Способ измерения спектров линейных передач энергии тяжелых заряженных частиц

Способ измерения спектров линейных передач энергии тяжелых заряженных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕДАЧ ЭНЕРГИИ ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ при помощи диэлек рических трековых детекторов, включанлций экспонирование детекторов в потоках частиц с неизвестными значениями линейных передач энергии (ЛПЭ), их одностороннее травление, поиск и измерение геометрических параметров треков частиц, определение по измеренным длинам треков значений ЛПЭ в соответствии с известной калибро вечной зависимостью, о т л и ч ающ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений ЛПЭ в сторону больших значений при сохранении заданной точности измерений и нижней границы диапазона, стррОну , не подвергаемую травлению, защищают от воздействия растворатравителя с помощью материала, не подверженного травлению и не допускающего проникновения травйтеля на защищаемую сторону детектора, в том числе и через сквозные отверстиятреки , соответствунлр1е частицам с большими значениями ЛПЭ, измеряют образовавшиеся в процессе травления сквозные треки в виде правильных усеченных конусов и по их геометрическим параметрам определяют значения ЖЭ в области больших значений.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCK0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

L (21) 3410467/18-25 (22) 23.03.82 (4.6.) .07.03.88. Бюл. Ф 9 (71) Научно-исследовательский институт медико-биологических проблем (72) Г.П. Герцен, С.А. Дашин, В.Е. Дудкин и А.И. Иаренный (53) 621.387.424(088 ° 8) (56) Попов В.И. Методы ЛПЭ-спектрометрии ионизирукнцих излучений. N., Атомиздат, 1978, с.6-25.

TET variation. measurements behind

differud absorber thicknesses on

Cosmos - 1129 satellite. — Adk Брасе .

Res, v. 1, р.55.-60, COSPAR, 1981, Auth.D.Hashegan and al.

Патент США У 3770532,кл.156-7, опублик. 1973. HZE partial particle radiation

studies aboard Cosmos-782 Health

Physs 1978, v ° 35, У 5, р. 643-648, 0uth Е.V. Bentor and а1. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕДАЧ ЭНЕРГИИ ТЯЖЕЛЫХ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ при помощи диэлектрических трековых детекторов, включающий экспонирование детекторов в.„Я0.„1080626 (51)4 G 01 Т 5 10 потоках частиц с неизвестными значениями линейных передач энергии (ЛПЭ), их одностороннее травление, поиск и измерение геометрических параметров треков частиц, определение по изме-. ренным длинам треков значений ЛПЭ в соответствии с известной калибро ночной зависимостью, о т л и ч а. юшийся тем, что, с целью расши-. рения диапазона измеряемых значений

ЛПЭ в сторону больших значений при сохранении заданной точности измерений и нижней границы диапазона, сто рону, не подвергаемую травлению, защищают от воздействия растворатравителя с помощью материала, не Е

С2 подверженного травлению и не допускающего проникновения травителя на защищаемую сторону детектора, в том числе и через сквозные отверстиятреки, соответствующие частицам с большими значениями ЛПЭ, измеряют образовавшиеся в процессе травления сквозные треки в. виде правильных усе. ченных конусов и по их геометрииес- 00 ким параметрам определяют значения 4 )

ЛПЭ в области больших значений.

1080626

Изобретение относится к области ядерной физики и дозиметрии, в част- ности к проблеме регистрации тяжелых зараженных частиц диэлектрическими трековыми детекторами, и может найти применение для измерения спектров тяжелых ядер космического излучения либо от ускорителей.

Измерение спектров линейных передач энергии (ЛПЭ) ионизирующего излучения, воздействующего на различные объекты, необходимо для количественной интерпретации наблюдаемых эффектов и .нормирования условий работы с излучениями.

