Способ регистрации треков заряженных частиц и устройство для его осуществления

 

Использование: при регистрации ядерных излучений и создании трековых детекторов заряженных частиц. Сущность изобретения: температуру центральной части дна камеры устанавливают ниже температуры плавления или температуры сублимации парообразующего вещества. При этом разность температур между стенками и центральной частью дна составляет 5-80^o. В центральном отверстии дна камеры на скользящей посадке установлен металлический цилиндр. К крышке камеры прикреплены имеющие тепловой контакт нагреватель и желоб для парообразующего вещества. 2 с.и. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерной физике и технике и может быть использовано при создании трековых детекторов заряженных частиц для исследования в области ядерной физики и техники, для контроля радиоактивности окружающей среды, а также для создания приборов, используемых в качестве учебных пособий в средней школе и высших учебных заведениях.

Известен способ регистрации треков заряженных частиц, включающий введение парообразующего вещества в камеру, создание разности температур до 80^oC между стенками камеры и центральной частью дна, приводящее к диффузии паров к центральной части дна и образованию чувствительного слоя, регистрации треков заряженных частиц в чувствительном слое [1] Недостатком способа является то, что возникающие в объеме камеры конвекционные потоки могут привести к перемешиванию смеси газа и пара, которое приводит к ухудшению качества следов. Этот недостаток устранен в прототипе [2] где для создания направленных конвекционных потоков газа между дном и стенками камеры помещен экран.

Недостатком прототипа является то, что образовавшиеся в объеме треки заряженных частиц падают на дно и исчезают. Это не позволяет получить сохраняющуюся во времени информацию о числе треков, образовавшихся в чувствительном слое за определенный промежуток времени и упавших на дно камеры. От этого недостатка свободен предлагаемый способ, отличающийся тем, что температуру центральной части дна устанавливают ниже температуры ниже температуры плавления или температуры сублимации парообразующего вещества. Благодаря этому образовавшиеся в объеме камеры треки опускаются (падают) на дно и сохраняются на дне длительное время. Например, треки, образованные в парах парафина, сохраняются на дне при комнатной температуре несколько лет. В зависимости от температурного режима в качестве парообразующего вещества используют воду, этиловый спирт, этиленгликоль, глицерин или при более высоких температурах смеси кристаллических и аморфных веществ, например, нафталина, камфары, парафина, канифоли.

Способ был реализован с помощью устройства для регистрации треков частиц, состоящего из камеры, ограниченной стенками, дном и крышкой. Внутри камеры расположен экран, отделяющий центральную часть дна от периферии. Устройство отличается от аналогом [2] тем, что дно камеры снабжено центральным отверстием, в котором на скользящей посадке установлен металлический цилиндр. Это позволяет заменить центральную часть дна в процессе измерений, что позволяет вводить в объем камеры исследуемые радиоактивные пробы и определять число треков, расположенных на поверхности цилиндра. Цилиндр с треками на его поверхности может быть сохранен для документации проведенных измерений радиоактивности. Экран и имеющий с ним тепловой контакт нагреватель прикреплен к крышке, снабженной прозрачным окном. На экране расположен желоб, в котором помещается парообразующее вещество. Стенка и дно камеры могут быть выполнены из диэлектрика, а экран из теплопроводящего материала.

Для увеличения потока пара на внутреннюю поверхность экрана нанесен материал, находящийся в контакте с парообразующим веществом в желобе. Материал смачивается парообразующим веществом.

Устройство может работать при охлаждении его дна атмосферным воздухом. Для этого устройство дополнительно снабжено окружающим его кожухом из материалов с низкой теплопроводностью. Кожух снабжен отверстием со стороны дна и крышки для обеспечения циркуляции атмосферного воздуха, охлаждающего металлический цилиндр, расположенный в центральном отверстии дна.

Устройство схематически показано на чертеже.

