RU180601U1

RU180601U1 - RADON DETECTOR WITH NET CYLINDRICAL IONIZATION CAMERA

Info

Publication number: RU180601U1
Application number: RU2018105504U
Authority: RU
Inventors: Игорь МИСЮЧЕНКО
Original assignee: Ооо "Розет"
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2018-06-19

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для определения уровня радона в воздухе. Детектор радона содержит сетчатую цилиндрическую ионизационную камеру, состоящую из катода в виде сетчатого внешнего электрода, выполненного в виде сетчатого металлического цилиндра с сетчатой металлической крышкой и установленного торцом цилиндра на монтажной плате, и анода, выполненного в виде проволоки длиной меньше длины сетчатого внешнего электрода на радиус цилиндра и установленной одним концом на монтажной плате в геометрическом центре торца цилиндра с расположением по оси цилиндра. Длина цилиндра составляет не более 2,5 см, а радиус цилиндра составляет не более 1 см. На плате между местами установки анода и катода размещено защитное кольцо в виде проводника, окружающее анод и соединенное с анодом через защитную цепь. Детектор радона также содержит блок обработки, индикатор и источник питания. Технический результат – повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to devices for determining the level of radon in the air. The radon detector contains a cylindrical mesh ionization chamber, consisting of a cathode in the form of a mesh external electrode, made in the form of a mesh metal cylinder with a mesh metal cover and mounted by the cylinder end face on a circuit board, and an anode made in the form of a wire with a radius shorter than the length of the mesh external electrode cylinder and installed at one end on a circuit board in the geometric center of the cylinder end with an arrangement along the axis of the cylinder. The length of the cylinder is not more than 2.5 cm, and the radius of the cylinder is not more than 1 cm. A protective ring in the form of a conductor is placed on the board between the anode and cathode installation sites, surrounding the anode and connected to the anode through a protective circuit. The radon detector also contains a processing unit, an indicator and a power source. The technical result is an increase in the sensitivity of the radon detector while reducing the size of the ionization chamber. 3 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к устройствам для определения уровня радона в воздухе.The utility model relates to devices for determining the level of radon in the air.

Уровень техникиState of the art

Из патента RU 2008694 известно устройство для определения содержания в воздухе радона. Определение происходит путем регистрации альфа-частиц, испускаемых дочерними продуктами распада радона. Устройство содержит воздушную камеру, в которой размещен датчик альфа-частиц. Воздух подается в камеру через аэрозольный фильтр. Камера выполнена в виде складывающихся телескопических колец, благодаря которым она может складываться и расправляться, обеспечивая, тем самым, подачу воздуха внутрь камеры (т.е. камера выполняет также роль насоса).A device for determining the content of radon in air is known from patent RU 2008694. The determination occurs by detecting alpha particles emitted by the daughter products of the decay of radon. The device comprises an air chamber in which an alpha particle sensor is located. Air is supplied to the chamber through an aerosol filter. The chamber is made in the form of folding telescopic rings, thanks to which it can be folded and expanded, thereby ensuring air supply into the chamber (i.e., the chamber also acts as a pump).

Для обеспечения достаточной чувствительности и точности измерений камера должна иметь достаточно большие размеры. В частности, минимальный характерный линейный размер камеры, такой как высота или диаметр, для обеспечения минимальной работоспособности устройства должен быть более 30 мм, а для реализации потенциально возможной чувствительности камера должна иметь размер от 80 до 120 мм или более. Недостатком такого прибора являются большие размеры, необходимые для обеспечения достаточной чувствительности.To ensure sufficient sensitivity and accuracy of measurements, the camera should have a sufficiently large size. In particular, the minimum characteristic linear size of the camera, such as height or diameter, must be more than 30 mm to ensure the minimum operability of the device, and in order to realize the potential sensitivity, the camera must have a size of 80 to 120 mm or more. The disadvantage of this device is the large size necessary to ensure sufficient sensitivity.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей полезной модели является повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.The objective of the utility model is to increase the sensitivity of the radon detector while reducing the size of the ionization chamber.

