Детектор ионизирующего излучения
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (191 (111
; (51)4 С 01 т }/28
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 1; 7%4уе 34
1 "-- . - ; -. ; фЯЕщцу
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07. 09. 89. Бюл. 9 33 (21) 3775380/24-25 (22) 27 .07.84 (72) А.П.Коротовских, С.В.Чукляев и О.И.Щетинин (53) 539..1.074.9(088.8) (56) Борисов В.Л. и др. Вторичноэмиссионные свойства магниевых и бериллиевшх сплавных эмиттеров после кратковременной активировки, ИАН, 1958, т; 22, Ф 5, с. 534.
Saelens R.G. "Tiny яашша detector
for high intensity rad1ation", Nu-.
cleonics» 1962, Р 20, р. 60.
Burke E. À. et al "Radiation - indured.lou(energy electron emission ,from шейа1в, IREE» Trans Nucl; Sei »
1970, NS 17, Ф 6, р. 193-199. (54) (57) ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий эмиттер и кол. лектор, разделенные вакуумным промежутком, отличающийся тем1 что, с целью расширения диапазона линейности амплитудной характеристики при сохранении стабильности показаний, эмиттер выполнен ив сплава, компоненты которого имеют одинако" вые работы выхода медленных втория-. ных электронов и разные химические активности, а поверхность эмиттера выполнена-шероховатой, причем сред" няя высота шероховатостей больше среднего расстояния между ними.
1222
Использованный н детекторе эмит, тер позволяет расширить диапазон ,линейности амплитудной характеристиКй детектора приблизительно н три
ЗО раза за счет уменьшения выхода медленных вторичных электронов с поверхности эмиттера и сохранения способности вольт-амперной характеристики детектора входить в насыщение при разности потенциалов между эмиттером и коллектором в несколько десятков вольт, кроме того, предложенное техническое решение позволяет сохранить стабильность показаний детекто- 4О ра под облучением, характерную для детекторов с эФиттерами, выполненными из химически чистых металлов, не покрытых окисной пленкой. Уменьшение выхода медленных электронов с шеро- 45 ховатой поверхности, в которой средняя высота шероховатостей больше среднего расстояния между ними, объясняется тем, что медленные вторич-. ные электроны, вышедшие из вещества внутрь впадин, при своем движении наружу в область дейстния электрического поля встречают намного больше препятствий, чем электроны, вышедшие из приграничного слоя гладкой поверхности. В результате этого часть медленных электронов задерживается шерохонатостями и не попадаИзобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений, а точнее — к области регистрации высокоинтенсинного излучения ядерных реакторов и ускорителей. Наиболее 5 эффективно изобретение может быть использовано при изготовлении вакуумных вторично-эмиссионных детекторов.
Целью Изобретения является расширение диапазона линейности амплитуд- 10 ной характеристики и сохранение стабильности показаний детектора.
Детектор ионизирующего излучения содержит эмиттер и коллектор, разделенные вакуумным промежутком, эмиттер выполнен из сплава, компоненты которого имеют одинаковые работы выхода медленных вторичных электронон и разные химические активности, например сталь 12Х18Н10Т, пермолой 76YiXg, 20 сталь Х14МЗТ и т.д., а поверхность эмиттера сформирована протравливанием н химическом растноре и отжигом в вакууме шероховатостей, причем средняя высота шероховатостей больше 25 среднего расстояния между ними.
054 2 ет н межэлектродный промежуток.
На фиг. 1 изображена схема детектора ионизирующего излучения; на фиг. 2 — его характеристика. насыщения при отрицательном потенциале . на эмиттере.
Детектор ионизирующего излучения состоит из размещенной н вакуумированном металлическом корпусе 1 системы электродов. Материалы электродов — сплавы, у которых за счет раэ" ной химической активности создаются шероховатые понерхности при травлении. Кроме того, компоненты сплава должны обладать свойством, одинакового выхода медленных вторичных электронов. Это — нержавеющие стали
12Х18Н10Т, Х1ЧМТ, пермолой 76МХД.
