Ионизационная камера
Иллюстрации
Реферат
Союз Советскнк
Социалистических
Республик
< 199277 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 270365 (21) 949760/26-25 р ц К з с присоединением заявки Мо
Н 01 j 47/02
G T 1/14
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДН 621 . 386.. 08 (088.8) Опубликовано 3011,82, Бюллетень ЙВ 44
Дата опубликования описания 29. 12. 82 (72) Автор изобретения
И. П . Мысев (71) Заявитель
Союзный научно-исследовательский институт приборостроения (54) ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА
Известные устройства для абсолютных измерений потока энергии пучков гамма-квантов и электронов путем интегрирования переходной кривой по глубине материала (квантометры) не обеспечивают достаточную чувствительность и точность измерений в широком интервале энергий и сложны в изготовлении.
Для повышения чувствительности и точности измерений в широком интервале энергий в предложенной ионизацион.ной камере передняя стенка выполнена ,в виде цилиндрического тела с плоским основанием и фронтальной поверхностью, 1с образованной некоторым числом пар геликоидных поверхностей с общим началом и противоположным направлением, переходящих в плоскости, перпендикулярные оси тела, совпадающей с осью камеры.
На фиг. 1 изображена предложенная ионизационная камера в разрезе; на фиг. 2 — передняя стенка камеры в случае измерения гамма-пучков относительно малых энергий (до 5 МэВ) и пучков электронов; на фиг. 3 — передняя .стенка камеры в случае измерения гаммаквантов с энергией свыше 5 МэВ.
Иониэационная камера состоит из коаксиально расположенных передней стенки 1.и задней стенки 2, образующих рабочий объем 3 в виде колодца.
Передняя стенка выполнена в виде цилиндрического тела с плоским основанием 4 и фронтальной поверхностью 5, образованной некоторым числом пар геликоидных поверхностей 6 с общим началом и противоположным направлением,переходящих в плоскости 7, перпендикулярные оси 8 тела, совпадающей G осью камеры .
В основе работы ионизационной камеры как и квантометра лежит определение падающей энергии Е излучения путем интегрирования переходной кривой по формуле
E = А S 1(Е) )Е,. А = y w gz/g, где у — массовая тормозная способность вещества блока передней стенки с атомным номером z и плотностью g относительно газа с плотностью g, заполняющего полость рабочего объема; с((Р) — ионизационный заряд, приходящийся на единицу глубины рабочего объема плоскопараллельной ионизационной камеры с передней стенкой с толщиной е у
w — энергия образования одной пары ионов (34 эВ).
199277
В случае определения потока энергии под g следует пбнимать ионизационный ток.
Рассмотрим два случая.
1 . Оси параллельного пучка излучения и передней стенки камеры совпадают, Подакиаий пучок можно формально йредставить в виде бесконечно большого числа элементарных секторов,.с vrлом раствора каждого равным d)4. Интег; рйрование по Ю осуществляется за счет .
1 и того, что при изменении, толщина передней стенки меняется от 0 до L, причем Lq выбрано достаточно большим, чтобы при такой толщине .практически полностью поглотить излучение.
Вычисления показывают, что заряд
Q, измеряемый камерой с глубиной рабочего объема а,, будет пропорционален Е только в том Случае, когда пу ок аксиально симметричен (в том чис-. ле однороден по сечению, имеющему фор-;. 20 му круга) и поверхность передней стен ки 8 (9) имеет форму .винтовой (геликоидной) поверхности с произвольным числом заходов п (e(Р) = Ч>.
При этом передняя стенка камеры может быть как неподвижной, так и вращающейся относительно своей оси. Чув- ствительность камеры ($< = Q /Е) составляет Q
2. Параллельный пучок излучения падает на переднюю стенку камеры, которая приведена во вращение, причем ось в ращения параллель на я оси пучка .
Интегрирование по E для каждого бес — конечно малого элемента поперечного сечения пучка, а, следовательно, и для всего пучка осуществляется за счет вращения уередней стенки камеры 40 переменной толщины. В этом случае пропорциональность межцу Q и Е будет иметь место при условии, что угловая скорость вращения ы постоянна, и однс из оснований передней стенки также, 45 как и в "l случае, имеет форму винтовой поверхности (< (P) = Ч),.
Чувствительность камеры такая же, что50 и в первом случае.
