Способ измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе и устройство для его реализации

 

Использование: для контроля окружающей среды. Сущность: в цилиндрическом конденсаторе создаются условия, при которых происходит регистрация отдельных ионов, причем ионы разной массы регистрируются на различных расстояниях от входа в конденсатор. Цилиндрический конденсатор состоит из внешнего и внутреннего электрода, воздуходувки. Причем возможно 2 варианта его выполнения: либо внешний электрод цилиндрического конденсатора состоит из двух электрически изолированных цилиндров, либо внутренний электрод состоит из двух электрически изолированных друг от друга проводящих нитей. Технический результат: раздельное измерение ионов, имеющих разные массы. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области ядерной физики и техники и может быть использовано при создании детекторов для контроля окружающей среды.

Известен способ измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе, заключающийся в просасывании через рабочий объем цилиндрического конденсатора с внешним и внутренним электродами исследуемого воздуха и измерении ионизационного тока (Физический энциклопедический словарь. т. II, 1962, с. 248, Издат. Сов. энциклоп.).

Недостатком способа является то, что он не позволяет определять концентрацию ионов различной массы в одной и той же пробе воздуха.

Целью изобретения является создание способа и устройства для измерения концентрации ионов различной массы в атмосферном воздухе.

Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в раздельном измерении ионов, имеющих разные массы.

Технический результат достигается за счет того, что в объеме цилиндрического конденсатора создают условия, при которых происходит регистрация отдельных ионов, причем ионы разной массы регистрируются на различных расстояниях от входа в конденсатор. Вблизи внутреннего электрода создают напряженность электрического поля, достаточную для ионизации молекул газа электронным ударом, образования электронно-фотонных лавин и самостоятельного самогасящегося разряда. Разряд в детекторе вызывает на его выходе электрический импульс. Число электрических импульсов за определенный промежуток времени, образующихся на определенном участке внутреннего электрода на расстоянии х от входа иона в рабочий объем конденсатора, зависит от подвижности иона и скорости прокачки воздуха. Измеряя число электрических импульсов, образованных на различных расстояниях х, определяют концентрацию ионов различной массы, имеющих различную подвижность в воздухе.

Для регистрации положительных ионов на внутренний электрод подают отрицательный потенциал и вблизи электрода создают напряженность электрического поля, достаточную для того, чтобы при нейтрализации иона у поверхности внутреннего электрода происходила эмиссия не менее двух электронов. При этом будет возникать электрический импульс большой амплитуды (~ 1 вольт).

Для регистрации отрицательных ионов на внутренний электрод подают положительный потенциал и вблизи электрода создают напряженность электрического поля, достаточную для отрыва электрона от отрицательного иона. При этом образовавшийся электрон вызывает электронно-фотонные лавины и самостоятельный самогасящийся разряд. При этом на выходе детектора возникает электрический импульс большой амплитуды (~ 1 вольт).

Таким образом, регистрация одного электрического импульса соответствует регистрации одного иона, попавшего на внутренний электрод на расстоянии х от входа в рабочий объем детектора.

Расстояние х от входа иона в рабочий объем детектора определяют резестивным методом по отношению амплитуд импульсов, возникающих на противоположных концах внутреннего электрода. Этот метод позволяет измерить спектр ионов по массам, однако техническая реализация метода сложна. Поэтому для осуществления способа измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе было реализовано устройство (п.5 формулы изобретения), состоящее (см. чертеж) из цилиндрического конденсатора 1 с внешним и внутренним 2 электродами, воздуходувки 3 и электронной схемы. На внутренний электрод подается высокое напряжение. Внешний электрод цилиндрического конденсатора состоит из двух электрически изолированных цилиндров 5 и 6, по оси которых проходит общая для них проводящая нить 2. Каждый цилиндр включен в свою электронную схему (7 и 8). Схема 7 измеряет число ионов меньшей массы, схема 8 - число ионов большей массы.

Второе устройство (п.6 формулы изобретения) отличалось от первого (п.5 формулы изобретения) тем, что внутренний электрод состоит из двух электрически изолированных друг от друга проводящих (2 и 4) нитей (см. чертеж), каждая из которых включена в свою электронную схему, измеряющую число ионов данной массы.

Формула изобретения

1. Способ измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе, заключающийся в просасывании через рабочий объем цилиндрического конденсатора с внешним и внутренним электродами исследуемого воздуха и измерении ионизационного тока, отличающийся тем, что вблизи внутреннего электрода создают напряженность электрического поля, достаточную для ионизации молекулы газа электронным ударом и образования электронно-фотонных лавин, приводящих к самостоятельному самогасящемуся разряду, измеряют число электрических импульсов за определенный промежуток времени, образующихся на различных участках внутреннего электрода на расстоянии Х от входа иона в рабочий объем конденсатора, которое зависит от подвижности иона и скорости прокачки воздуха V, и по числу электрических импульсов, образованных на различных расстояниях X, определяют концентрацию ионов различной массы, имеющих различную подвижность в воздухе.

2. Способ измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе по п.1, отличающийся тем, что для регистрации положительных ионов на внутренний электрод подают отрицательный потенциал и вблизи электрода создают напряженность электрического поля, достаточную для того, чтобы при нейтрализации иона у поверхности внутреннего электрода происходила эмиссия не менее двух электронов.

3. Способ измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе по п.1, отличающийся тем, что для регистрации отрицательных ионов на внутренний электрод подают положительный потенциал и вблизи электрода создают напряженность электрического поля, достаточную для отрыва электрона от отрицательного иона.

4. Способ измерения концентрации ионов по п.1, отличающийся тем, что расстояние Х от входа иона в рабочий объем конденсатора определяют резистивным методом по отношению амплитуд импульсов, возникающих на концах внутреннего электрода.

5. Устройство для измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе, состоящее из цилиндрического конденсатора с внешним и внутренним электродами, воздуходувки и электронной схемы, отличающееся тем, что внешний электрод цилиндрического конденсатора состоит из не менее двух электрически изолированных, расположенных один за другим цилиндров, по оси которых проходит общая для них проводящая нить, причем каждый цилиндр включен в свою электронную схему, измеряющую число ионов данной массы.

6. Устройство для измерения концентрации ионов в атмосферном воздухе, состоящее из цилиндрического конденсатора с внешним и внутренним электродами, воздуходувки и электронной схемы, отличающееся тем, что внутренний электрод состоит из не менее двух электрически изолированных друг от друга проводящих нитей, каждая из которых включена в свою электронную схему, измеряющую число ионов данной массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1