Можно использовать другие материалы, отвечающие этим требованиям. В предложенном примере электроды выполнены иэ аустенитной нержавеющей стали
12Õ18Í10Ò. Один иэ электродов является эмиттером 2, а другой — коллектором 3 медленных вторичных электронон (в зависимости от знака разности потенциалов, созданной между ними внешним источником питания 4}. Электроды соединены токоведущими проводниками. с соответствующими электровводами 5, вваренными н корпус детектора. Поверхности электродов выполнены шероховатыми со средней высотой шероховатостей, большей среднего расстояния между ними. Формирование поверхностей электродов осуществляли следующим образом.
Электроды помещали в водный раствор NaOH и Na 60-70 С производили их очистку от загрязнений и масел, оставленных на них после механической обработки. Окончательное обезжиривание электродов произнодили в ультразвуковой .ванне при частоте 20 кГц, в которую помещали электроды на 5-7 мии. Химический раствор ванны аналогичен приведенному выше. После обезжиринания электроды промыли в проточной воде н течение 5-7 мин. Промытые электроды поместили в химический раствор, содержащий 30 мл НС1, 100 мл NHO и 400 мл Н О в котором при температуре 100+5 С в течение 120 с проводили их контурное травление с целью снятия зау1222054 иент змисс ных ВЭ 10 см имечание 0,97 Эмиттер изготовлен согласно прототипу Ть 0,9 Fe 1,7 1,7 1,2 2,1 2,1 Нернавеищаа сталь 12X t 88107 Ъ Эмнттер изготовлен оогласно изобретению 0,47+0,05 тика насыщения описанного детектора 6, полученная на изотопном источнике гамма-квантов о Со при отрицательных потенциалах U на эмиттере. При )Ut 7 30 В наклон кривой характеристики составил 0,034X/В. Предложенный детектор ионизирующего излучения по сравнению с прототипом позволил уменьшить выход медленных вторичных электронов из металлического эмиттера приблизительно в три раза (см. таблицу) и сохранить способность вольт-амперной характеристики входить в насыщение при разности потенциалов между эмиттером и коллектором 20-30 В. Коэффициент эмиссии медленных вторичных электронов (ВЭ) из эмиттеров детекторов, изготовленных со- 20 ,гласно прототипу и согласно изобретению представлен в таблице. На основании этого можно заклю-.— чить, что выполнение детектора ионизирующего излучения описанным выше образом позволяет pBcIIIHpHTb диапазон линейности амплитудной характеристики примерно в три раза по отношению к детекторам с эмиттерами, выполненными из химических чистых металлов. Действительно, наличие предела линейности амплитудной характеристики вторично-эмиссионного детектора обусловлено экранированием внешнего Материал змиттера Атомный номер электрического. поля, созданного внешним источником питания я межэлектродном промежутке, объемным зарядом медленных вторичных электронов, эмиттируемых в этот промежуток. Например, в детекторах с межэлект-. родным зазором 0,2 мм при разности потенциалов между эмиттером и коллектором 400 В экранирование объемным зарядом проявляется при токе через вакуумный промежуток 0,25 А/см, который возникает в детекторе из Fe (2 при мощности дозы 1,7 IO рад/с, а в предлагаемом детекторе при мощности дозы гамма-излучения 5,3 з 10 рад/с. Кроме того, при испытании предлагаемого детектора в жестких термои радиационных условиях изменений его чувствительности обнаружено не быпо. Ввиду того, что использованная в качестве материала эмиттера сталь содержит в своем составе элементы с приблизительно равными ве" личинами работы выхода медленных вторичных электронов, не следует ожидать изменений чувствительности детектора, вызванных диффузией атомов в поверхностном слое эмиттера в процессе длительной эксплуатации детектора. Следовательно, предложенное техническое решение позволяет сохранить стабильность показаний детектора под облучением. сенцев, возникших при механической обработке. После контурного травления электроды промывали н проточной воде в течение 2 ч. Окончательную промывку завершали последовательным споласкиванием электродов в трех ваннах дистиллированной воды. После этого. электроды высушивали в шкафу в течение 5-7 мин при температуре 100-120 С. Подготовку поверхности электродов начинали с возобновления операции по промывке электродов, которую проводили в течение 15-20 с. Затем производили промывку электродов последовательно в трех ваннах дистиллированной воды. После этого электроды протравливали в химическом растворе, .