Сферический пропорциональный счетчик
Иллюстрации
Реферат
Ъ ьет ватно- i(...,. М%
О П И --А--"Н-"И- зьзоВю
ИЗОБРЕТЕН И
Союз Соаетскин
Социалистические
Республик
К АВТОБУСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ (6!) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 05.04.76 (2!) 2343725/2 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 05. 12.78Бюллетеиь (45) Дата опубликования описания 20. г (5!) М. Кл
Н 01 1 30/2<3
G 01 Т 1/18
Государственный ноынтет
Соаета Мнннстрое СССР ео делам нэобретеннй н отнрытнй (53) УПК 621.387..42(088.8) (72) Авторы изобретения
П. Н. Белоногий и А. Н. Харламов
Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт и Ленинградский институт ядерной физики АН СССР (7!) Заявители (54) СФЕРИЧЕСКИЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ
СЧЕТЧИК!
Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики и может быть использовано для спектрометрических измерений ионизирующих излучений, а также для моделирования процессов передачи энергии в радиобиологии и радиационной физике, например, для проведения ЛПЭметрических, микродозиметрических измерений и для создания эталонного метрологического прибора.
Известны сферические пропорциональные счетчики (СПС) — тканеэквивалентный
СПС Росси, тканеэквивалентный многонитевой СПС и СПС с геометрией электродов Бенжамина (1J, (2J и (31 . Эти счетчики кроме анода и сферического катода содержат в своей полости дополнительные электроды для создания вблизи анода области электрического поля, близкой к полю цилиндрического конденсатора, что способствует стабилизации коэффициента газового усиления вдоль анода. Пля этого используются сетка в виде спирали, натянутой по цилиндрической поверхности коаксиальной аноду в счетчике Росси, сетка в виде нескольких стержней нли нитей, натянутых по образующим цилиндрической поверхности коаксиальной аноду в. многонитевом счетчике, две металлических таблетки на концах анода в счетчике Бенжамина.
В перечисленных счетчиках имеется ряд недостатков, обусловленных наличием дополнительных электродов в полости. В счетчике Росси спираль находится в под10 вешенном состоянии, легко приводится в колебательное движение, в связи с чем при измерении спектров наблюдаетсн значительный микрофонный эффект. Сетки в счетчике Росси и многонитевом счетчике имеют конечную прозрачность, что приводит к потере части электронов при измерении спектров, кроме того между витками спирали счетчика России и между нитями многонитевого счетчика наблюдается значительное провнсанне поля, нз-за чего поле счетчика имеет значительные отклонения or поля цилиндрического конденсатора даже вблизи анода, «ro приводит к дополнительным флуктуациям коэф563084 фициента газового усиления и искажениям спектров. В счетчике Ьенжамина с помощью таблеток производится коррекция поля лишь на ограниченных участках вблизи таблеток и на некотором фиксированном ф расстоянии ог анода. Поле в таком счет чике отлично от поля цилиндрического конденсатора практически во всей полооти, за исключением некоторого фиксированного расстояния or анода, которое к тому.1О мсе точно не определено, что накладывает дополнительные ограничения нв воэможности использования подобных счетчиков.
Наиболее близким к изобретению по техническойсушности являетсясферический Ъ$ пропорциональный счетчик, который можно назвать также многокатодным или сеточно-кв годным пропорциональным счетчиком, в котором поле, подобное полю цилиндрического конденсатора, может быть созда- М но разделением сферического катода на сегменты, определяемые плоскостями перпендикулярными аноду, и поддержанием каждого сегмента при потенциале, соответствующем его среднему радиусу в ци- И линдрическом поле (4 J .
В гаком счетчике используется большое количество катодов, обеспечивающих дис-. кретное задание потенциала в полости.
Между катодами необходимо испольэовать прослойки иэ диэлектриков, не нарушая при этом формы полости и вакуумных свойств счетчика. В связи с этим счетчик сложен конструктивно и трудно добиться высокой повторяемости результатов от счетчика к счетчику. Кроме гого, дискретное задание потенциала в полости приводит к значительным краевым эффектам и связанным с ними исквжениям спектров.
Цель изобретения — улучшение спект ромегрических характеристик счетчика путем создания непрерывного цилиндрического поля во всей полости, подобно полю цилиндрического конденсатора, без введения в полость дополнительных электродов.
Это достигается тем, что цилиндрическое поле во .всей полости пропорционвль ного счетчика сездвегся в результате выполнения сферического катода с толщиной, изменяющейся обратно пропорционально косинусу взимутального угла, и падения потенциала в материале катода при прохождении через него электрического тоcs.
Катод изготавливается из токопроводящего материала с высоким удельным сопротивлением, например из TOKotlpoBoIIHIIleãî гквнеэквиваленг ого пластика.
На чертеже изображен сферический пропорциональный счетчик.