Переднюю стенку, имеющую фоРму. как изображено на фиг. 2, целесообраз но испольэовать при регистрации гамма-излучения с относительно малыми .15 энергиями гамма-квантов (дб 5 МэВ) и электронного излучения практически любых энергий. Для увеличения чувствительности камеры и уменьшения веса ее передней стенки в случае регистра-60 ции гамма-излучения относительно больших энергий (выше примерно 5 МэВ) можно изготовить переднюю стенку камеры несколько меньших размеров, чем это требуется для полного поглощения из- 6 лучения. Так как ослабление .гамма-излучения с толщиной материала в осевом направлении происходит по показательх ному закону с наименьшим для данного вещества коэффициентом ослабления (,и),,для компенсации утечек излучения в .этом направлении достаточно заменить часть винтовой (геликоидной) поверхности, соответствующей сектору с углом раствора
Л 4 = 2 Л/ (и (1+ ф L 2) ), на плоскость, параллельную основанию, как показано, например, на фиг. 3. В этом случае
) )
2 1 (где L 2 — наибольшая толщина передней стенки), а чувствительность $.> камеры с глубиной, рабочего объема а в первом и втором случаях составляет а, /(A(L2 + .+ ) )
Этот закон справедлив, а вместе с тем и переднюю стенку, аналогичную фиг. 3, можно применять лишь в том случае, если в спектре гамма-излучения имеются энергии, большие той, при которой коэффициент ослабления минимален. Для тяжелых элементов эта энергия лежит в диапазоне от 3 МэВ (свинец) до 8 МэВ (железо) .
Компенсация утечек излучения в радиальном направлении обеспечивается выполнением в виде колодца рабочего объема камеры. Ширина hV объема оп2 ределяется по формуле:, ЬЧ2 = 2а2(1 + / -Г 2) / ЬЬ2(2 + +L2) ) °
При измерейии электронных пучков и гамма-пучков с энергиями квантов примерно до 5 МэВ принимается
hV< = 2а.,/P L
Некоторые рекомендации по выбору параметров камеры.
Переднюю и заднюю стенки желательно изготовить из материала, имеющего наименьшую зависимость у от энергии вторичных электронов, а в случае регистрации гамма-излучения — кроме того, наибольшую величину pq . Подходящим материалом является, например, олово (2 = 50) .
О выборе L говорилось выше. Выбор толщины Ь2 (которую для увеличения чувствительности и уменьшения веса желательно иметь наименьшей) будет зависеть от той точности, с которой известно /А. (например при 10% неопределенности в значении,и для обеспечения точности интегрирования в 1Ъ достаточно иметь,к L2> 1,5) .
Для исключения возможной ошибки вследствие рассеяния вторичных элект199277 ронов и гамма-квантов винтовые (геликоидные) поверхности следует располагать попарно, как показано, например, на фиг. 2 и 3, а число пар желательно иметь наименьшим (n = 2) .
В качестве примера могут служить параметры камеры, предназначенной для измерения гамма-излучения с энергией от 3 МэВ и выше! z = 50;р.Т. = 1,51
L<58 мм; а 10 мму hV< 9,5 мм; Ь 72
Б 0,8 мкК (Дж) или мкА (Вт) . l0
Таким образом, вследствие применения передней стенки специальной формы устройство обеспечивает повышение точности измерения энергии гамма-излучения, так как при измерении выпол-)5 няется плавное, а не ступенчатое (как в квантометре) интегрирование переходной кривой. Устройство обеспечивает также регистрацию электронного излучения. При условии правильного выбо < ра материала стенок чувствительность устройства остается постоянной в ши,роком интервале энергии гамма и электронного излучения.
При работе ионизационной камеры различают два случая:
l. Камера неподвижна или вращается вокруг своей оси. Камера устанавливается точно по оси аксиально симметричного пучка излучения. Ионизация в камере измеряется .электрометричес- ким усилителем тока или заряда.
2. Камера или ее передняя стенка равномерно вращается вокруг своей оси. Пучок излучения может иметь любую форму и любое распределение интенсивности по Сечению и может находиться на произвольном расстоянии от оси камеры при условии, что ось камеры параллельна оси пучка и пучок не выходит за пределы передней стенки 40 камеры, В обоих случаях по ионизационному току камеры определяется поток энергии излучения (т.е. энергия, проходящая в единицу времени через поперечное сечение пучка) . При стабильной во времени интенсивности излучения ток камеры в первом случае будет постоянным, а во втором — пульсирующим с частотой 2ftr4n.
При изменении заряда, накопленного в течение некоторого времени, определяется энергия излучения, прошедшая через поперечное сечение пучка за это же время. При этом во втором случае время измерения должно быть много больше 1/2лып или же в момент окончания измерений толщина стенки в направлении оси пучка должна быть точно такой же, как и в начальный момент времени. Если источником излучения является электронный ускоритель, то это не налагает каких-либо дополнительных требований при работе в первом случае, а во втором — приводит к ограничению угловой скорости вращения камеры.
Формула изобретения
Ионизационная камера для абсолютного измерения потока энергии пучков гамма-квантов и электронов путем интегрирования переходной кривой по глубине материала, содержащая коаксиально расположенные переднюю и заднюю стенки, образующие рабочий объем в виде колодца, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений в широком интервале энергий, передняя стенка выполнена в виде цилиндрического тела с плоским основание и Фронтальной поверхностью, образованной некоторым числом пар геликоидных поверхностей с общим началом и противоположным направлением, переходящих в плоскости, перпендикулярные оси тела, совпадающей с осью камеры.