоянной вдоль направления, параллельного оси ионизационной камеры.

Размер и конфигурация секций катода и источников выбраны так, что электрическое поле, создаваемое какой-либо секцией катода, полностью перекрывало область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц. Границы области ионизации показаны штрихпунктирной линией 6. При этом испускаемые источником альфа-частицы не вызывают индукции электрического заряда на других секциях катода, и электрические сигналы возникают только на аноде и секции катода, с которой испущена альфа-частица.

Если на каждую секцию катода камеры одновременно поместить по одному источнику альфа-частиц, размеры которых удовлетворяют описанному выше условию, то на аноде 2 появятся импульсы от альфа-частиц всех источников, а на каждой секции катода - импульсы, соответствующие альфа-частицам расположенного на ней источника. Если регистрировать импульсы с анода, совпадающие по времени с импульсами с одной из секций катода, то результирующий энергетический спектр будет представлять только альфа-частицы, вылетевшие из источника, размещенного на этой секции катода. Производя последовательно регистрацию сигналов с анода, поочередно совпадающих по времени с сигналами с каждой секции катода, можно последовательно провести измерение спектров альфа-частиц источников, расположенных на каждой секции катода, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе. В частности, одним из источников альфа-частиц может быть градуировочный источник, и условия измерения градуировочного и анализируемого источников являются одинаковыми. Можно также регистрировать сигналы с анода в режиме антисовпадений по времени с сигналами с секции катода, на которую помещен градуировочный источник, при этом будет регистрироваться суммарный энергетический спектр альфа-частиц, испускаемых всеми помещенными в камеру анализируемыми источниками.

На макете описанной ионизационной камеры, которая содержала катод, разделенный на пять секций, была проведена последовательная регистрация альфа-частиц пяти источников. Линейные размеры секций катода были равны 11,5×13,0 см. Источники альфа-частиц приготавливались с диаметром активной области, равной 4,0 см. На первую секцию катода был помещен градуировочный источник, на остальные - исследуемые источники, приготовленные из радионуклидов, выделенных из проб урана. Время регистрации градуировочного образца было выбрано равным 5 минутам, исследуемых источников - по 60 минут. Суммарное время измерения всех источников, включая время на одновременное помещение всех источников в ионизационную камеру, и промежуточный вывод зарегистрированных спектров составило 280 минут. Аналогичные измерения спектров альфа-частиц этих источников на существующем ионизационном блоке детектирования составили 400 минут, т.е. на два часа больше.

Таким образом, предложенная конструкция ионизационной камеры позволяет повысить производительность и точность измерений и градуировки за счет разделения катода на электрически изолированные секции, благодаря чему становится возможным провести измерение спектров альфа-частиц нескольких источников, в том числе градуировочного источника в одинаковых условиях, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе. Кроме того, т.к. градуировочный и анализируемый источник измеряется в одинаковых условиях, не возникает дополнительной погрешности в определении энергий альфа-частиц.

Источники информации

1. Прикладная ядерная спектроскопия. Сборник статей. Выпуск 5. Москва. Атомиздат. 1975 г., стр.117.

2. Авторское свидетельство СССР №284815.

3. Nucl. Instr. and Meth. V.29, №1 (1964) р.149.

4. Якунин М.И. Атомная энергия т.50, вып.5, 1981 г., стр.334-337 - прототип.