Предлагаемый счетчик содержит анод 1, на который подается напряжение Оо, катод 2 счетчика, изгоговленн.чй из тканеэквивалентного пластика, толщина катода изменяется по закону 6(6) =С/cos О (где
С - произвольная константа), электрод 3, через который нв катод подается потенциал, соответствующий потенциалу цилинд рического поля в точке нахождения этого электрода, металлический электрод 4, на который подается потенциал U О.
При стремлении углами к толщина
2 катода стремится к бесконечности так быстро, как и значение функции C(coaS или, что то же самое, сопротивление прохождению тока стремится к нулю, что позволяет нам при некотором угле 8о оборвать частично катод и ввести туда металлический электрод 4, сопротивление которого практически равно 0. Нержатель 5 катода, изготовлен из диэлектрика, например иэ непроводящего тканеэквиваленгного пластика, часть держателя при углах меньших&, соприкасается с полостью сче1 чика, что обеспечивает разрыв анодно-кагодной цепи.
Сферический пропорциональный счетчик работает следующим образом.
При включен; и счетчика в качестве спектрометра, т.е. при обеспечении необходимого газового наполнения, например тквнеэквивалентного, и подключения необходимых электронных схем, на анод подается требуемое напряжение 0о, электр род 4 звземляется, в на электрод 3 подается напряжение, соответствующее потенциалу цилиндрического поля в точке нахождения электрода 3, т.е.
Ell 51п &q
0«0 едЪЩ где — радиус анода, Я вЂ” радиус катода, Ю вЂ” взимугвльный угол выхода элекг» рода 3 в полость счетчика.
При этом по материалу катода пойдет ток 1,а нв поверхности полости зв счет падения напряжения установится потенциал, подобный потенциалу цилиндрического конденсатора, анод которого совпадает с анодом счетчика, а радиус катода равен
R . Счетчик при помещении его в поле излучения будет производить необходимые измерения.
0ля доказательства цилиндричности поля в счетчике рассмотрим падение нвпря563084 жения в элементе катода, ограниченном углами9и 9 +89 i и рассмотрим подобное же падение напряжения на воображаемой поверхности s цилиндрическом конденсаторе, совпадающей с поверхностью % рассматриваемого элемента катода. Совпадение рассматриваемых величин и будет доказательством цилиндричности поля.
Пля элемента катода имеем уравнение е(е) х Я
4Ь R 2(ae Ь ав
2К (R+ )K(8)5(n9 2ХС Фя & (1)
dU i% — C,®9"-С etre дв 2йС 1 Ф где i -ток, идущий по материалу катода;
S-удельное сопротивление материала катода; 26
6(9) = С/cos Э -толщина катода.
Поле цилиндрического конденсатора описывается уравнением бп г/й о, г р производя замену переменной г= R sin 0 имеем
6nsin О
U(e) ° u =С Knsjne (Э2 о 6тзг /R л i 30 дифференцируя уравнение (3) по 0 . имеем — =С с1 О.
3U (4) г
Очевидно, что уравнения (1) и (4)
3$ совпадают с точностью до константы, т.е. ноле в полости счетчика подобно полю цилиндрического конденсатора, что и требовалось доказать.
Использование одного катода выгодно
40 отличает предлагаемый счетчик от укаэанного прототипа, так квк счетчик проще конструктивно и может производиться серийно с достаточной степенью повгоримости. Кроме того, непрерывное поддержание цилиндрического поля тоже ааег положительный эффект, так как уменыпвюгся краевые эффекты, что способствует стабилизации коэффициента газового усиления вдоль анода. Область ударной ионизвции может изменяться беэ ограничений в пределах полости, что способсгвуег увеличению коэффициента газового усиления при регистрации малых импульсов. Сравнительная простота конструкции позволяет изгс гавливать мини-счетчики и эксплуатировать их в полевых условиях.
Формула изобретения
Сферический пропорциональный счетчик, состоящий из анода и сферического катода, о т.л и ч в ю шийся тем, что, с целью улучшения спекгрометрических характеристик счетчика путем создания непрерывного цилиндрического поля во всей полости, катод счетчика выполнен из токопроводящего материала с высоким удель ным сопротивлением,. например тквнеэквивалентного пластика с толщиной, обратно пропорциональной косинусу азимутального угла.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.Н.H.Rossi, W.Rosånãæeiö А Device
for т. пе hAeasurernent of Dose asa Fvno,tion о1 specific Qonization" .RadioPogs,i955,66,р 4О+
2. Брегадзе Ю. Н. и др. Экспериментальное исследование физических аспектов качества излучения. Сб. Вопросы микродоэимегрии, М., Агомиздвт, 1973, с. OR.
3. Р-Ю. Benjamin et аЕ. МисЕеог 3пь гцments and rnetods,1968, ч 59, nls 4, р.77. а.BraO L.À.and ЕИе1 Ф.Н."ionization in Solid опт г1д-V4afted Detectors ". Radiation Research,)973,ч 5i, Ns З,р.$69563084
Составитель И. Лвчнев
Редактор Т. Колоддева Техрец ff. Лицрейчук Корректор А. Власенко
Заказ 6976/51 . Тираж 918 Подписное
104ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ПИЦ Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4