Для измерения спектров ЛПЭ используются различные детекторы, чувствительность которых является однозначной функцией ЛПЭ. К ним относятся 20 .газовые пропорциональные счетчики, низкоэффективные счетчики Гейгера, ионизационные камеры, сцинтилляторы, трековые приборы. Трековые приборы— ядерные фотоэмульсии очень удобны 25 и широко применяются в условиях измерений, когда ограничены размеры, вес, энергопитание применяемых приборов, например, при проведении измерений в космосе. 30

Однако ядерные фотоэмульсии имеют относительно узкий рабочий диапазонот десяти долей до нескольких десятков килоэлектронвольт. Использование набора фотоэмульсий е различными по 35 рогами регистрации позволяет получать спектры ЛПЭ менее трудоемким способом и в более широком интервале величин

ЛПЭ, однако и в этом случае, из-за

oTcfTñTÂaÿ низкочувствительных Фото 40 эмульсий, верхний предел измерений

ЛПЭ не превосходит 100 кэВ/мкм.

Вместе с тем диапазон значений

ЛПЭ>100 кэВ/мкм существенен при анализе радиационного воздействия косми-45 ческих лучей на космонавтов и в ряде других ситуаций.

Известен способ измерения спектров линейных передач энергии (ЛПЭ) тяжелых заряженных частиц с помощью диэлектрических трековых детекторов, основанный на однозначной зависимости между значением.ЛПЭ частицы и размерами трека, образуемого частицей в месте пересечения поверхности де55 . гектора при соответствующих условиях обработки детектора. Детектор экспонируют в потоке частиц (ТЗЧ) с неизвестными значениями ЛПЭ, при этом частицы, проходя через материал детектора, разрушают структуру вдоль своих траекторий, создавая области скрытых нарушений - "латентные треки". В процессе обработки пленочных детекторов в специально подобранных химических растворах (травление) вдоль этих областей на обеих поверхностях пленки появляются пустотелые конусы, направленные вдоль траекторий частиц навстречу друг другу— треки, причем размеры конусов при заданном режиме обработки зависят главным образом от ЛПЭ частиц в местах взаимодействия с материалом детектора. На фиг.1 изображены детектор 1, треки 2,3. Измерив под микроскопом длину конуса L (трек 2) и зная. длительность травления, можно рассчитать среднюю скорость травления вдоль трека VT. Поскольку между величинами

V и ЛПЭ частицы существует однозначная возрастающая зависимость, вид которой определяется из калибровочных измерений длин конусов, это позволяет измерять спектры ЛПЭ.

Однако указанный способ обеспечивает измерение значений ЛПЭ частиц лишь в довольна узком диапазоне. Наличие нижней границы измеряемого. диапазона ЛПЭ пор. обусловлено пороговым характером регистрации ТЗЧ в диэлектрических трековых детекторах— частицы со значением ЛПЭ<ЛПЭ пор. не производят в материале детектора радиационного нарушения, достаточного для последующей визуализации с.помощью травления, и в процессе просмотра под микроскопом не наблюдаются. Ограничение измеряемого диапазона ЛПЭ сверх ЛПЭ гр. объясняется тем, что при значениях линейных передач энер гии вьппе некоторых граничных ЛПЭ гр. в пленочном детекторе образуется сквозной трек 3 в виде слившихся ко-. нусов, что делает невозможным измерение длины каждого конуса в отдельности, а следовательно, вычисление значений ЛПЭ)ЛПЭ rp. Определить длину каждого конуса в отдельности для такого сквозного трека путем измерения дополнительных геометрических параметров (например, измеряя диаметр трека в наиболее узкой его части) также не представляется возможным, поскольку после слипания конусов в лвоцессе дальнейшего травления форма

1080626 трека 3 все более отличается от конической. .Образования сквозных конусов можно было бы избежать путем уменьшения длительности травления либо посред5 ством изменения условий травления.

Однако в этом случае снижается точность измерения длин конусов, соот ветствующих частицам с малымн эначе- 10 ниями ЛПЭ, значительная часть таких треков вообще остается невыявленной, что приводит к смещению вправо нижней границы диапазона ЛПЭ гр. и, в конеч- . ном счете, к уменьшению диапазона измеряемых значений ЛПЭ.

Существенно расширить диапазон

ЛПЭ может одностороннее травление детекторов. В этом случае образование сквозных конусов в детекторе происхо- 20 дит при значительно больших значениях ЛПЭ (трек 3), что позволяет под: нять верхнюю границу диапазона ЛПЭ гр. без снижения точности измерений и нри постоянном значении нижней гра- 25 ницы диапазона ЛПЭ пор. Кроме того, при одностороннем травлении детекто-. ра появляется возможность измерять значения ЛПЭ практически для всех сквозных треков., Для этого необходимо одну из сторон детектора полностью изолировать от воздействия растворатравителя например, с помощью плотно прилегающей самоклеющейся ленты-скотча. В этом случае равномерный доступ раствора-травителя во все участки сквозного трека обеспечивает формирование сквозных треков 4 в виде правильных усеченных конусов (фиг.2).

