Ионизационная камера

Изобретение относится к электронной технике, точнее к детекторам излучения рентгеновских экспонометров и приборам дозиметрического контроля, которые используются как в промышленной, так и медицинской рентгенологии. Технический результат - расширение арсенала технических средств измерения физических параметров ионизированного излучения за счет обеспечения возможности синхронного измерения трех типов доз (кожная, доза на хрусталике и тканеэквивалентная). Ионизационная камера содержит полый корпус, заполненный газом, с входным рентгенопрозрачным окном, внутри которого находятся измерительные электроды, плоскость рабочей поверхности которых параллельна плоскости входного ока, и охранный электрод, состоит из трех секций, расположенных последовательно друг за другом вдоль геометрической оси корпуса камеры, при этом в каждой секции электроды выполнены в форме соосно расположенных центрального круга и внешней окружности, причем материалы электродов подобраны таким образом, что их потенциальные барьеры, образованные двойным электрическим слоем на границе соприкосновения поверхности материала электрода и газа, образуют собственное электрическое поле между этими электродами внутри измерительного объема камеры, а охранный электрод имеет форму полого цилиндра, которым является корпус камеры. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электронной технике, точнее к детекторам излучения рентгеновских экспонометров и приборам дозиметрического контроля, которые используются как в промышленной, так и медицинской рентгенологии.

Известна ионизационная камера, содержащая рабочую камеру, заполненную азотом с входным и выходным окнами закрытыми соответственно высоковольтным и собирающим электродами, подключенными к стабилизированному источнику электрического напряжения (Радиационная дозиметрия под редакцией Н.Г. Гусева и К.А. Труханова.- М.: Иностр. Литература, 1958. - С. 33).

Известна также ионизационная камера, содержащая полый корпус из диэлектрика с входным и выходным окнами, закрытыми соответственно высоковольтным и собирающим электродами, подключенными к стабилизированному источнику электрического напряжения, между которыми находится охранный электрод (Рентгенотехника Справочник, Том 1 под редакцией В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 447).

Известна также ионизационная камера, состоящая из расположенных напротив и изолированных друг от друга собирающего и высоковольтного электродов, а также охранного электрода, представляющего собой металлический корпус камеры, причем собирающий электрод, расположенный первым по ходу пучка рентгеновского излучения, выполнен из рентгенопрозрачного изоляционного материала, на который нанесено металлическое покрытие, например, из Ni, Сu, Zn, а высоковольтный электрод выполнен из изоляционного материала с нанесенным на него тканеэквивалентным покрытием (С) (Патент RU 2125752 от 1999 г).

Основными недостатками вышеуказанных камер являются ограниченные возможности их использования из-за влияния металлического электрода на спектр проникающего излучения, проявляемого подложками высоковольтного и собирающего электродов, а также низкая помехозащищенность от электростатических и электромагнитных полей. Поэтому известные камеры применяются исключительно в нормальных условиях и позволяют измерять разные типы облучения (кожная доза, доза на хрусталике и тканеэквивалентную дозу) последовательно во времени, что при работе с не стабильными источниками излучения приведет к высоким погрешностям измерения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является ионизационная камера, состоящая из охранного, двух высоковольтных и собирающего электродов, при этом собирающий электрод размещен между высоковольтными электродами и разделяет камеру на две полости (А.с. СССР 113964, кл. Н01J 47/02, 1958), которая была выбрана нами в качестве прототипа.

Недостатками этого технического решения является меньший динамический диапазон в сравнении с предлагаемым решением и принципиальная невозможность проведения синхронных измерений доз (кожная доза, доза на хрусталике и тканеэквивалентнтная доза), что при работе с не стабильными источниками излучения приведет к высоким погрешностям измерения или потребует использования трех камер одновременно. Кроме того, в конструкции прототипа необходимо наличие высокостабилизированного электрического напряжения питания электродов камеры (не менее 0,02%) для обеспечения высокой точности измерения, так как нестабильность питающего напряжения (ее переменная составляющая накладывается на измеряемый сигнал) вызывает погрешности в измерениях. Поскольку высокую стабильность питающего напряжения технически обеспечить затруднительно, стоимость таких камер не всегда доступна для потребителя.

Целью настоящей работы является создание ионизационной камеры без внешнего источника питания, используя разность потенциалов между электродами за счет соответствующего подбора их материала, обеспечивающей новую функциональную возможность - синхронного измерения трех типов доз (кожная, доза на хрусталике и тканеэквивалентная).

Технический результат изобретения выражается в расширении технических средств измерения физических параметров ионизированного излучения. Он достигается тем, что ионизационная камера, содержащая полый корпус, заполненный газом, с входным рентгенопрозрачным окном, внутри которого находятся измерительные электроды, плоскость рабочей поверхности которых параллельна плоскости входного ока, и охранный электрод, состоит из трех секций, расположенных последовательно друг за другом вдоль геометрической оси корпуса камеры, при этом в каждой секции электроды выполнены в форме соосно расположенных центрального круга и внешней окружности, причем материалы электродов подобраны таким образом, что их потенциальные барьеры, образованные двойным электрическим слоем на границе соприкосновения поверхности материала электрода и газа, образуют собственное электрическое поле между этими электродами внутри измерительного объема камеры, а охранный электрод имеет форму металлического кольца, которым является корпус камеры.

Далее описание сопровождается рисунками и пояснениями к ним.

