Ионизационный способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных камер с радиоактивным изотопом

 

Изобретение относится к технике измерений ионизирующих излучейий о помощью вакуумных ионизационных камер . Целью изобретения является упрощение способа и увеличение точности. Цель достигается измерением темнового тока дважды - при атмосферном давлении в объеме камеры и при вакууме в том же объеме. По измеренным темновым токам и объеме полости в междуэлектродном промежутке определяют чувствительность вакуумной ионизационной камеры к виду ионизирующего излучения и нейтронам в лабораторных условиях без использования внешнего источника излучения с погрешностями 3-10% для гамма-излучения и 5-J5Z для нейтронов. 2 ил., I табл. г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИА ЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 5 G Ol Т 1/28

:ЛФ В pg,qk6

Г Ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНР1(ТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

4 (46) 30.03,91. Бюл. II 12 (21) 4365918/25 (22) 21.01.88 .,(72) Е.К.Малышев, С.В.Чукляев и А.П.Лочинко (53) 621.387 ° 426(088.8) (56) Грудский М.Я. Ролдугин Н,Н, Смирнов В.В. Преобразование энергии фотонов в веществе и вторично-эмисионный метод измерения поглощенной дозы фотонного излучения./Вопросы атомной науки и техники. 1985, сер.

"Общая и ядерная физика", вып.3 (32), с ° 28-43.

Авторское свидетельство СССР

Р 1391318, кл. С 01 Т I/28, 1985.

Камера КНТ 54-2. Технические условия 3.399.508 ТУ 1986, Москва. (54) ИОНИЗАЦИОННЫИ СПОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВ1

Изобретение относится к технической физике, а именно — к регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано при градуировке иейтронночувствительных вакуумных камер деления, работающих с внешним источником питания по принципу регистрации медленных вторичных электронов (МВЭ), выходящих иэ материала под воздействи. ем ионизирующего излучения.

Целью изобретения является упрощение способа и увеличение точности в процессе изготовления.

Способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных ионнзационных камер с радиоактнвнъ)м

ЛЕНИЯ ВАКУУ14НЬИ ИОНИЗАЦИОННЫХ КАИ;Р

ИЗОТОПАМИ (57) Изобретение относится к технике измерений ионизирующих иэлучейий о помощью вакуумных ионизационнъ)х камер. Целью изобретения является упрощение способа и увеличение точности.

Цель достигается измерением темнового тока дважды - при атмосферном давлении в объеме камеры и при вакууме в том же объеме. По измеренным темновым токам и объеме полости в междузлектродном промежутке определяют чувствительность вакуумной иониэационной камеры к любому виду ионизирующего излучения и нейтронам в лабораторных Я условиях беэ использования внешнего источника излучения с погрешностями

5-107. для гамма-излучения и 5-!5Х для С нейтронов. 2 нл ., I табл .

2 изотопом осуществляется следующим образом.

В ионизационной камере деления измеряют объем. Ч полости в межэлектродном промежутке. Затеи ионизациокную камеру заполняют газом при фиксированном давлении или используют камеру, заполненную воздухом при атмосферном давлении. Создают разность по- с . тенциалс в между электродами и измеряют величину 1 темпового тока в и максимуме характеристики насьпцения газонаполненной ионизационной камеры с радиоактивным иэотопом. По величине I > и предварительно построенному графику определяют величину p d поверх1531679 нп1 тной плотности мзтериалз, нанесенного Ilcl электроды и содержащего ядра тяжелых изотопов. После этого иониэационную камеру вакуумируют. Создают раэность потенциалов между электродами и иэмеряют величину ?„ темнового тока в максимуме характеристики насыщения вакуумной иониэационной камеры с радиоактивным иэотопом, обусловленного ИИЭ эмиссии.

По величине pd и предварительно построенном графику определяют величину (---) sec 8 усредненных по всем

dE

pdx 15 углам вылета полных потерь энергии в приграничном слое материала покрытия на один осколок, вылетающий из споя.

По величинам 1„ н I „ рассчитывают величину x s эмиссионной способности электрода-эмиттера по формуле

РЧЛ Iu х а,——

У где Р,W — плотность газа и средняя 25 энергия ионообраэования в газе соответственно; х - удельная эмиссионная способ"

5 ность материала покрытия; а — площадь радиоактивного по- 30 крытия электрода-эмиттера;

" отношение активности материала покрытия на электроде-эмиттере к полной активности материала с радиоактивным изотопом в камере;

35 средняя величина отношения тормозных способностей материала поверхностного слоя электрода-эинттера и газа к 40 излучению ядер радиоактивных и«отопов в «амере.

dE

По величинам х s (— -) вес 6 рас

На фиг. 1 изображена зависимость темнового тока гаэонаполненной камеры 0 деления, заполненной под давлением

