Детектор ионизирующего излучения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (и1 1 001 228 л, f

C (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 010681 (21) 3295016/18-25 с присоединением заявки ¹ —(23) Приоритет—

Опубликовано 280283. Бюллетень ¹ 8 (И1М. Кп.

H 01 J 47/00

G 01 Т 7/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33} УДК 621. 387 .. .424(088 ° 8) Дата опубликования описания 2802.83 (72) Авторы изобретения

В.Б. Элькинд и A.C. Кузгчец/

/ .;.. ;:., l

Ленинградское научно-производствЙцное -объединение "Буревестник"

f (?1) Заявитель (54 ) ДЕТЕКТОР ИОНИ ЗИ РУЮЩЕГО И 3ЛУЧЕНИ Я

Изобретение относится к устройствам регистрации ионизирующего излучения, а именно к конструкции газонаполненных приборов для регистрации мягкого рентгеновского излучения, р -излучения и о(-частиц, и может быть использовано для выполнения исследований в ядерной физике, физике элементарных частиц и в технике для применения радиоактивных источников и рентгеновского излучения, в том числе, в аппаратах рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов для эффективной регистрации мягкого рентгеновского излучения.

Известен газовый проточный пропорциональный счетчик, содержащий газонаполненный корпус с входным окном, прозрачным для ионизирующего излучения. Корпус снабжен входным и выходным патрубками для пропускания газа. Входное окно счетчика выполнено из тонкой органической пленки.

К входному патрубку через редукторпреобразователь расхода газа присоединен баллон, наполненный до высокого давления рабочим газом счетчика (термин рабочий газ используется: для газовой смеси, обеспечивающей оптимальные условия регистрации ионизирующего излучения в детекторе). К выходному патрубк присоединен масляный затвор, через который рабочий газ выпускается в атмосферу.

Для повышения эффективности регистрации мягкого рентгеновского излучения с энергией меньше 1,5-2 кэВ окно счетчика выполнв:но из полипро1ð пиленовой пленки толщиной 2-6 мкм, при этом становится существенной газопроницаемость окна счетчика (1).

Однако вследствие большой разности парциальных давлений компонентов воздуха и рабочего газа по обе стороны входного окна возникают встречные потоки указанных газов через пленку, что приводит к недопустимому изменению состава газа внутри счетчика и выходу его из строя.

Для стабилизации состава рабочего газа в счетчике непрерывно в процессе измерения создают постоянный

Поток газа из баллона с высоким давлением рабочего газа в атмосферу через редуктор-преобразователь расхода газv., входной патрубок, корпус счетчика, выходной патрубок и масляный затвор (21.

Недостатками известных счетчиков являются большой расход рабочего

1 01228 газа, необходимость использования громоздких баллонов со сжатым газом для обеспечения длительной работы и сложная система регулировки и стабилизации плотности газа, необходимые для его выпуска в атмосферу. 5

Это снижает удобство счетчиков в эксплуатации, повышает их стоимость и увеличивает габариты и нес апПаратуры, н которой они используются.

Известен также сцинтилляционный пропорциональный счетчик, содержа щий гаэонаполненный корпус с входным окном иэ тонкой органической пленки и патрубок для впуска и выпуска газа. К патрубку через вакУУмный вен- 5 тиль присоединена вакуумная система для откачки и наполнения корпуса рабочим газом. Внутри корпуса счетчика размещен калиевый геттер, поглощающий газы-примеси, проникающие н кор- О пус через гаэопроницаемое окно $3)

Недостатком такого счетчика ян ляется постоянная утечка рабочего газа через входное окно, что приводит к изменению парциального давления рабочего газа н счетчике. Поэтому. периодически необходимо перенаполнять счетчик. Кроме того, счетчик характеризуется нестабильностью в работе, поскольку его параметры зависят от внешних условий (данления и температуры).

Наиболее близким к предлагаемому является пропорциональный детектор для измерения ионизирующего излучения, содержащий заполненный рабо- 35 чим газом корпус с входным окном из тонкой органической пленки, соединенный с резервуаром, заполненным тем же газом. Оснонной составляющей рабочего газа является ксенон или 4Q криптон. Количество газа в резервуаре значительно больше его количества в корпусе, Детектор снабжен средством для обеспечения циркуляции рабочего газа через корпус детектора и резервуар 4

Недостатком этого детектора янляется изменение парциального давления рабочего газа как при изменении внешних условий (температуры и атмосферного давления), так и вследстние утечки рабочего газа через входное окно детектора и проникновения н рабочий объем детектора компонентов окружающего воздуха. Изменение температуры, данления и состава газа н корпусе приводят к дрейфу коэффициента газового усиления (до

1% на 1 С), что, в свою очередь, приводит к значительному дрейфу выходного сигнала детектора, Изменение 60 состава газа в детекторе приводит к необходимости периодической замены газа н системе детектор - резервуар, что существенно увеличивает расход газа.

Цель изобретения — сокращение расхода рабочего газа и стабилизация его состава и давления в детекторе.