Задача полезной модели решается с помощью детектора радона, включающего в себя сетчатую цилиндрическую ионизационную камеру, установленную с обеспечением возможности попадания на него дочерних продуктов распада радона из воздуха около детектора (т.е. открытую для окружающего воздуха). Сетчатая цилиндрическая ионизационная камера состоит из катода в виде сетчатого внешнего электрода, выполненного в виде сетчатого металлического цилиндра с сетчатой металлической крышкой и установленного торцом цилиндра на монтажной плате, и анода, выполненного с использованием проволоки и содержащего основу, радиальные ветви и боковые ветви. Основа установлена одним концом на монтажной плате в геометрическом центре торца цилиндра с расположением вдоль оси цилиндра. Радиальные ветви прикреплены к другому концу основы параллельно сетчатой металлической крышке внешнего электрода. Боковые ветви прикреплены к концам радиальных ветвей и расположены параллельно основе и боковым стенкам сетчатого металлического цилиндра внешнего электрода. Расстояние от боковых ветвей до сетчатого металлического цилиндра внешнего электрода равно расстоянию от радиальных ветвей до сетчатой металлической крышки внешнего электрода.The utility model is solved using a radon detector, which includes a cylindrical mesh ionization chamber installed to ensure that daughter products of radon decay from air near the detector (i.e., open to ambient air) can get onto it. The mesh cylindrical ionization chamber consists of a cathode in the form of a mesh external electrode made in the form of a mesh metal cylinder with a mesh metal cover and mounted with the cylinder end face on a circuit board, and an anode made using wire and containing a base, radial branches and side branches. The base is installed at one end on a circuit board in the geometric center of the cylinder end with an arrangement along the axis of the cylinder. Radial branches are attached to the other end of the base parallel to the mesh metal cover of the outer electrode. The lateral branches are attached to the ends of the radial branches and are parallel to the base and side walls of the mesh metal cylinder of the outer electrode. The distance from the side branches to the mesh metal cylinder of the outer electrode is equal to the distance from the radial branches to the mesh metal cover of the outer electrode.

Длина цилиндра составляет не более 2,5 см, а радиус цилиндра составляет не более 1 см. На плате между местами установки анода и катода размещено защитное кольцо в виде проводника, окружающее анод и соединенное с анодом через защитную цепь.The length of the cylinder is not more than 2.5 cm, and the radius of the cylinder is not more than 1 cm. A protective ring in the form of a conductor is placed on the board between the anode and cathode installation sites, surrounding the anode and connected to the anode through a protective circuit.

Детектор радона также содержит блок обработки, индикатор и источник питания. Блок обработки выполнен с возможностью обработки сигнала с измерительного электрода и передачи результата обработки в индикатор, который выполнен с возможностью индикации уровня радона. Источник питания выполнен с возможностью подачи питания в блок обработки и индикатор, а также подачи электрического питания на катод относительно анода.The radon detector also contains a processing unit, an indicator and a power source. The processing unit is configured to process the signal from the measuring electrode and transmit the result of the processing to an indicator that is configured to indicate the level of radon. The power source is configured to supply power to the processing unit and the indicator, as well as supply electric power to the cathode relative to the anode.

В частном варианте анод может быть снабжен дополнительными радиальными ветвями, соединяющими нижние концы боковых ветвей с основой, причем дополнительные радиальные ветви расположены параллельно радиальным ветвям, прикрепленным к верхнему концу основы, и сетчатой металлической крышке внешнего электрода.In a particular embodiment, the anode may be provided with additional radial branches connecting the lower ends of the side branches to the base, with additional radial branches parallel to the radial branches attached to the upper end of the base and the mesh metal cover of the outer electrode.

