RU1831691C

RU1831691C - Liapidevsky cloud chamber

Info

Publication number: RU1831691C
Application number: SU915006146A
Authority: RU
Inventors: Виктор Константинович Ляпидевский
Original assignee: В.К. Л пидевский
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1993-07-30

Abstract

Использование: трекова регистраци зар женных частиц, радиометри газов. Сущность изобретени : крышка и стенки конденсационной камеры окружены оболочкой , внутри которой по ее периферии установлены нагреватели. 15 з.п. ф-лы, 1 ил.Usage: track registration of charged particles, gas radiometry. SUMMARY OF THE INVENTION: The lid and walls of the condensation chamber are surrounded by a shell inside which heaters are installed at its periphery. 15 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относитс к области дерной физики и техники, а именно к приборам д регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано в качестве трекового детектора зар женных частиц дл исследований в области дерной физики, физики элементарных частиц, дл контрол радиоактивности окружающей среды, а также в качестве учебного прибора в школах и вузах.The invention relates to the field of nuclear physics and technology, in particular to devices for recording ionizing radiation and can be used as a track detector of charged particles for research in the field of nuclear physics, elementary particle physics, for monitoring radioactivity of the environment, and also as a training appliance in schools and universities.

Целью предлагаемого изобретени вл етс создание камеры, чувствительный слой в которой устойчив к изменению природы и давлени газа и пара, а также температуры дна и крышки путем создани по стенкам камеры возрастающего по направлению сверху вниз градиента температуры.The aim of the invention is to provide a chamber in which the sensitive layer is resistant to changes in the nature and pressure of gas and steam, as well as the temperature of the bottom and cover by creating a temperature gradient increasing from top to bottom along the walls of the chamber.

ч В такой камере процесс переноса тепла и пара осуществл етс не только диффузией и теплопроводимостью, но также и движением смеси газа и пара в объеме камеры, поэтому автор предлагает камеру назвать не диффузионной, а конденсационной, так как процесс конденсации капель на ионах вл етс основным при образовании наблюдаемого трека частицы.h In such a chamber, the process of heat and vapor transfer is carried out not only by diffusion and heat conduction, but also by the movement of the gas and vapor mixture in the chamber, therefore, the author suggests that the chamber be called not diffusion, but condensation, since the process of condensation of droplets on ions is the main during the formation of the observed particle track.

Указанна цель достигаетс тем, что наThe indicated goal is achieved by

крышке и стенках камеры установлены нагреватели . Дл расширени диапазона рабочих температур крышк и стенки камеры lid and chamber walls are equipped with heaters. To expand the operating temperature range of the lids and chamber walls

окружены оболочкой, внутри которой установлены нагреватели. Оболочка предохран ет обслуживающий персонал. ; от непосредственного контакта с нагревател ми . surrounded by a shell inside which heaters are installed. The shell protects the service personnel. ; from direct contact with heaters.

Экспериментально установлено, что при выполнении этого услови и нагреве газа в зазоре между стенками камеры и оболочкой до температуры выше температуры дна на несколько дес тков градусов (в зависимости от высоты камеры на 20-100°С) по стенкам камеры устанавливаетс возрастающий по направлению сверху вниз градиент температуры, что обеспечивает образование стабильного чувствительного сло вблизи дна камеры, в котором наблюдаютс треки зар женных частиц.It was experimentally established that when this condition is met and the gas is heated in the gap between the walls of the chamber and the shell to a temperature above the bottom temperature by several tens of degrees (depending on the height of the chamber by 20-100 ° C), an increasing from top to bottom is established along the walls of the chamber temperature gradient, which ensures the formation of a stable sensitive layer near the bottom of the chamber, in which tracks of charged particles are observed.

С целью упрощени конструкции в качестве нагревателей установлены лампы накаливани .To simplify the design, incandescent lamps are installed as heaters.

Создание возрастающего по направлению сверху вниз градиента температуры необходимо дл устойчивой работы конденсационной камеры. Это обусловлено тем, что в камере с линейным распределением температуры при конденсации капель благодар выделению тепла возникают местные кавитационные точки, нарушающие стабильность чувствительного сло . Эксперименты показали, что если в объеме камеfeThe creation of a temperature gradient increasing from top to bottom is necessary for the stable operation of the condensation chamber. This is due to the fact that in the chamber with a linear temperature distribution during condensation of droplets, due to heat generation, local cavitation points arise that violate the stability of the sensitive layer. Experiments have shown that if in the volume of the camera