Металлический цилиндр 1 на скользящей посадке входит в дно камеры 2, выполненной из плохо проводящего материала (например, из плексигласа) так же, как и стенки камеры 3. Крышка камеры 4 выполнена из хорошо проводящего тепло материала и имеет прозрачное окно 5. К крышке в тепловом контакте с ней крепится экран 6 с нагревателем 7. В нижней части экрана находится желоб 8, в который помещают парообразующую рабочую смесь. Позиция 9 смачивающийся парообразующей смесью материал.

Устройство работает следующим образом.

В желоб 8 помещают парообразующую смесь. Включают нагреватель 7. Экран 6 и желоб 8 нагреваются, в результате чего рабочая смесь также нагревается и смачивает материал 9, находящийся на внутренней стороне экрана 6. Нагретая рабочая смесь испаряется и заполняет объем камеры. Нагретый экран 6 создает разность температур в горизонтальной плоскости, которая необходима для осуществления потока смеси газа от источника пара к металлическому цилиндру. Вблизи поверхности цилиндра образуется слой, в котором регистрируют треки заряженных частиц. Образующиеся треки под действием силы тяжести опускаются на поверхность металлического цилиндра и сохраняют все время, пока температура цилиндра поддерживается ниже температуры плавления или сублимации парообразующейся смеси. Для удобства определения числа треков цилиндр вынимают из камеры. Способ и устройство позволяют измерять малые активности (порядка 1 Бк/м³), что недоступно для других методов. Это обусловлено тем, что треки, образованные в различных участках объема камеры, отличаются по форме. Это позволяет регистрировать только те треки, которые связаны с изучаемым процессом. В частности, способ и устройство позволяют раздельно регистрировать альфа-частицы, образованные радоном, от альфа-частиц, образованных продуктами распада радона. (Треки от альфа-частиц, образованных радоном, более диффузны.) Металлический цилиндр 1 до установки в дно 2 камеры можно для увеличения контрастности треков охладить в морозильной камере бытового холодильника. В этом случае камера при заполнении ее воздухом с примесью этилового спирта может работать без дополнительного нагрева. Охлаждение металлического цилиндра 1 можно осуществлять и в процессе работы устройства, помещая его нижнюю часть в холодильную смесь, применяющую в обычной лабораторной практике.

Формула изобретения

1. Способ регистрации треков заряженных частиц, включающий введение парообразующего вещества в камеру, создание разности температур до 80^oС между стенками камеры и центральной частью дна, приводящей к переносу паров к центральной части дна и образованию чувствительного слоя, регистрацию треков заряженных частиц в чувствительном слое, отличающийся тем, что температуру ценральной части дна устанавливают ниже температуры плавления или температуры сублимации парообразующего вещества, при этом минимально допустимая разность температур между стенками и центральной частью дна составляет 5^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве парообразующего вещества используют воду, этиловый спирт, этиленгликоль или глицерин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве парообразующего вещества используют смеси кристаллических и аморфных веществ, например нафталина, камфары, парафина, канифоли.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют треки, расположенные на дне камеры.

5. Устройство для регистрации треков заряженных частиц, состоящее из камеры, ограниченной стенками, дном и крышкой, внутри которой расположен экран, отделяющий центральную часть дна от периферии, отличающееся тем, что дно снабжено центральным отверстием, в котором на скользящей посадке установлен металлический цилиндр, а экран, на котором расположен желоб для парообразующего вещества, и имеющий с ним тепловой контакт нагреватель прикреплены к крышке, снабженной прозрачным окном.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что стенки и дно камеры выполнены из диэлектрика, а экран из теплопроводящего материала.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что на внутреннюю поверхность экрана нанесен с возможностью обеспечения контакта с парообразующим веществом в желобе материал, смачивающийся парообразующим веществом.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено окружающим его кожухом из материала с низкой теплопроводностью, снабженным отверстиями со стороны дна и крышки для обеспечения циркуляции атмосферного воздуха, охлаждающего металлический цилиндр, расположенный в центральном отверстии дна.

РИСУНКИ

Рисунок 1