Напряжение электрического питания, подаваемого на катод относительно анода, предпочтительно имеет значение не менее 1000 В и не более 1500 В. Детектор радона также может содержать модуль связи, содержащий излучающий инфракрасный диод и выполненный с возможностью передачи данных от блока обработки посредством излучающего инфракрасного диода.The voltage of the electric power supplied to the cathode relative to the anode is preferably not less than 1000 V and not more than 1500 V. The radon detector may also contain a communication module containing a radiating infrared diode and configured to transmit data from the processing unit by means of a radiating infrared diode.

Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.The technical result of the utility model is to increase the sensitivity of the radon detector while reducing the size of the ionization chamber.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показан общий вид сетчатой цилиндрической ионизационной камеры.In FIG. 1 shows a general view of a mesh cylindrical ionization chamber.

На фиг. 2 показан частичный разрез сетчатой цилиндрической ионизационной камеры.In FIG. 2 shows a partial section through a mesh cylindrical ionization chamber.

На фиг. 3 показан измерительный электрод. Осуществление полезной моделиIn FIG. 3 shows a measuring electrode. Utility Model Implementation

На фиг. 1 показан общий вид сетчатой цилиндрической ионизационной камеры. Сетчатая цилиндрическая ионизационная камера устанавливается на монтажной плате 1 и состоит из сетчатого металлического цилиндра 2 и сетчатой металлической крышки 3. Сетчатая металлическая крышка 3 закрывает сетчатый металлический цилиндр 2 с одного торца, а другим торцом сетчатый металлический цилиндр 2 устанавливается на монтажную плату 1.In FIG. 1 shows a general view of a mesh cylindrical ionization chamber. The mesh cylindrical ionization chamber is mounted on the mounting plate 1 and consists of a mesh metal cylinder 2 and a mesh metal cover 3. The mesh metal cover 3 closes the mesh metal cylinder 2 from one end, and the mesh metal cylinder 2 is installed on the mounting board 1 with the other end.

На фиг. 2 показан частичный разрез сетчатой цилиндрической ионизационной камеры. В частичный вырез, показанный в сетчатом металлическом цилиндре 2, виден измерительный электрод 4, который прикреплен одним концом к монтажной плате 1 в геометрическом центре торца цилиндра 2. Электрод 4, а точнее его основа 41 на фиг. 3, установлен вертикально и, поскольку конец основы 41 (фиг. 3) закреплен в геометрическом центре торца цилиндра 2 (фиг. 1, 2), то соответственно сама основа 41 измерительного электрода проходит по оси цилиндра.In FIG. 2 shows a partial section through a mesh cylindrical ionization chamber. In the partial cut-out shown in the mesh metal cylinder 2, a measuring electrode 4 is visible, which is attached at one end to the circuit board 1 at the geometric center of the end face of the cylinder 2. The electrode 4, or rather its base 41 in FIG. 3 is mounted vertically and, since the end of the base 41 (Fig. 3) is fixed in the geometric center of the end face of the cylinder 2 (Fig. 1, 2), respectively, the base 41 of the measuring electrode itself passes along the axis of the cylinder.

Измерительный электрод 4 имеет длину, которая меньше длины сетчатого цилиндра (внешнего электрода) на определенную величину. Эта величина равна расстоянию от боковых ветвей 44 до стенок сетчатого цилиндра. Вследствие этого расстояние от конца измерительного электрода до сетчатой крышки на торце сетчатого цилиндра равно расстоянию от его боковых ветвей до стенки внешнего электрода, то есть до стенки цилиндра. Благодаря такой конфигурации достигается одинаковое расстояние от измерительного электрода до любого элемента внешнего электрода, то есть от крайних элементов электрода 4 до сетчатого цилиндра 2 и крышки 3. Это обеспечивает одинаковую напряженность электрического поля вдоль всего цилиндра.The measuring electrode 4 has a length that is less than the length of the mesh cylinder (external electrode) by a certain amount. This value is equal to the distance from the side branches 44 to the walls of the mesh cylinder. As a result, the distance from the end of the measuring electrode to the mesh cover at the end of the mesh cylinder is equal to the distance from its side branches to the wall of the external electrode, that is, to the cylinder wall. Due to this configuration, the same distance is achieved from the measuring electrode to any element of the external electrode, that is, from the extreme elements of the electrode 4 to the mesh cylinder 2 and the cover 3. This ensures the same electric field strength along the entire cylinder.