СОWith

со аwith a

ОABOUT

СОWith

ры создать направленные потоки газа и пара , то чувствительный слой становитс устойчивым . Скорость движени газа в камере регулируетс путем изменени градиента температуры по стенкам камеры. Чем больше нелинейность градиента температуры по стенкам (т.е. чем быстрее растет по направлению сверху вниз градиент температуры ), тем больше скорость движени газа и тем устойчивее чувствительный слой.In order to create directed flows of gas and vapor, the sensitive layer becomes stable. The gas velocity in the chamber is controlled by changing the temperature gradient along the walls of the chamber. The greater the non-linearity of the temperature gradient along the walls (i.e., the faster the temperature gradient grows from top to bottom), the greater the gas velocity and the more stable the sensitive layer.

Эксперименты показали, что вблизи стен смесь газа и пара движетс снизу вверх, и основна масса газа и пара движетс ко дну камеры сверху вниз. При увеличении скорости движени газа возрастает устойчивость чувствительного сло , увеличиваетс ионна нагрузка (число частиц, регистрируемых в единицу времени), уменьшаетс высота чувствительного сло и уменьшаетс врем нахождени трека в объеме камеры. При большой скорости движени смеси газа и пара вблизи дна происходит деформаци трека частиц. С целью уменьшени искажений треков за счет радиального движени смеси газа и пара вблизи дна, центральна дна имеет сквозные отверсти , сообщающиес с обьамом камеры согласно п.7 формулы изобретени , Таким образом, смесь газа и пара, движуща с сверху вниз ко дну проходит через отверсти в дне и затем поднимаетс вдоль стен камеры в ее верхние сечени .Experiments have shown that near the walls the mixture of gas and steam moves from bottom to top, and the bulk of the gas and steam moves from top to bottom of the chamber. As the gas velocity increases, the stability of the sensitive layer increases, the ion load increases (the number of particles recorded per unit time), the height of the sensitive layer decreases, and the time spent by the track in the chamber volume decreases. At a high speed of movement of the gas-vapor mixture near the bottom, the particle track deforms. In order to reduce track distortion due to the radial movement of the gas and vapor mixture near the bottom, the central bottom has through holes communicating with the volume of the chamber according to claim 7, Thus, the gas and vapor mixture moving from top to bottom passes through the holes at the bottom and then rises along the walls of the chamber to its upper sections.

Движение смеси газа и пара, которое возникает в камере с нелинейным распределением температуры поее стенкам позвол ет использовать это движение сме.си газа и пара дл переноса пара в чувствительный слой. Дл этого, согласно п.4, п.6, и п.8 формулы изобретени центральна .часть дна камеры выполнена из материала с большей теплопроводностью и приподн та относительно периферии, что позвол ет использовать поверхность жидкости, наход щейс на дне, в качестве источника пара. С целью увеличени поверхности источника пара, часть площади дна и внутренней поверхности стен покрыта смачивающимс жидкостью материалом, содержащим капилл ры, поры или Микротрещины согласно п. 10 формулы изобретени . . . The movement of the gas-vapor mixture that occurs in a chamber with a non-linear temperature distribution over the walls allows this gas-vapor mixture to be used to transfer the vapor to the sensitive layer. For this, according to claim 4, claim 6, and claim 8, the central part of the bottom of the chamber is made of a material with higher thermal conductivity and is raised relative to the periphery, which makes it possible to use the surface of the liquid at the bottom as a source couple. In order to increase the surface of the steam source, part of the bottom area and the inner surface of the walls is coated with a wettable material containing capillaries, pores or Microcracks according to claim 10. . .

Дл обеспечени работы камеры в широком диапазоне температур используют жидкости и их смеси, одна из которых имеет температуру кипени ниже 101°С, а друга - выше 130°С из р да: ацетон, метиловый спирт, этиловый спирт, бензол, вода, бутиловой спирт, гликоль, анилин, .нафталин, гликоль, глицерин, парафин. При этом, абсолютные значени температуры дна и температуры крышки камеры не существенны.To ensure the operation of the chamber in a wide temperature range, liquids and mixtures thereof are used, one of which has a boiling point below 101 ° C, and the other above 130 ° C from the series: acetone, methyl alcohol, ethyl alcohol, benzene, water, butyl alcohol , glycol, aniline, .naphthalene, glycol, glycerin, paraffin. In this case, the absolute values of the bottom temperature and the temperature of the chamber lid are not significant.

Их устанавливают в зависимости от примененной жидкости.They are set depending on the fluid used.

