Устройство для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок

 

О П И С А Н И Е 3425)4

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства № 203272

Заявлено 15.М.1970 (№ 1449660/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.т 1!.1972. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 25.IX.1972

М. Кл. G 01b 15/02

G 01п 23(02

Комитет по делам изобретений н открытий при Совете Министров

СССР

УДК 531.754(088.8) Авторы изобретения

И. Л. Федотов, В. А, Янушковский, И. М. Таксар, А. Д. Тумулькан, В. В. Терехов и В. Г. Федорков

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ HJIOTHOCTH

ИЛИ ТОЛЩИНЫ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПЛЕНОК

Изобретение относится к технике радиоизотопных измерений.

Известно устройство для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок по авт. св. № 203272, в котором используют эффект ослабления ооратно рассеянного Р-излучения в воздушной среде, находящейся по другую сторону от исследуемого об разца. Плотность или толщина тонких JIHcTQBblx материалов и пленок является функцией изменения интенсивности >IHiIкого Р-излучения, регистрируемого детектором.

Источник и детектор р-излучения располагают в измерительной головке устройства параллельно друг другу на расстоянии около

20 лтл, а измеряемый материал — в непосредственной близости от них. Источник и детекто р устанавливают на сканирующем устройстве, перемещающем их по ширине исследуемого образца. Источник излучения помещают в защитный контейнер с коллиматором, благодаря чему исключается попадание прямого и отра женного от исследуемого образца излучения на приемник. р-излучение от источника при первоначальном прохождении через исследуемый ооразсц, попадая в воздушную среду, испытывает обратное рассеяние и значительно умягчается (энергия излучения снижается почти в два раза). Умягченное обратно рассеянное излучение, проходя вторично через исследуемый образец, частично поглощается. Ре гистрируемое детектором изменение интенсивнс сти и

5 является функцией измеряемой поверхностной плотности или толщины образца.

Изменение величины интенсивности обратно рассеянного излучения после погпощения в исследуемом об разце регистрируется само10 писцем или по дается на систему автоматического регулирования.

Однако практическая реализация этого устройства в ряде случаев невозможна из-за зависимости показаний от изменения ра бочих

15 параметров (плотности, температуры, давления) отражающих газовых сред.

С целью исключения влияния окружающей среды на точность измерений используют оп20 тимальную геометрию взаимного расположения детектора и источника излучения в зависимости от рабочих параметров газовой среды.

На фи г. 1 показана зависимость плотности

25 потока регистрируемых р-частиц от взаимного расположения источника и детектора; на фиг. 2 — зависимость показаний известного устройства от изменения параметров отражающей сре ы; на фиг. 3 — схема размеще30 ния детектсра и источника радиоактивного

3 излучения измерительной головки предлагаемого устройства.

Согласно общефизичсским представлениям полный коэффициент о братного рассеяния электронов от газовых сред, т. е. отношение числа частиц, возвратившихся в плоскость измереиия, к числу части|ц, падающих на отражающую поверхность, есть величина постоянная, Это положение иллюстрируется фиг. 1, где для двух разных значений плотности отражающей среды о1 (кривая 1) и р> (кривая 2) приведспа зависимость плотности потока частиц, регистрируcilI Ix детектором ядерно го излучения, от расстояния центра детектора до центра исто 1ппка, причем р2) рх.

Полное число частиц, падающих после отражения в плоскость измерения, в обоих случаях одинаково (площадь под кривыьми постоянна), и. если иметь идеальный регистриpyroù èé детектор, т. е. с эффективной зоной регистрации протяженностью от центра источника 8 до точки 4, то при изменении плотности отражающей среды не наблюдалось бы изменения общего счета. Однако всегда существует область 5, прилегающая к источнику; где по конструктивным соображениям невозможна регистрация отраженных частиц (активная зона источника, толщина кромок подложки источника, коллиматор и защита источника, толщина стенок детектора, нечувствительные области регистрац|ии детекторов ядерно го излучения) . Поскольку в области б, прилегающей к источнику, поток обратнорассеянного от газовой среды Р-излучения наи боле интенсивный, то доля нерегистрируемых из общего числа отраженных частиц значительна и применение даже идеально широкого детектора, охватывающего области б и 7, не позволяет устранить зависимость числа регистрируемых частиц от изменения плотности отражающей среды. В результате становится нецелесообразным строить подобные устройства.