Поставленная цель достигается тем, что детектор ионизирующего излучения с гаэопроницаемым входным окном, содержащий заполненный рабочим газом корпус, соединенный с резервуаром, заполненным тем же газом, снабжен гаэопоглотителем примесей, между корпусом и резервуаром установлена мембрана, площадь поверхности, толщина и материал которой идентичны входному окну, резервуар выполнен в виде основного и промежуточного объемов, соединенных между собой через преобразователь расхода газа, причем величины давлений рабочего газа в корпусе P, в промежуточном объеме Рпр и в основном объеме Росп подчиняются соотношению Рк с

Р>> 2Р < Рощ а величину объемного:расхода газа Q в преобразователе определяют из соотношения

Q=KS LPGA(+Q (1) где К вЂ” коэффициент проницаемости входного окна по рабочему газу;

S. — площадь поверхности входного о окна;

h — толщина входного окна;

ЬР70 - разность парциальных давлений рабочего газа внутри и вне корпуса детектора со стороны входного окна;

Q — объемная скорость сорбции рабочего газа, поглощаемого элементами внутри корпуса детектора.

На чертеже изображен газовый электроалюминесцентный детектор мягкого рентгеновского. излучения.

Детектор содержит вакуумно-плотный цилиндрический корпус 1, на одном торце которого расположено входное окно 2, прозрачное для мягкого рентгеновского излучения и выполненное из металлизиронанной полипропиленовой пленки толщиной 2-6 мкм.

Внутри корпуса 1 укреплены электроды 3, а на его другом торце — выходное окно 4. Внутренний объем корпуса 1 заполнен рабочим газом — ксеноном. Корпус 1 детектора снабжен размещенным в патрубке 5 нераспыляемым газопоглотителем б и соединен с резервуаром, заполненным ксеноном.

Резервуар состоит из двух обьемог: основного — баллон 7, давление газа в котором может составлять 10-40 атм, и промежуточного 8, давление газа в котором превышает парциальное давление ксенона в корпусе 1 детектора не более чем в дна раза. Корпус 1 отделен от промежуточного объема 8 мембраной 9, идентичной входному окну 2 по материалу, толщине и

1001228

40 или

Роо=2Рк Рви, (4) 60 где p„- — парциальное давление рабочего газа внутри корпуса 1;

Р— парциальное давление рабоВИ чего газа вне корпуса. l со стороны входного окна 2; б5 площади. Основной 7 и промежуточный

8 объемы резервуара соединены между собой через преобразователь расхода газа — вентиль 10.

Поскольку в детекторе имеется газопроницаемое входное окно 2, ерез которое одновременно происходят диффузия примесных газов из атмосферы внутрь корпуса 1 и диффузия рабочего газа - ксенона — из детектора в атмосферу, стабилизация соста- 10 ва и давления рабочего газа в корпусе.l достигается путем совместного использования газопоглотителя б, мембраны 9 и вентиля 10 °

Величина объемного расхода газа 15

Q вентиля 10 определяется объемной скоростью проницаемости ксенона через входное окно 2 и объемной скоростью сорбции ксенона, поглощаемого стенками корпуса 1 и внутренними 20 элементами детектора, в соответствии с выражением (1) . Кроме того, объем ный расход газа Q вентиля 10 можно рассчитать из соотношения

Q =a Ц )4Цра (2) где С вЂ” коэффициент расхода газа;

S — площадь отверстия диафрагмы преобразователя расхода газа — вентиля 10; плотность рабочего газа— ксенона;

ЬРо — разность абсолютных давлений рабочего газа в баллоне

7 и промежуточном объеме 8.

Объем баллона 7 и давление рабочего газа в нем выбирают из расчета необходимого срока службы детектора.

Кроме того, абсолютное давление в баллоне 7 должно быть все время существенно больше, чем давление в корпусе 1, так, чтобы разность Ър з менялась незначительно по мере уменьшения давления. в баллоне 7. Выполнение последнего условия обеспечивает пос IoÿнсTâо объемного расхода 45

g на период срока службы детектора.

Другим решением условия постоянства Q является регулирование S площади отверстия диафрагмы вентиля

10 — по мере уменьшения абсолютного 50 давления рабочего газа в объеме баллона 7.

Величину давления в промежуточном объеме 8 определяют из условия равенства перепада давлений по обе стороны входного окна 2 и по обе стороны мембраны 9 . к (ьи=рор Рк . (3) P — парциальное давление рабопр чего газа в промежуточном объеме 8.

Так как парциальное давление ксенона снаружи детектора пренебрежимо мало пс сравнению с парциальныь давлением ксенона внутри корпуса 1 (обычно используется ксенон чистый по ГОСТ 10219-77 с. чистотой 99,993), т.е.Р >) Р „, то выражение. (4) можно записать в видерп = 2Рк,. Это означает, что давление .рабочего rasa в промежуточном объеме 8 должно быть в два раза больше, чем парциальное давление рабочего газа внутри корпуса 1.