Для удержания боковых ветвей 44 параллельно основе 41, измерительный электрод снабжен радиальными ветвями 42 и 43, проходящими от основы 41 к боковым ветвям 44 и соединенным с ними. Радиальные ветви 42 и 43 установлены, предпочтительно, перпендикулярно основе 41 и боковым ветвями 44, а боковые ветви 44 преимущественно проходят параллельно основе 41. Поскольку основа 41 устанавливается вдоль оси сетчатого цилиндра ионизационной камеры, то боковые ветви 44 проходят параллельно стенкам сетчатого цилиндра, а радиальные ветви 42 и 43 параллельно крышке сетчатого цилиндра. Расстояния от боковых ветвей до стенки сетчатого цилиндра, как уже упоминалось выше, предпочтительно равно расстоянию от верхних радиальных ветвей 42 до крышки цилиндра.To keep the side branches 44 parallel to the base 41, the measuring electrode is provided with radial branches 42 and 43 extending from the base 41 to the side branches 44 and connected to them. The radial branches 42 and 43 are preferably mounted perpendicular to the base 41 and the side branches 44, and the side branches 44 preferably extend parallel to the base 41. Since the base 41 is mounted along the axis of the mesh cylinder of the ionization chamber, the side branches 44 extend parallel to the walls of the mesh cylinder, and the radial branches 42 and 43 parallel to the cover of the mesh cylinder. The distance from the side branches to the wall of the mesh cylinder, as mentioned above, is preferably equal to the distance from the upper radial branches 42 to the cylinder cover.

В одном из вариантов боковые ветви 44 могут крепиться к основе 41 только с помощью верхних радиальных ветвей 42. Однако, для снижения акустической и вибрационной чувствительности, боковые ветви 44 также крепятся к основе 41 с помощью нижних радиальных ветвей 43 - благодаря этому нижние концы боковых ветвей не колеблются и не вносят помехи в измерительный сигнал, снимаемый с измерительного электрода.In one embodiment, the side branches 44 can only be attached to the base 41 using the upper radial branches 42. However, to reduce acoustic and vibration sensitivity, the side branches 44 are also attached to the base 41 using the lower radial branches 43 - thereby the lower ends of the side branches They do not oscillate and do not interfere with the measuring signal taken from the measuring electrode.

Основа 41, радиальные ветви 42 и 43, а также боковые ветви 44 предпочтительно выполнены с использованием проволоки. Отдельные элементы электрически и механически соединены друг с другом, например, с помощью пайки, скручивания, обжима крепежными элементами или другими способами, известными из уровня техники. На фиг.3 показано, что измерительный электрод имеет шесть боковых ветвей, однако в других вариантах выполнения их может быть меньше или больше, от двух (трех, четырех), до восьми (девяти, десяти) или более.The base 41, the radial branches 42 and 43, as well as the side branches 44 are preferably made using wire. The individual elements are electrically and mechanically connected to each other, for example, by soldering, twisting, crimping fasteners or other methods known from the prior art. Figure 3 shows that the measuring electrode has six side branches, however, in other embodiments, they can be less or more, from two (three, four) to eight (nine, ten) or more.

