Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

34I088

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 15.Ч.1970 (№ 1452237/26-25) с присоединением заявки ¹ 1452236, 26-25

Приоритет

Опубликовано 05.VI.1972. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 21 VI.1972

М. Кл. б 12Ь 13i00

G 01п 23 20

G 01Ь 15. 02

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.039(088.8) Автор изобретения

А. Д. Тумулькан

Заявитель

СПОС06 КАЛИЬРОВКИ РАДИОИЗОТОПНЫХ

ИЗМЕРИТЕЛЪНЫХ ПРИБОРОВ

Изобретение относится к радиоизотопному приборостроению, в частности, к способам измерения толщин покрытий, и может быть использовано для калибровки радиоизотопных приборов, содержащих декадный измерительный пересчетный прибор, для измерения скорости счета детектора в форме цифрового отсчета непосредственно в единицах измеряемого параметра, например в микронах.

Известны р азличные конструкции радиоизотопных приборов, с помощью которых измеряемый параметр определяют по количеству импульсов детектора, сосчитанных измерительным пересчетным прибором за определенное время, пользуясь градуировочными графиками для перевода числа импульсов в единицы измеряемого параметра, Возможность калибровки в этих приборах не предусмотрена. Необходимость использования градуировочных графиков является существенным недостатком этих приборов.

Цель изобретения — получение контролируемого параметра в форме.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу калибровки используют вспомогательный (фоновой) поток бета- или гаммаизлучения, который в определенных соотношениях измеряют вместе с рабочим потоком от контролируемого материала, При этом отсчет контролируемого параметра получают на индикаторных цифровых лампах декадного пересчетного прибора, регистрирующего суммарную скорость счета двух потоков.

5 На фиг. 1 показана блок-схема бета-толщнномера покрытий, позволяющего реализовать предлагаемый способ калибровки; на фнг. 2 схематически изображен один из вариантов конструкции датчика бета-толщиномера по10 крытий с регулируемым рабочим потоком обратно рассеяннсго бета-излучения н регулируемым вспомогательным потоком; на фнг. 3, 4, 5 и 6 показаны варианты конструкций датчиков, в которых использованы разные с»о15 собы формирования и регулирования вспомогательного потока.

Предлагаемый способ основан ll3 0cl1oëhзовании известных функциональных завис:i20 мостей интенсивности потока обратно рассеянного бета-излучения от толщины н атомного номера рассеиваюгцего материала. Поток

У,т обратно рассеянного бета-излучения or основы с покрытием d можно выразить соот25 ношением

Ng — — Np+ (Npp Np) (1 — е — т ), (1) где Np поток обратно рассеянного излуче30 ния от основы без покрытия;

341088 У /=kI !О " dd. (5) 10

N

50 (4) 55

У,„— поток обратно рассеянного излучения от слоя покрытия, толщина которого больше толщины насьпцения для обратного рассеяния; у — коэффициент поглощения рассея иного излучения, зависящий от энерпш бета-спектра и условий рсгистряции.

Предлагаемый способ может быть использован в диапазоне толщин покрытий, где имеет место линейная зависимость потока ооратно рассеянного бета-излучения от толщины. B линейной области измерений прп малых толщинах соотношение (1) принимает вид со, = " — 1 = --" — "- — 1, (3) где Zo и Z«>;p — эффективные атомные номера соответственно для материалов основы и покрытия;

А — коэффициент, характеризующий чувствительность к атомному номеру рассеивающего материала (практически можно осуществить условия, когда k лежит в пределах

О,З вЂ” 2) .

Линейный диапазон соответствует толщипам покрытий от О до 0,1d„, где d„— толщина насыщения для обратного рассеяния бетаизлучения. Например, с источником Srgo+1oo линейный диапазон распространяется до толщин около 30 л я гл .

В линейном диапазоне изменение скорости счета ЛЛ прп изменении толщины покрытия па величину hd остается величиной постоянной, обусловленной атомными номерами основы и покрытия, энергией бета-спектра, спектр альны ми хар актеристика ми детектор а и интенсивностью рабочего потока.

Для измерения толщин покрытий для каждого сочетания материалов основы и покрытия с помощью эталонов известной толщины пользуясь органами регулировки устанавлиBBIoT такую интенсивность рабочего потока, что прирост количества импульсов за время измерения 1 при увеличении толщины покрытия на Лс/ удовлетворяет условию лл1 3=10 " Л4(, где nz — целое число, соответствующее разряду декад на измерительном пересчетном приборе.

В этом случае с изменением толщины покрытия d регистрируемая скорость счета изменяется в децимальном отношении. Так как выбор величины времени измерения t ня практике может быть ограничен, в ряде случаев импульсы детектора сначала целесообразно подавать на блок предварительного пересчета, а затем на измерительный пересчетный прибор. С учетом предварительного пересчета условием децимального набора ко4 личества сосчитанных импульсов является соотношение

Использование предварительного пересчета с коэффициентом aI =,Ф=10 расширяет возможности применения предлагаемого способа калибровки при ограниченном количестве возможных дискретных значений времени измерения 1. Способ калибровки применим для материалов покрытий с Zrronp)Zo.