В общем случае давление рабочего газа в промежуточном объеме 8 должно превышать парциальное давление рабочего газа в корпусе 1 детектора не более чем в два раза и подчинят1-ся соотношению (4). Таким образом, давления рабОчего газа в корПусе основном Росн и промежуточном объемах резервуара подчиняются соотношению g рпр - 2 q >oc,í (5)

Стабилизация парциального давле ния рабочего газа в корпусе 1 детектора достигается за счет идентичности входного окна 2 и мембраны 9, а также равенство перепадов давления. рабочего газа по обеим сторонам входного окна 2 и мембраны 9.

Прн изменении температуры эксплуатации детектора сохраняется равеиство потоков рабочего газа через входное окно 2 и мембрану 9,чем обеспечивается авторегулировка поступления в детектор рабочего газа и стабилизация.его парциального давления в корпусе 1.

Для поглощения примесных газов, проникающих в корпус 1 детектора через входное окно 2 иэ окружающей атмосферы и выделяемых в процессе работы стенками корпуса .1 и внутренними элементами детектора, выбирают пористый нераспыляемый гаэопоглотитель 6 на основе титана типа СПН, размещенный в патрубке 5. Поглотители этого типа обладают большой сорбционной способностью по отношению к основным примесным газам; кислороду, азоту, окиси углерода, водороду и некоторым другим, но практически не сорбируют инертные газы, к числу которых относится ксенон - рабочий газ детектора. Параметры газопоглотителя рассчитывают исходя из необходимого срока службы детектора и суммарного объема примесных газов, попадающих в корпус 1 детектора.

Для случая газового электролюминесцентного детектора с полипропиленовым входным окном толщиной 4 мкм .

1001228

Формул а и э обре те ни я

50 детектор ионизирующего излучения с гаэопроницаемым входным окном, содержащий заполненный рабочим газом корпус, соединенный с, резернуаи диаметром 25 мм пронодят оценку требуемого количества рабочего газа и параметров газопоглотителя, который необходимо ввести ннутрь системы детектора.

Годовой объемный расход ксенона вследствие егo диффузии через входное окно 2 определяют из соотношения (1), и при нормальном давлении он составляет всего 194 ñì3.

Для поглощения примесных газов выбирают гаэопоглотитель типа СПИ состава Р 3. По расчету через входное окно 2 поступают из атмосферы поток азота, равный 2,1 ° 10 см/с, и поток кислорода, равный 2,24 . 15

10- см /с. Эти газы являются основными компонентами примесных,газов, поступающих в детектор, так как количество других составляющих газовпримесей, проникающих в детектор 2() извне и выделяющихся внутри детектора, значительно меньше диффундирующих через входное окно 2 потоков азота и кислорода. Для сорбции потокон азота и кислорода, поступающих 25 в детектор в течение одного года, требуется общая масса газопоглотителя 121,6 r. Такая небольшая масса газопоглотителя не вызывает затруднений при размещении его и конкретном о приборе, при этом требуется периодический прогрев газопоглотителя до

700 С.

Таким образом, применение изобретения позволяет создать детектор с газопроницаемым входным окном, в котором поддерживаются постоянный состав и давление рабочего газа при минимальном его расходе.

Изобретение может быть использовано в серийных проточных пропорцио- 4О нальных счетчиках рентгеновского излучения и в газовых электролюминесцентных детекторах мягкого рентгенов. ского излучения для аппаратон рентгеновского анализа. 45 ром, заполненным тем же газом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения расхода рабочего газа и стабилизации его состава, детектор снабжен гаэопоглотителем примесей, между корпусом и резервуаром установлена мембрана, площадь поверхности, толщина и материал которой идентичны входному окну, резервуар выполнен в виде основного и промежуточного объемов, соединенных между собой через преобразователь расхода газа, причем величины давлений рабочего газа в корпусе РК, в промежуточном объеме РП и в основном объеме Potн подчиняются соотношению Р сР 1 P <Р к пр к а величина объемного расхода газа в преобразонателе определяется из соотношения Ч 5 +С где,К вЂ” коэффициент проницаемости входного окна по рабочему газу;

Я вЂ” площадь поверхности входного окна;

Ы О вЂ” разность парциальных давлений рабочего газа внутри и вне корпуса детектора со стороны входного окна; л — толщина входного окна; (— объемная скорость сорбции рабочего газа, поглощаемого элементами внутри корпуса детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гоганон Д.A., Лозинский Б.С., Сиухин A.Ã. О работе проточного пропорционального счетчика мягкого рентгеновского излучения. — Аппаратура и методы рентгеновского анализа, вып. 2, Л., Машиностроение, 1967, с. 111-120.

2. Заявка Японии Р 48-57050, кл. 111 У О, опублик. 1973.

3. Eoyama К., Inoue Н., Matsuo)ca M. A Ьы11 1п potassium getter

for the scinti80 ation proportionaC

counter. — Nucf Instr. and Meth

1978, Р 148, р. 257-259.

4. Заявка Японии Р 48-5750, кл. 111 3 132, опублик. 1975 (прототип) .

1001228

Составитель B. Рахманов

Редактор А. Огар Техред N.Tenep Корректор Ю. Макаренко

Заказ 1409/62 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4