Детектор альфа-излучения

Детектор альфа-излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерения интенсивности α-излучения и может быть использовано для определения интенсивности α-излучения образцов материалов.

Известно устройство для детектирования наличия α-частиц на поверхности металлических предметов (Патент США №4426580, G 01 Т 1/18, G 01 N 23/00, 1987 г.). Оно содержит герметизируемый корпус с входной, детекторной и выходной камерами, через которые проходит транспортер с исследуемыми предметами.

Известно также устройство для измерения интенсивности α-излучения модели «4950», фирма Spectrum Sciences Inc. (США). Оно содержит герметичный корпус с герметизируемым окном для загрузки исследуемого образца и заполняемый рабочим газом, расположенный внутри корпуса датчик излучения в виде пропорционального счетчика и подвижный образцедержатель.

Недостатком известных устройств является низкая чувствительность и эффективность регистрации α-излучения из-за регистрации детектором α-активности стенок корпуса во время измерения фона прибора, а также вследствие регистрации неконтролируемых загрязнений прибора, возникающих в результате загрузки образца с воздуха. Практически на детекторе типа «4950» эти загрязнения и изменения α-активности могут достигать 0,001-0,003 распада с 1 кв.см в час.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение по патенту США №2003/0030444 A1, кл.G 01 N 27/62 от 13.02.03 г. В этом устройстве имеется герметичный корпус с герметизируемым окном для загрузки исследуемого образца, и заполняемый рабочим газом, расположенный внутри корпуса датчик излучения в виде полупроводникового счетчика, образцедержатель, подвижный экран, а также блоки питания и преобразования сигнала. Образцедержатель установлен между внутренней поверхностью корпуса и датчиком излучения и выполнен подвижным в направлении к датчику излучения с возможностью фиксации на заданном расстоянии от его активной поверхности. Перед измерением образцедержатель фиксируется в одном положении для размещения образца на минимальном (достаточном для прохода экрана между образцом и датчиком) расстоянии от датчика излучения без изменения указанного расстояния в процессе измерений.

Недостатком устройства-прототипа является низкая чувствительность и эффективность регистрации α-излучения из-за регистрации детектором α-активности стенок корпуса во время измерения фона прибора, а также вследствие регистрации неконтролируемых загрязнений экрана, возникающих в результате загрузки образца с воздуха и заполнении корпуса газом.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение чувствительности аппаратуры и ее эффективности за счет устранения влияния на показания прибора неконтролируемых загрязнений экрана и внутренних поверхностей корпуса, возникающих в результате попадания воздуха и пыли во время загрузки образцов и заполнения корпуса газом.

Данный технический результат достигается тем, что в детекторе α-излучения, содержащем герметичный корпус с герметизируемым окном для загрузки исследуемого образца и заполняемый рабочим газом, расположенный внутри корпуса датчик излучения в виде пропорционального счетчика, образцедержатель, установленный между внутренней поверхностью корпуса и датчиком излучения и выполненный подвижным в направлении к датчику излучения с возможностью фиксации на заданном расстоянии от его активной поверхности, блоки питания и преобразования сигнала, согласно изобретению внутренние поверхности корпуса расположены на расстоянии от активной поверхности датчика излучения, не меньшем длины пробега λ_пр α-частицы с максимальной энергией, а максимальное удаление опорной поверхности образцедержателя от активной поверхности датчика излучения выбрано равным s≥λ_пр+t, где t - размер исследуемого образца в направлении перемещения. Кроме того, образцедержатель может быть выполнен так, что его размеры в направлении, перпендикулярном направлению перемещения, меньше соответствующих размеров исследуемого образца.

Выполнение корпуса детектора α-излучения с внутренними поверхностями, расположенными на расстоянии от активной поверхности датчика излучения, не меньшем длины пробега λ_пр α-частицы с максимальной энергией, позволяет устранить влияние α-активности материала корпуса на показания аппаратуры, поскольку α-частицы, излучаемые материалом стенки камеры, а также пылью, осевшей на ее внутреннюю поверхность, и активным газом, адсорбированным этой поверхностью, не попадут в активную зону датчика излучения и не будут зарегистрированы, т.к. длина их пробега в рабочем газе меньше или равна λ_пр.

Выполнение образцедержателя подвижным в направлении к активной поверхности датчика излучения в условиях герметизированного корпуса дает возможность помещать испытуемый образец в нужную зону при измерении α-активности. Размещение опорной поверхности образцедержателя на максимальном удалении от датчика излучения, не меньшем s≥λ_пр+t, где t - размер исследуемого образца в направлении перемещения, позволяет измерять уровень фона, т.е. сумму трех составляющих - уровень фона космического излучения, уровень активности конструкции детектора и уровень активности рабочего газа, заполняющего камеру.