После настройки толщиномера согласно условиям (4) или (5) необходимо обеспечить компенсацию количества сосчитанных импульсов от материала основы без покрытия, К,омпенсацию осуществляют путем плавного изменения интенсивности вспомогательного (фонового) потока бета- или гамма-излучения таким образом, что суммарная скорость счета соответствует условию

Л(— + ) t=n 10 " ", (6) где N — скорость счета, обусловленная вспомогательным потоком;

Й вЂ” коэффициент предварительного пересчета для импульсов вспомогательного детектора (в случае одного детектора или одного блока предварительного пересчета k>=kz); а — целое число (1, 2, 3);

m+n — показатель, соответствующий старшей измерительной декаде пересчетного прибора;

n — целое число, показывающее количество переполнений старшей измерительной декады пересчетного прибора.

Признаком обеспечения условия (6) при настройке толщиномера является появление нулевого отсчета за время измерения на значащих декадах измерительного пересчетного прибора.

Таким образом, предлагаемый способ калибровки бета-толщиномеров покрытий сводится к поочередному выполнению следующих операций настройки.

Сначала с помощью двух эталонов с известной толщиной покрытий устанавливают децимальный прирост скорости счета от рабочего потока согласно условиям (4) или (6).

В качестве одного из эталонов можно использовать материал основы без покрытия, в качестве другого — образец с известной толщиной покрытия. Для калибровки толщиномеров могут быть также использованы эквивалентные эталоны, изготовленные из какого-либо другого материала или с другим покрытием, по хар" êòåðèñòèêàì обратного рассеяния соответствующие двум известным толщинам измеряемого материала покрытия. При этом интенсивность вспомогательного потока необходимо поддерживать на постоянном (желательно на минимальном) уровне.

Затем плавным изменением интенсивности вспомогательного потока устанавливают суммарную скорость счета для материала осно341088 вы на уровне, соответствующем условию компенсации или условию полного переполнения значащих декад (обычно 1V«I» (N ).

В результате такой калибровки при измерении неизвестной толщины покрытия набор цифр в (т+1) -й декаде измерительного пересчетного прибора соответствует десяткам единиц толщины, в пг-й декаде — единицам толщины, в (пг — 1) декаде — десятым долям единиц и т. д. Для каждого сочетания материалов основы н покрытия при калибровке необходим свой набор эталонов. Результаты измерений получают в форме цифрового отсчета непосредственно в единицах толщины или поверхностной плотности.

В бета-толщиномере рабочий поток бетаизлучения регистрируется детектором 1, импульсы которого через формирователь 2 н блок 8 предварительного пересчета поступают на вход декадного измерительного пересчетного прибора 4. Вспомогательный (фоновый) поток регистрируется детектором 5, импульсы которого через формирователь 6 и блок предварительного пересчета 7 пода!Отся на общий вход пересчетного прибора 4. Показанный на фнг. 1 измерительный пересчетный прибор имеет шесть декад, из них трн старшие декады, в которых регистрируются тысячи, десятки тысяч и сотни тысяч импульсов, явля!отся измерительными, или значащими, После калибровки толщиномера цифры в этих декадах показывают соответственно десятые доли, единицы и десятки единиц толщины покрытия, например, в микронах (для случая шести декад Отсчет измерения соответствует 16,3 л!к 1!) . Индикация цифр в первых декадах, измеряющих единицы, десятки и сотни импульсов, может вообще Отсутствовать, так как цифрь! в этих декадах больше отображают флуктуационный характер радиоактивных излучений.

Регистрация вспомогательного (фонового) потока радиоактивных излучений может быть осуществлена с помощью отдельного детектора или рабочего детектора 1; в последнем случае необходимость в блоках 5, 6 и 7 отпадает. Для создания вспомогательного (фонового) потока также можно использовать либо отдельный источник излучения, либо рабочий источник бета-излучения. Для создания регулируемых потоков возможны многочисленные конструктивные варианты датчиков. Например, изменение интенсивности рабочего потока можно осуществить одним из следующих методов: изменением расстояния от источника до контролируемого материала при постоянстве расстояния от материала до детектора; изменением расстояния от материала до детектора при постоянстве расстояния от источника до детектора; покрытием чувствительной поверхности детектора непроницаемой шторкой или различными фильтрами; изменением уровня дискриминации импульсов, если используют детектор спектро5

ЗО

65 метрического типа; применением магнитных полей, отклоняющих бета-частицы, и др.

В варна!пе датчика, изображенном !1и фпг, ?, рабочий поток (показан сплошными линиями) создастся источником 8 бета-излучения, помещенным в коллнматор 9 с рабочим каналом 10. Поток бета-излучения, отраженный от материала 11 с покрытием 12, установленного на столике (диафрагме) и, попадает в детектор 14. Перед детектором 14 !

13 пути обратно рассеянного бета-излучения помещен фильтр 15 для увеличеш!я чувствительности. Интенсивность рабочего потока регулируют изменением расстояния между материалом и детектором за счет поворота столика-диафрагмы 18 в корпусе датчика 16.