Таким образом, точность измерения толщчны или поверхностной плотностями листовых материалов и пленок сильно зависит от геометрии взаимного расположения источника излучения и детектора в тех случаях, когда изменяются параметры газовой отра»кающей среды.

Исследования показали, что для каждого диапазона изменения параметров отражающей среды (плотности, температуры, давления) может быть подобрана оптимальная геометрия измерения, при которой сводится к минимуму зависимость показаний измерителя толщины (поверхностной плотности) от изменения параметров отражающей среды.

Действительно, располагая детектор конечных размеров в области б (фи г. 1), наблюдаем увеличение числа, регистрируемых обратно отраженных р-частиц с у.величепием плотности отражающей среды и, пао борот, в области 7 с увеличением плотнссти отра каю342514

4 щей среды уменьшается число репистрируемых частиц. При расположении центра детектора радиоактивного излучения в точке 8 изменение числа регистрируемых 3-частиц от изменения плотности отражающей среды мин ил альное.

Положение центра детектора относительно центра источника определяется диапазоном изменения параметров отражающих сред или раоочим (номипальным) значением этих параметров (ра бочей температуры среды, давления, плотности). Выбор оптимального расстояния r„„, центра детектора от центра источн ика радиоактивного излучения для предложепно го устройства, работающего при конкретном значении параметров газовой отражающей среды, определяется для низкоэнергетичеоких источников Р-частиц, например

147, соотношением

r,„, = 0,17 А/, = 0,17 — 1, P где R„— длина свободного пробега р-частиц для газовой отражающей среды, находящейся в нормальных условиях; Л вЂ” коэффициент, ра вный отношению нормального атмосферного давления Р, к рабочему давлению газовой отражающей среды P.

Выбор этого расстояния обеспечивает независимость точности измерсния от изменения давления, температуры и плотности отра»кающей среды, поскольку эти три параметра взаимосвязаны, и изменение температуры или плотности может быть сведено к экв ивалентному изменению давления газовой средины.

На фиг. 2 представлены экспериментальные кривые, снятые с помощью известного устройства. В качестве изотопа использовался низкоэнергетический источник Р-частиц

БИП-20 (P-источник на основе изотопа P 4 ) акпивностью 50 мкюри. Детектором служил торцовый газоразрядный галогенный источник СИ-15БГ. Отражающая среда — воздух, Кривые 9, 10 и 11 сняты при расстояниях от центра детектора до центра источника соответственно 45, 55 и 70 мм. Из рассмотрения кривых 9 и 10 видно, что при расстоянии от центра детектора до центра источника 70 мм и давлен ии 1,4 атм наклон кривой составляет

7 О/Она 0,1 атм, в то время как при: расстоянии 45 мм и том же давлении наклон кривой практически, равен О.

Таким образом, точность измерения существенно зависит от геометрии измерения, т. е. от выбора расстояния от центра дстектора до центра источника радиоактивного излучения.

С целью обеспечения независимости измерения от изменения параметров отражающих газовых сред измерительная головка устройства для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок выполнена следующим образом.

Детектор радиоактивного излучения 12 (см. фиг. 3) располагают на устройстве перемещения 18, позволяющем смещать центр де342514 тектора относительно центра источника радиоакт ивното излучения 14 и фиксировать на оптимальных расстояниях г,„„обеспечивающих независимость показаний измерительной головки от изменения параметров отражающих газовых сред.

Предмет изобретения

Устройство для измерения поверхностной плотносги или толщины листовых материалов 7 опт фа7

07 08 09 70 77 72 73 74 75 7б

Дабление, алм

Фиг я » ъ с, 1 г

Сз

Е с> сь

Е о

Ю 9ОВО

Ъ ааоо

Р 7Иа

F бовой о и пленок по авт. св. № 203272, отличающееся тем, что, с целью исключения влияния окружающей среды на точность измерений, ось детектора удалена от оси источника на расстояние, равное 0,17 произведения длины свобод ного пробега бета-частиц используемого изотопа при нормальных условиях на отношение величины нормального атмосферного давления к рабочему давлению в газовой

10 среде.

342514

9 иг 3

Соста витель С. Л ихтер о в

Техред Л. Куклина Корректор В. Жолудева

Редактор Т. Орловская

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3022/15 Изд. № 1268 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, +-35, Раушская наб., д. 4/5