На фиг. 1 показана конструкция предложенной камеры (вид сбоку в разрезе), на фиг. 2 показано сечение А-А фиг. 1, а на фиг. 3 - электронная блок-схема камеры.

Ионизационная камера, имеет полый герметичный корпус 1, изготовленный из электропроводящего материала, например из алюминия, заполненный газом, например атмосферным воздухом. Корпус 1 камеры имеет входное рентгенопрозрачное окно 2, через которое в камеру проходит рентгеновское (или гамма) излучение γ. Внутри корпуса 1 камеры закреплены измерительные электроды, плоскость рабочей поверхности которых параллельна плоскости входного ока 2. Камера состоит из трех секций S₁, S₂, S₃, расположенных последовательно друг за другом вдоль геометрической оси ii корпуса 1 камеры, при этом в каждой секции электроды выполнены в форме соосно расположенных центрального круга и внешней окружности. В секции S₁ электроды 3_а и 3_b выполнены в виде слоя углерода, напыляемого на бериллиевую пластину 4. Электроды 3_а и 3_b разделены между собой канавкой 5. Площадь электрода 3_а=1 см², а площадь электрода 3_b=10 см². Электроды 6_а и 6_b выполнены в виде слоя алюминия, напыляемого на подложку 7 из рентгенопрозрачного диэлектрика, например лавсана. Электроды 6_а и 6_b разделены между собой канавкой 8. Аналогичные канавки выполнены между центральным и боковым электродами в других секциях. Размер межэлектродного зазора 9 составляет 3 мм. В секции S₂ электроды 10_а и 10_b выполнены в виде слоя углерода, напыляемого на бериллиевую пластину 11. Электроды 12_а и 12_b выполнены в виде слоя алюминия, напыляемого на подложку 13 из рентгенопрозрачного диэлектрика, например лавсана. Размер межэлектродного зазора 14 составляет 10 мм. В секции S₃ электроды 15_а и 15_b выполнены в виде слоя углерода, напыляемого на бериллиевую пластину 16. Электроды 17_а и 17_b выполнены в виде слоя алюминия, напыляемого на подложку 18. Размер межэлектродного зазора 19 составляет 20 мм. Размеры межэлектродных зазоров 9, 14, 19 выбрано в соответствии с рекомендациями по дозиметрии сильно проникающих излучений «Определение индивидуальных эффективных и эквивалентных доз и организация контроля профессионального облучения в контролируемых условиях обращения с источниками излучения. Общие требования. МУ 2.6.1.016-2000. М. Министерство РФ по атомной энергии, Министерство Здравоохранения РФ, Федеральное управление медико-биологических проблем, 2001».

Секции S₁, S₂, S₃ предназначены для синхронного измерения трех типов доз (кожная (секция S₁,), доза на хрусталике (секция S₂,) и тканеэквивалентная (секция S₃)).

В секции S₁ измерительные электроды 3_а, 6_а и 3_b, 6_b соединены токопроводом попарно с электрическим разъемом, соответственно V1 и V2; в секции S₂ измерительные электроды 10_a, 12_а и 10_b, 12_b соединены токопроводом попарно с электрическим разъемом, соответственно V3 и V4, а в секции S₃ измерительные электроды 15_а, 17_а и 15_b, 17_b соединены токопроводом попарно с электрическим разъемом, соответственно V5 и V6. Все электрические разъемы V1 - V6 закреплены на корпусе 1 камеры и предназначены для подключения измерительных электродов к электронному блоку обработки электрических сигналов (фиг. 3).

В качестве охранного электрода используется токопроводящий корпус 1 камеры, представляющий собой электростатический экран.

Камера работает следующим образом.

Кванты рентгеновского или гамма-излучения γ, пронизывая камеру по ее оси, регистрируются ионизационной камерой за счет ионизации ее измерительного объема при взаимодействии квантов с молекулами воздуха и электронами, вышедшими из электродов. Ионизационный ток снимается с каждой пары измерительных электродов в каждой секции. Величина ионизационного тока секций пропорциональна интенсивности рентгеновского или гамма-излучения на входе каждой секции ионизационной камеры, по значению токов определяют дозу излучения или требуемую экспозицию.

Коммутатор измерительных каналов позволяет соответствующей командой с электронного блока (фиг. 3), переключать камеру в режим повышенной чувствительности, объединяя оба измерительных электрода каждой секции в единый, например 3_а, 3_b и 6_а, 6_b в секции S₁, что расширяет динамический диапазон устройства в десять раз. На фиг. 3 арабскими цифрами обозначены следующие составляющие электронного блока: 20 - усилитель; 21 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 22 - видеомонитор; 23 - пульт управления.

Ионизационная камера, содержащая полый корпус, заполненный газом, с входным рентгенопрозрачным окном, внутри которого находятся измерительные электроды, плоскость рабочей поверхности которых параллельна плоскости входного окна, и охранный электрод, отличающаяся тем, что камера состоит из трех секций, расположенных последовательно друг за другом вдоль геометрической оси корпуса камеры, при этом в каждой секции электроды выполнены в форме соосно расположенных центрального круга и внешней окружности, причем материалы электродов подобраны таким образом, что их потенциальные барьеры, образованные двойным электрическим слоем на границе соприкосновения поверхности материала электрода и газа, образуют собственное электрическое поле между этими электродами внутри измерительного объема камеры, при этом измерительные электроды в каждой секции попарно соединены с электрическим разъемом, закрепленным на корпусе камеры, а охранный электрод имеет форму полого цилиндра, которым является металлический корпус камеры.