1 Атм аргоном, от толщины поверхностной плотности )d слоя эакиси-окиси урана (90K Ù; на фиг. 2 — зависиdE мэсть (— -) sec 8 усредненных по всем 55 dx E углам вылета полных потерь энергии продуктами деления ядер 1э U в поверх" ностном слое на один осколок, вылетанялнй и l покрытия эакнсн-окиси (1) и двуокиси (?) урана от толщины d деля. щегося слоя, выраженной в единицах

k средней длины пробегов продуктов деления, В изготовленной конструкции иониэацнонной камеры, состоящей иэ размещенных в цилиндрическом корпусе внешним диаметром 80 и толщиной стенки 0,8 мм двух электродов, выполненных из набора покрытых слоем эакиси-окиси урана (907 U) дисков из нержавеющей стали диаметром 72 мм и толщиной 0,4 мч, образующих несколько расположенных одна эа другой секций, каждая нэ которых содержит сигнальный электрод, заключенный между двумя высоковольтными электродами, измеряют обьем полости в межэлектродном промежутке (Ч !1О смэ).

После этого иониэационную камеру деления, содержащую альфа-радиоактивные ядра тяжелых изотопов, при нормальной температуре заполняют аргоном до давления 1 Атм. Средняя энергия ионообраэования W и плотность р аргона в камере соответственно равны

2,63 1О МэВ и 1,66 10 г/см . Аналогичным образом может использоваться воздух, заполняющий конструкцию при атмосферном давлении.

Затем внешним источником питания создают разность потенциалов между электродами 300 В и измеряют темновой ток I „ гаэонаполненной ионизационной камеры в максимуме характеристики насыщения, обусловленный ионизацией аргона альфа-излучением ядер радиоактивных изотопов в межэлектродном промежутке.

По величине 1 2,44 ° 10 А (0,5 отн, ед.) и графику, изображенному на фиг. I, определяют поверхностную плотность gd 0 5 10 г/см слоя закиси-окиси урана на поверхности электродов.

При условии выполнения соотношения

Брегга-Грея на линейном участке за" висимости I> от pd величина I> связана с усредненными по всем углам вылета полными .потерями энергии в газоиаполненном межэлектродном промежутке на одну альфа-частицу, вылетающую из слоя, соотношением еР dE

I — (- — ) sec8 А 1, (1)

Ws pdx d,g м

1 где А - альфа-активность материала

01 покрыти» в камере;

5 153 число альфа-частиц, вылетающих нэ покрытия;

dE

-- -) sec 6(— усредненные по всем yrdx dg

1679 6 где 2,A,,I, — атомный номер, атомный вес и потенциал иониэации аргона соответственно;

2 . .I, — атомный номер и потенциал

j y ионизации i.-ro элемента, входящего в состав закисиокиси урана соответственно;

N - число атомов i-го элемента

f в молекуле закиси-окиси урана; — молекулярный вес закиси-окиси урана, Š— энергия альфа-частиц ис15 пускаемых ядраии радиоактивного изотопа.

По графику 1 для слоя эакиси-оки си урана толщиной 0,5 иг/см опредеdE

20 ляют величину (- — ) вес9 0,5i

Я

Р7х к

i10 МэВ см /г усредненньм по всем углаи вылета полньм удельных потерь энергии продуктами деления в поверхностном слое на один осколок, вылетающий из покрытия электрода-эмиттера.

Средняя длина пробегов продуктов деления ядер 3 U в закиси-окиси урана

-4 и

%, выраженная в единицах 10 г/си равна 7, 44, Чувствительность к нейтронаи KH вакуумной камеры деления в максимуме характе;жстики насыщения тока рассчитывают по формуле лам вылета полные потери энергии на единицу длины пути в газе и на одну альфачастицу, вылетающую иэ слоя;

6 - угол вылета альфа-частиц относительно нормали к поверхности покрытия; е — заряд электрона.

После этогО камеру вакуумируют до давления остаточных газов нике l t 10 .1 Па.

Затем создают внешним источником питания разность потенциалов 300 В между электродами вакуумированной камеры деления и измеряют величину Ть l,4 l0 А.òåèíîâoãî тока в максимуие характеристики насыщения, обусловленного МВЭ, выходящими из электродаэмиттера под воздействием альфа-излучения.

dE

Величина I связана с (),,аес 8

0 р(х (.и усредненными по всем углам вылета полными потерями энергии в поверхностном слое материала электрода-эмиттера на одну альфа-частицу, вылетающую иэ слоя материала покрытия, соотношением

dE (I ex (— -) sec6 А Е 1, (2)

РЙХ e(8

dE

35 К еН /pdQQx s(---) sec8 /А, н а s р(1х Е

По величине отношения I /I„ рассчитывают величину x s no формуле

Р1(Л 1,(Х 8 ,W "I вытекающей нз (1) и (2). Здесь средняя величина отношения ториоз- 5Q ныл способностей аргона и закиси"оки(W си урана к альфа-излучению:, А /А 2.