Измеряя входные Д, и выходные Д диаметры треков, можно вычислить их пал-. ,40 ную длину L и по ней определить Ч и ЛПЭ; Применение таких измерений в сочетании с односторонним травлени» . ем позволяет расширить диапазон измеряемых значений ЛПЭ в 3,-4 раза.

Известен способ, обеспечивающий одностороннее травление детекторов, облученных тяжелыми. ионами с известными значениями ЛПЭ при помощи калиброванного источника и применяемых

s.êà÷åñòâå микрофнльтров. В процессе травления одна иэ сторон детектора контактирует с веществом, способным пРекращать травление. Это вещество может. быть по отношению к травителю, нейтрализатором либо нейтральной средой. В процессе травления при -образовании сквозного отверстия травитель контактирует с нейтрализатором нли нейтральной средой и в месте контакта травление прекращается. Использование такой улучшенной методики позволяет получать небольшие отверстия 5, однородные по размерам (фиг.3), т.е. значительно повысить качество микро-. фильтров.

Однако применение такого способа одностороннего травления при измерении спектров ЛПЭ не позволяет определять значение ЛПЭэЛПЗ гр. для . сквозных треков, поскольку в этом случае они будут иметь форму, существенно отличающуюся от конической.

Достоинство методики, применяеиой

I при изготовлении микрофильтров (одинаковые по величине выходные отверстия треков), является недостатком при измерении треков с заранее неиз- вестными значениями ЛПЭ, поскольку процесс травления в различных частях сквозного трека 6 идет неодинаково (фиг.3). Вблизи выходного отверстия травление приостановлено, концентрация травителя нулевая; здесь процесс . травления не идет. В верхней части трека концентрация травителя обычная, средняя для всего объема раствора здесь трек травится обычным образом.

Травление промежуточных частей трека происходит неравномерно в зависимости от концентрации травителя, обусловленной, в свою очередь, взаимной диффуэией растворов.травителя н нейтрализатора. В результате образуются треки неправильной, воронкообразной формы. Вычислить для них длину трека и определить ЛПЭ не представляется возможным.

Известны способы, обеспечивающие одностороннее травление детекторов, 1 например, путем -расположения детектора на поверхности раствора-травителя либо использования его в качестве днища или стенок ванны с раствором. Но все эти способы не могут обеспечить защиту от воздействия травителя противоположной стороны детектора при образовании сквозных треков. Так, при размещении пленочного детектора на поверхности травителя практически невозможно подобрать глубину погружения пленки, при которой треки протравливались бы до конца, но при этом ни капли раствора не.попадало бы на.противо- положную поверхность.

1080626

Наиболее близким к изобретению является способ измерения спектров

ЛПЭ тяжелых зараженных частиц с помощью диэлектрических трековых детекторов, включающий экспонирование детекторов в потоках частиц с неизвестными значениями ЛПЭ, их одностороннее травление, поиск и измерение геометрических параметров треков частиц, расчет по измеренным длинам треков значений ЛПЭ в соответствии с известной калибровочной зависимостью.

Основной недостаток этого способа — возможность измерения значений

ЛПЭ только в довольно узком диапа-. зоне.

Целью изобретения является расши,рение диапазона измеряемых значений",20

, ЛПЭ в сторону больших sначений при сохранении заданной точности измерений спектра и нижней границы из- меряемого диапазона в области малых значений ЛПЭ пор.

Цель достигается тем, что в способе измерения спектров ЛПЭ тяжелых зараженных частиц при помощи диэлектрических трековых детекторов, включающем экспонирование детекторов в пото- ках частиц с неизвестными значениями

ЛПЭ, их одностороннее травление, поиск и измерение геометрических пара,метров треков частиц, расчет по измеренным длинам треков значений ЛПЭ в соответствии с известной калибровочной зависимостью, в процессе травления пленочных детекторов сторону, не подвергаемую травлению, защищают от воздействия раствора-травителя с помощью материала, не подверженного травлению и не допускающего проникновения травителя на защищаемую сторону детектора, в том числе и через сквозные отверстия-треки, соответствующие частицам с большими значениями ЛПЭ, измеряют образовавшиеся в процессе травления сквозные треки в виде правильных усеченных конусов и по их геометрическим параметрам определяют

ЛПЭ в области больших значений.