Учитывая, что длина сетчатого цилиндра составляет не более 2,5 см, а радиус цилиндра составляет не более 1 см, а также учитывая, что элементы измерительного электрода внутри внешнего электрода расположены на одинаковом расстоянии до всех элементов внешнего электрода, оказывается, что напряженность электрического поля выравнивается по всей камере. Так как внутри сетчатого внешнего электрода обеспечена одинаковая напряженность электрического поля между измерительным электродом и внешним электродом, все ионные треки, созданные альфа-частицами, выпущенными при распаде дочерними продуктами распада радона, в воздухе внутри ионизационной камеры, становятся примерно одинаковыми и гарантированно попадающими на измерительный электрод. Таким образом, обеспечивается повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.Considering that the length of the mesh cylinder is not more than 2.5 cm, and the radius of the cylinder is not more than 1 cm, and also considering that the elements of the measuring electrode inside the external electrode are located at the same distance to all elements of the external electrode, it turns out that the electric field aligned throughout the camera. Since the same electric field between the measuring electrode and the external electrode is ensured inside the external grid electrode, all ion tracks created by alpha particles released during decay by the daughter decay products of radon in the air inside the ionization chamber become approximately the same and are guaranteed to fall on the measuring electrode . Thus, an increase in the sensitivity of the radon detector is provided while reducing the size of the ionization chamber.

На плате между местами установки измерительного электрода (выполняющей роль анода) и сетчатого цилиндра внешнего электрода (выполняющего роль катода) размещено защитное кольцо в виде проводника, окружающего место установки измерительного электрода (анода) и соединенного с ней через защитную цепь. Этим самым предотвращаются токи утечки между анодом и катодом, что приводит к снижению помех для определения ионных треков, создаваемых альфа-частицами от дочерних продуктов распада радона. Это значит, что будут обнаружено максимально возможно количество ионных треков и, тем самым, будет повышена чувствительность детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.A protective ring in the form of a conductor surrounding the installation location of the measuring electrode (anode) and connected to it through a protective circuit is placed on the board between the places of installation of the measuring electrode (acting as the anode) and the mesh cylinder of the external electrode (acting as the cathode). This prevents leakage currents between the anode and cathode, which leads to a reduction in interference for the determination of ion tracks created by alpha particles from daughter products of radon decay. This means that the maximum possible number of ion tracks will be detected and, thereby, the sensitivity of the radon detector will be increased while reducing the size of the ionization chamber.

Защитная цепь представляет собой RC-цепочку, выполняющую роль фильтра низких частот. Она необходима для того, чтобы токи утечки не искажали сигнал с измерительного электрода. Благодаря такой защитной цепи также повышается чувствительность детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.The protective circuit is an RC circuit that acts as a low-pass filter. It is necessary so that leakage currents do not distort the signal from the measuring electrode. Thanks to this protective circuit, the sensitivity of the radon detector is also increased while reducing the size of the ionization chamber.

Проволока, из которой изготовлен измерительный электрод, должна иметь жесткость, достаточную для сохранения прямой формы и положения в оси цилиндра, поскольку ее длина меньше длины цилиндра и, следовательно, второй конец проволоки не закреплен и находится в свободном состоянии.The wire from which the measuring electrode is made must have a rigidity sufficient to maintain a straight shape and position in the axis of the cylinder, since its length is less than the length of the cylinder and, therefore, the second end of the wire is not fixed and is in a free state.

Детектор радона согласно полезной модели также содержит блок обработки, индикатор и источник питания. Блок обработки обрабатывает сигнал с измерительного электрода. Обработка заключается в усилении, оцифровке и цифровой обработке сигнала, например, в выделении и подсчете импульсов, формируемых ионными треками, созданными альфа-частицами, испущенными дочерними продуктами распада радона в пределах сетчатой ионизационной камеры, а также пересчете количества сосчитанных импульсов в уровень радона, на пример, в его объемную активность. Вычисленный уровень радона передается в индикатор, который показывает пользователю уровень радона.The radon detector according to a utility model also comprises a processing unit, an indicator, and a power source. The processing unit processes the signal from the measuring electrode. Processing consists in amplifying, digitizing and digitally processing a signal, for example, in extracting and counting pulses generated by ion tracks created by alpha particles emitted by daughter products of radon decay within a mesh ionization chamber, as well as converting the number of counted pulses to the radon level by example, in its bulk activity. The calculated radon level is transmitted to an indicator that shows the user the level of radon.