Кроме того, выполнение образцедержателя с поперечными к направлению перемещения размерами, меньшими соответствующих размеров исследуемого образца, обеспечивает устранение влияния α-активности материала образцедержателя на показания детектора в положении измерения, поскольку выступающие за края образца опорные поверхности образцедержателя создают дополнительный фон, который к тому же зависит от степени перекрытия образцом указанной опорной поверхности, т.е. от размеров образца. Устранение этого фона способствует дополнительному повышению эффективности аппаратуры.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция предлагаемого детектора α-излучения; на фиг.2 - форма выполнения образцедержателя.

Детектор α-излучения (фиг.1) содержит герметичный корпус 1 с герметизируемым окном 2 для загрузки исследуемого образца 3 материала. Последний размещается на образцедержателе 4, выполненном подвижным в направлении к датчику 5 излучения с возможностью фиксации в заданном положении. Датчик 5 излучения выполнен в виде пропорционального счетчика с использованием, например, многонитевых электродов рамочного типа, подключенных к блокам питания и преобразования сигнала (на фиг.1 не показаны). Корпус 1 детектора выполнен так, что его внутренние поверхности удалены от активной поверхности датчика излучения на расстояние, не меньшее длины λ_пр пробега α-частиц с максимальной энергией, испускаемых стенками корпуса, образцедержателем, посторонними частицами и адсорбированным активным газом, например радоном, загрязняющими камеру. Кроме того, максимальное удаление опорной поверхности образцедержателя 4 от активной поверхности датчика 5 выбрано из условия s≥λ_пр+t, где t - размер исследуемого образца в направлении перемещения. Образцедержатель 4 может быть выполнен с размерами в направлении, перпендикулярном направлению перемещения, не превышающими соответствующих размеров испытуемого образца, т.е. так, что опорная поверхность образцедержателя не выступает за края образца (фиг.2).

Устройство работает следующим образом. Образцедержатель 4 (фиг.1) устанавливается в нижнее положение (обеспечивающее максимальное удаление образца от датчика излучения 5), после чего через герметизируемое окно 2 корпуса 1 на рабочую (опорную) поверхность образцедержателя устанавливается испытуемый образец 3. После герметизации окна 2 внутренний объем корпуса 1 заполняется рабочим газом и производится измерение уровня фона внутри корпуса. При этом благодаря удалению внутренней поверхности корпуса 1 и образцедержателя 4 с образцом 3 от активной поверхности датчика 5 излучения на расстояние, не меньшее чем длина λ_пр пробега α-частицы с максимальной энергией, датчик излучения фиксирует только три компоненты фона прибора - фон космического излучения, фон конструктивных элементов детектора, фон рабочего газа. При этом α-активность стенок камеры и загрязнений внутренних поверхностей корпуса не регистрируется. После измерения фона образцедержатель 4 перемещается в верхнее положение (образец 3 - на минимальном расстоянии от датчика 5 излучения, пунктир на фиг.1; обычно расстояние между образцом и датчиком излучения составляет 2-5 мм) и производится измерение суммарной интенсивности излучения фона и образца.

Чтобы исключить влияние активности материала образцедержателя 4 на показания аппаратуры во время измерения α-активности образца 3, поперечные размеры образцедержателя (т.е. размеры в направлении, перпендикулярном направлению перемещения, фиг.2) могут быть выбраны меньшими соответствующих размеров испытуемого образца.

Предлагаемое устройство позволяет не только повысить его чувствительность и эффективность, но и уменьшить время измерений, т.к. исключается процесс загрузки образца с воздуха после измерения фона. Кроме того, устранение влияния α-активности образцедержателя на показания прибора дополнительно повышает точность измерений.

Детектор α-излучения, содержащий герметичный корпус с герметизируемым окном для загрузки исследуемого образца и заполняемый рабочим газом, расположенный внутри корпуса датчика излучения в виде пропорционального счетчика, образцедержатель, установленный между внутренней поверхностью корпуса и датчиком излучения и выполненный подвижным в направлении к датчику излучения с возможностью фиксации на заданном расстоянии от его активной поверхности, блоки питания и преобразования сигнала, отличающийся тем, что внутренние поверхности корпуса и образцедержатель с образцом, при максимальном удалении последнего от активной поверхности датчика излучения, расположены от этой поверхности на расстоянии, не меньшем длины пробега α-частицы с максимальной энергией, а образцедержатель выполнен так, что его размеры в направлении, перпендикулярном направлению перемещения, меньше соответствующих размеров исследуемого образца.