Величину Л рассчитывают по формуле

Z 4E

1n—

Ao I

h - — — — — - ---- 1 2

Е

У t

YZ N 1п-j1 где x - удельная эмиссионная способ 6 ность материала электродаэмиттера;

A - альФа-активность материала 40

Ы покрытия на электроде-эмиттере. где Ы вЂ” число Авогадро;

А

l - относительное количество делящегося изотопа в веществе покрытия (по массе);

А — атомный вес делящегося изотола; — среднее сечение деления ядер нейтронами; — среднее число осколков, вылетающих из покрытия электрода-эмиттера на один акт деления.

Среднее число осколков N„покида" кнцих слой делящегося материала толщиной d на один акт деления в этом слое на глубине, не превышающей средней длины пробегов легких и тяжелых продуктов деления, рассчитывают в предположении, что в каждом акте деления ядер образуются легкий и тяжелый осколки с массами, энергиями и зарядаии, равными соответствующим средним

153l 679

Ъ величинам, вычисленным по спектраи легких и тяжелых продуктов деления.

В этом предполохении величина М рассчитывается с удовлетворительной точ5 постыл по формулам а

,0-а/2К,.> пр и а а К, й" - 3/2-d/2R, . при R, d 4 R w, / прн И В,„, l0 где R, 8,09;

R „, 6,47 - средние длины пробегов легких и тяиелых продуктов деления ядер В в закиси-окиси урана, иг/см .

Чувствительность к гамма-излучению К вакуумной камеры деления s максимуме характеристики насыцения тока определяют в единицах поглощенной дозы в воздухе по формуле

Иэ таблицы видно, что в пределах точности измерений величины чувствительностей совпадают.

Ка — - ex s ° 6,25 ° l0

Кю

Кв

25 где а - коэффициент ослабления пото-. ка гамма-квантов стенкой корпуса и электродной систе-, мой; ,. Х,-К „ - коэффициенты истинного по- 3О глощения энергии материалом электродов и воздуха соответственно.

Для излучения изотопного источника Co в единицах !О Кл/рад + 7 5 в условиях равновесия заряда вторичных 5 электронов.

Результаты ойределения чувствительности вакуумных камер деления по предлагаеиоиу способу и пряхин иэиеренияии приведены в таблице.

Предложенное техническое решение до сравнению с известными позволяет определять чувствительность вакуумных камер деления к любому виду ионизнруиигего излучения и нейтронаи в лабораторных условиях без использования внешнего источника излучения с погреюностяии 5-IOX для гамма-излучения и

5-15Х для нейтронов, которые определяются главный образом точностью измерений величин I„, I„ 8. Погрешности значений величин, характериэук цих свойства материалов, могут быть сведены к минииальиыи путеи предварительного анализа поступившей партии. формула изобретения

Иониэационный способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных ионизационных камер изотопами, заключающийся в том, чтб в заполненной газом при фикснрованнои давлении или воздухом при атмосферном давлении ионизационной каиере измеряют теиновой ток и определяют чувствительность к заданному виду ионизирующего излучения и нейтронам, отличающий с я тем, что, с целью упрощения способа и увеличения точности, дополнительно измеряют объем Ч полости в мейэлектроднои промеиутке, затеи иониэацианную камеру вакууиируют, измеряют теиновой ток вакууиированной иокнэационной камеры, обусловленный медленными вто" ричнимн электронами эмиссии, и по величинам объема V и теиновых токов газонаполненной и вакууиированной ионизационной камеры определяют величину эмиссионной способности электродаэмнттера, по которой судят о чувствительности вакуумной иоииэационной камеры.

1531679 р<1, IO г/см

Е„ IO Êë см

l, lO "Л

К „ IO"

Кл см

1 161! А

Помер вакуумной камеры

% г/МэВ

П р и м е ч а и и e: Ки - средняя величина К„; погрешность К„ определена при доверительной вероятности 0,95. (†-) sec д 0,5 10 МэВ см /г; д 0,76; 6 2,152 °

dE

pdx Г 10 %%смет

f,Ó

1,0

022

024

025

По пред- Прямоте лагаемому иэмереспособу ния

2,50 0,05 0,52 1,30й0,05 8,64 1,51

2,4410,05 0,51 1,37+0,05 9,33 1,59 1,6Ю,2 I 5520,20

2 40+0 0S 0 SO 1,40tO 05 9 60 1,61

1531679 е ф; h

4Ь у

МЪ

4/Jf,4 .49

Фиг.2

Составитель В.Дрыгии

Редактор О.Стеиииа Техред И,Кодеина Корректор С.Черни

° +еее

Заказ 1063 — Тирам 305 Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

«««

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Умгород, ул. Гагарина, О1