Детектор радона также содержит источник питания, например, батарейный или аккумуляторный. Источник питания подает питание в блок обработки и индикатор для того, чтобы они могли выполнять свои функции. Кроме того, источник питания подает электрическое питание на внешний сетчатый электрод и проволоку. Поскольку на внешний сетчатый электрод подается отрицательное напряжение относительно измерительного электрода, то внешний сетчатый электрод, состоящий из сетчатого цилиндра и сетчатой крышки, считается катодом, а измерительный электрод считается анодом.The radon detector also contains a power source, for example, battery or battery. A power supply supplies power to the processing unit and an indicator so that they can perform their functions. In addition, a power source supplies electrical power to an external wire electrode and wire. Since negative voltage is applied to the external mesh electrode relative to the measuring electrode, the external mesh electrode, consisting of a mesh cylinder and a mesh cover, is considered the cathode, and the measuring electrode is considered the anode.

Благодаря разнице электрических потенциалов между анодом и катодом в сетчатой цилиндрической ионизационной камере создается напряженность электрического поля, которая позволяет отрицательно заряженным частицам (ионам), создаваемым при пролете в ионизационной камере альфа-частицами, испускаемыми дочерними продуктами распада радона, притягиваться к аноду и при попадании на него формировать сигнал, который регистрируется в блоке обработки.Due to the difference in electric potentials between the anode and cathode, an electric field is created in the cylindrical mesh ionization chamber, which allows negatively charged particles (ions) created by the passage of alpha particles emitted by the daughter products of radon decay into the anode and when it hits him to form a signal that is recorded in the processing unit.

Claims

1. A radon detector, including a cylindrical mesh ionization chamber mounted to allow daughter products of radon decay from air near the detector to be exposed to it, a processing unit, an indicator and a power source, the cylindrical mesh ionization chamber consisting of a cathode in the form of a mesh external electrode made in the form of a mesh metal cylinder with a mesh metal cover and mounted by the end face of the cylinder on a circuit board, and an anode made using a wire containing a base, radial branches and side branches, the base being installed at one end on a circuit board in the geometric center of the end face of the mesh metal cylinder with a cylinder axis, the radial branches attached to the other end of the base parallel to the mesh metal cover of the outer electrode, and the side the branches are attached to the ends of the radial branches and are parallel to the base and side walls of the mesh metal cylinder of the outer electrode, and the distance from the side branches to the mesh metal cylinder of the outer electrode is equal to the distance from the radial branches to the mesh metal cover of the outer electrode, and the length of the cylinder is not more than 2.5 cm and the radius of the cylinder is not more than 1 cm, and on the circuit board between the installation sites of the anode and cathode a protective ring in the form of a conductor surrounding the anode and connected to the anode through a protective circuit, and the processing unit is configured to process the signal from the measuring electrode and transmit the result of the processing in an indicator that is arranged to indicate the level of radon, wherein the power source is configured to supply power to the processing unit and the indicator, as well as supplying electric power to the cathode relative to the anode.

2. The radon detector according to claim 1, characterized in that the anode is provided with additional radial branches connecting the lower ends of the side branches to the base, with additional radial branches parallel to the radial branches attached to the upper end of the base and the mesh metal cover of the outer electrode.

3. The radon detector according to claim 1, characterized in that the voltage of the electric power supplied to the cathode relative to the anode has a value of not less than 1000 V and not more than 1500 V.

4. The radon detector according to claim 1, characterized in that it includes a communication module comprising a radiating infrared diode and configured to transmit data from the processing unit by means of a radiating infrared diode.