содержащем 50 мл HgSOq, 50 мл HNOg, 100 мл НС1, 100 мл НэРОг и 200 мл Н О. Трав — ление осуществляли в течение 7-10 с при 100+5 C, Затем электроды промывали в проточной воде в течение 2 мин. Далее, для снятия шлама и формирования шероховатой поверхности элек-, троды помещали в раствор, содержащий 650 мл HF и 4Ю мл HNOg, Температуру раствора устанавливали 18о 30 С, а травление производили в те- . чение 30-60 мин. Критерием окончания формирования поверхностного слоя с требуемой степенью шероховатости служило образование равномерной по всей площади электрода матовой поверхности. В процессе контакта хромоникелевой стали с указанным выше раствором кислот с наибольшей скоростью растворяются частицы карбидов хрома и специальных стабилизирующих добавок. Неодинаковые химические активности компонентов этого . сплава приводят к образованию на его поверхности микрошероховатостей, 1 среднее расстояние между которыми меньше их средней высоты. 2S После образования шероховатой ,поверхности электродов осуществляли их промывку. После этого электроды высушивалй. Высушенные. электродьг затем помещали в вакуумную печь, в которой при температуре 900+50 С и остаточ -5 ном давлении газов в печи 10 10" Торр в течение 30 мин производили их отжиг с охлаждением в печи. 1222054 4 В процессе отжига снимаются внутренние напряжения и частично устраняются дефекты кристаллических решеток, которые при эксплуатации детектора в жестких термо- и радиационных условиях могут привести к изменениям структуры поверхностного слоя эмиттера, а следовательно, выхода мед-. ленных вторичных электрьнов. Кроме того, при отжиге стабилизированной стали происходит перевод углерода из карбидов хрома в карбид титана; освободившийся хром необходим для создания определенного уровня корро1 зионной стойкости и предотвращения межкристаллитной коррозии. Приготовление поверхности электродов завершили протравливанием в химическом растворе, которым устранили возможные загрязнения сформированной шероховатой поверхности и частично растворили карбиды титана, обладающие шалой химической стойкостью. После этого электроды вновь промывали. В завершение электроды высушивали. Вакуумирование детектора после сборки электродной системы в корпус.. производили н вакуумной печи при 450 С. При такой температуре .происходит дегазация поверхностей элект-. родов, корпуса и других узлов конструкции детектора. Отпайку откачного штенгеля выполняли по истече-. нии б ч, при этом давление остаточных газов в детекторе не превосходи-4 ло 10 Торр. Описанный детектор ионизирующего излучения работает по принципу регистрации медленных вторичных.электродов, выходящих с поверхности змиттера и межзлектродный промежуток 45 под действием гамма-излучения. При создании внешним источником питания разности потенциалов между эмитте з ром и коллектором в цепи детектора течет электрический ток, обусловленный этими электронами. Величина 50 электрического тока пропорциональна мощности дозы, поглощенной в материале эмиттера, и площади эмиттирующей поверхности. Коэффициент пропорциональности называется коэф. фициентом эмиссии и характеризует эмиссионную способность эмиттера, т.е. выход медленных вторичных электронов. На фиг. 2 показана характерис! 222054 Составитель С.Кондратенко Редактор С.Коляда Техред И.Попоунч Корректор В.Синицкая Заказ 6796 Тираж 483 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород. ул. Проектная, 4