Инте!!спвность рабочего потока можно изменять также перекрывая часть чувствительной поверхности детектора непроницаемым экраlioм 17. Вспомогателы!!>1й поток бета-излучения формируется с помощью специального расссивателя 18. Часть бета-излучения от источника 8 черсз второй канал 19 в коллнматоре 9 попадает на рассеиватель 18 и после строения регистрируется рабочим детектором 14. С целью увеличения коэффнциенrn обратного рассеяния поверхность рассеивателя 18 изготовлена пз материала с большим Z.

Интенсивность вспомогательного потока (показан пунктиром) регулируют измепегн!ем расстояния от источника до рассеивателя.

В качестве детектора могут быть использованы счетчики Гейгера-Мюллера, сцпнтилляцнонный счетчик или полупровод!шковый детектор.

С помощь!О Одного исто Ника форм11ру1отгя два регулируемых потока, рабочий н вспомогательныи, которые затем регистрируются одним общим детектором.

В конструкции датчика, показанного на фнг. 3> вспомогательный поток бета-излучения формируется с помощью рассепвателя 18, на который падает часть бета-пз.лучения, выходящего через рабочий канал 10. Регулировка 1гнтенсивности потока осуществляется перемещением рассеивателя в направлепгш оси ! сто !н!!к — материал с покрытием. При огсутствнн рассеивателя в зоне выходящего через коллнматор потока бета-излучения на детектор попадают раоочнй поток бета-излучения, обратно рассеянный от материала с

Г окрытием, н небольшая постоянная часть вспомогательного потока, р ассея нного столиком (рассеиватель 18 вьгдвинут), KQToobtll изготовлен из материала с малым Z. По мере передвижения рассеивателя 18 в зону IIblxoдящего пучка интенсивность вспомогательного потока возрастает.

На фиг. 4 показан вариант конструкции датчика, в котором вспомогательный поток формируется за счет тормозного излучения источника бета-излучения 8, проникающего через стенки коллиматора 9. Тормозное излучение создается в активной массе самого нс341088 точника бета-излучения и стенках коллиматора. Поток тормозного излучения регистрируется рабочим детектором 14 одновременно с рабочим потоком бета-излучения. Интенсивность потока тормозного излучения регулируют перемещением защитного клинообразного экрана 20 с помощью микрометрического винта 21. Этот вариант датчика более целесообразно использовать в случаях, когда применяется источник жесткого бета-излучения, например Бг90+19o

В варианте датчика, изображенном на фиг. 5, вспомогательный поток формируется с помощью источника радиоактивного излучения (бета- или гамма-) 22 или 28 и регистрируется р абочи м детектором 14. Интенсивность вспомогательного потока можно регулировать изменением расстояния от источника 22 до детектора 14, либо перекрытием части потока излучения источника 28 шторкой 24.

На фиг. 6 показан вариант датчика, в котором вспомогательный поток формируется с помощью отдельного источника 28 бета- или гамма-излучения, регистрируемого отдельным детектором 25. Регулировка интенсивности вспомогательного потока осуществляется перемещением шторки 24, перекрывающей часть потока падающего на детектор 25. Регулировку можно осуществить также изменением расстояния источника 28 детектор 25.

Импульсы от детектора 25 можно подавать либо на формирователь 2 и блок пересчета 8, либо на отдельный формирователь 5 и блок пересчета б (фиг. 1). Первый случай целесообразно использовать, когда рабочий детектор 14 и вспомогательный 25 однотипны. При использовании отдельного формирователя 5 и блока пересчета б с достаточно большим коэффициентом пересчета можно значительно сглаживать флуктуации в скорости счета импульсов вспомогательного потока. Возможны также другие варианты формирования и регулировки вспомогательного потока радиоактивного излучения, служащего для

10 калибровки толщиномера покрытий.

Предмет изобретения

Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов, например бета-толщи15 номеров покрытий, содержащих в качестве вторичного измерительного прибора декадный пересчетный прибор, заключающийся в установлении соответствия между показателями пересчетного прибора и величинами

20 контролируемого параметра эталонных образцов материала, отгичающийся тем, что, с целью получения величины контролируемого параметра в цифровой форме, с помощью органов регулирования рабочего потока иони25 зирующего излучения устанавливают децимальный прирост скорости счета за определенный отрезок времени при изменении величины контролируемого параметра материала на единицу, а затем путем введения вспомо30 гательного потока ионизирующего излучения устанавливают суммарную скорость счета такой, чтобы на значащих декадах пересчетного прибора появился нулевой отсчет при целой кратности переполнения декад за тот же

35 отрезок времени для выбранной величины контролируемого параметра.

341088

Составитель С. Лихтеров

Техред Л. Богданова Корректор А. Васильева

Редактор И. Орлова

Заказ 1814/12 Изд. № 793 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения толщины покрытий на подложках (в том числе и многослойных)

Изобретение относится к газо- и нефтедобыче и транспортировке, а именно к методам неразрушающего контроля (НК) трубопроводов при их испытаниях и в условиях эксплуатации

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля уменьшения толщины реборды железнодорожных колес подвижных составов
Наверх