В качестве материала, не подверженного травлению, может быть применена самоклеющаяся лента-скотч. После травления расчет полной длины каждого сквозного трека производится на осно- 55 ванин измерений входного Д, и выходного Д, диаметров трека, имен щего правильную коническую форму.

Способ заключается в следующем.

Пленочные диэлектрические трековые детекторы, экспонированные в потоках

ТЗЧ с неизвестными заранее значениями ЛПЭ (например в космических лучах) подвергаются одностороннему химическому травлению в условиях, оптимальных для обработки данного типа детектора. Перед травлением на одну из сторон каждого детектора плотно наклеивается специальный скотч, основа и клеющий слой которого не подвержены разрушению в процессе травления, После травления непрозрачный скотч удаляется и детекторы просматриваются под микроскопом в проходящем свете.

В процессе просмотра для несквозных треков измеряются .герметические. параметры входного отверстия и длина проекции видимой части конуса. Для сквозных конусов дополнительно измеряются параметры выходного отверстия трека. После этого для всех треков вычисляется значение полной длины конуса L, по которой, на основании калибровочной зависимости, определяется значение ЛПЭ. Таким образом, применение предложенной методики обработки и просмотра детекторов позволяет построить спектр ЛБЭ практически по всем частицам, зарегистрированным в детекторе.

Hp и м е р. Диэлектрические тре-. ковые детекторы из нитрата целлюлозы Кайа1 Pathe СА 80-15 толщиной

100 мкм, полностью аналогичные применяемым в .способе-прототипе, экспонировались на орбитальной станции

"Салют-6" в потоках частиц с неизвестными значенияьы ЛПЭ. В ходе эксперимента "Интеграл", одной из целей которого являлось определение спектров ЛПЭ тяжелых ядер внутри оболочки станции, детекторы в течение длительных промежутков находились в различных .местах корабля. После полета бы- ло обеспечено их одностороннее травление при условиях, полностью аналогичных тем, которые изложены в .прототипе (2,5 н..водный раствор NaOH температура 40 С, время травления

10 ч). Перед травлением одна из сторон каждого детектора (не подвергаемая. травлению) была заклеена само-. клеющейся лентой Pressure Sensitive

Таре Scotch, основа и клеющий слой которой не разрушаются при воздействии раствора-травителя. Просмотр

1080626 детекторов под микроскопом показал, что сквозные треки имеют форму правильных усеченных конусов. В ходе . просмотра производились поиск и иэме5 рения геометрических параметров треков частиц, т.е, образовавшихся в процессе травления сквозных треков в виде правильных усеченных конусовt длины проекции видимой части трека, диаметров входного и выходного отверстий.,После просмотра для каждого трека была вычислена его полная длкна и по ней определено значение ЛПЭ в области больших значений. Калибровочные измерения и определение зависимости скорости травления вдоль трека от ЛПЭ быпи проведены на детекторах, облученных на ускорителе тяжелых заряженных частиц. Химическая

20 обработка калибровочных и исследовательских детекторов проводилась одновременно в идентичных условиях. При построении спектра ЛПЭ по результатам измерений выяснилось, что границы диапазона измеряемых значений ЛПЭ частиц существенно .расширились в об- ласти больших значений, значения ЛПЭ зарегистрированных частиц лежали в пределах 100<ЛПЭ, кэВ/MKM SOO (в способе-прототипе 100<ЛПЭ, кэВ/мкмс200)., 1

Таким образом, применение предложенного способа измерения спектров линейных передач энергии позволяет без ущерба для точности в несколько раз расширить диапазон измеряемых

ЛПЭ в области больших значений по сравнению со способом-прототипом.

1080626

Техред П.Сердюкова Корректор О. Кравцова

Редактор Н. Сильнягина

Заказ 996 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам йзобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ф

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4