Известно, что согласно термодинамике, пары любой жидкости конденсируютс наIt is known that, according to thermodynamics, vapors of any liquid condense on

центрах конденсации и, в частности, на ионах. Поэтому, в принципе, люба жидкость может быть использована дл получени необходимого дл регистрации треков зар женных частиц пересыщенного пара.condensation centers and, in particular, on ions. Therefore, in principle, any liquid can be used to obtain the supersaturated vapor particles required for recording tracks.

0 Поэтому выбор рабочей жидкости определ етс только удобством ее применени в кон- денсационной камере дл решени конкретных задач.0 Therefore, the choice of the working fluid is determined only by the convenience of its use in the condensation chamber for solving specific problems.

Основными факторами, вли ющими наThe main factors affecting

5 выбор рабочей жидкости, вл ютс ее безопасность в применении и температура кипени - Тк. Большой интерес представл ют исследовани процессов конденсации вод ного пара с образованием капель или кри0 сталлоё льда при различных температурах. Следует отметить, что треки зар женных частиц , состо щие из мелких кристалликов льда, попадают на дно и сохран ютс на нем длительное врем , что позвол ет пол5 учать фотографии большого числа треков, зарегистрированных за большие промежутки времени (пор дка часов). Аналогичные эффекты сохранени треков на дне камеры наблюдаютс при использовании паров гли0 церина. парафина и других высокомолекул рных соединений.5, the choice of the working fluid is its safety in use and the boiling point is Tk. Of great interest are studies of the processes of condensation of water vapor with the formation of droplets or ice crystals at various temperatures. It should be noted that tracks of charged particles, consisting of small ice crystals, fall to the bottom and remain on it for a long time, which allows one to take photographs of a large number of tracks recorded over long periods of time (about hours). Similar effects of maintaining tracks at the bottom of the chamber are observed with glycerol vapor. paraffin and other high molecular weight compounds.

Дл наблюдени треков частиц, проход щих выше чувствительного сло крышка камеры выполнена из материала, обладаю5 щего свойствами электрета. Дл улучшени качества треков центральна часть камеры выполнена из магнитного материала. Дл введени в объем камеры радиоактивных веществ стенки камеры имеют отверсти .In order to observe particle tracks extending above the sensitive layer, the chamber lid is made of a material having the properties of an electret. To improve the quality of the tracks, the central part of the chamber is made of magnetic material. The walls of the chamber have openings for introducing radioactive substances into the chamber.

0 Температура кипени жидкости в значительной мере определ ет собой рабочие температуры дна и крышки камеры. Чем выше температура кипени жидкости, тем больше должна быть температура дна и0 The boiling point of a liquid largely determines the operating temperatures of the bottom and lid of the chamber. The higher the boiling point of the liquid, the higher should be the bottom temperature and

5 крышки.5 covers.

Дл работы камеры при более высоких температурах требуютс жидкости с большей температурой кипени , высокотемпературные , высокомолекул рные спирты изTo operate the chamber at higher temperatures, liquids with a higher boiling point, high-temperature, high molecular weight alcohols from

0 р да: бутиловый спирт (), пиридин (,2°), этиленгликоль (Тк-197,3), глицерин (). Наиболее доступны и удобны в применении смеси спиртов с водой, например , смесь глицерина с водс-й. Этообус5 ловлено тем, что состав такой смеси можно измен ть в широких пределах: содержание одного из компонент можно измен ть от нул до 1. Соответственно этому измен ют и парциальное давление пара одного из компонентов смеси, Кроме упом нутых0 days: butyl alcohol (), pyridine (, 2 °), ethylene glycol (Tk-197.3), glycerin (). The most accessible and convenient in use are mixtures of alcohols with water, for example, a mixture of glycerol with water. This is explained by the fact that the composition of such a mixture can be varied within wide limits: the content of one of the components can be changed from zero to 1. Accordingly, the partial pressure of the vapor of one of the components of the mixture also changes.

жидкостей примен лись также анилин, парафин , пары нафталина, камфоры.Aniline, paraffin, naphthalene vapor, and camphor were also used in liquids.

Как уже упоминалось, люба жидкость и пары любого вещества могут быть использованы дл получени необходимого дл образовани новой фазы (жидкой или твердой) на ионах в пересыщенном паре.As already mentioned, any liquid and vapor of any substance can be used to obtain the necessary for the formation of a new phase (liquid or solid) on the ions in a supersaturated vapor.

Достаточно широкий диапазон рабочих температур можно получите, если вз ть две взаиморастворимые жидкости с различающимис более чем на 30°С температурами кипени , например, жидкости с температурой кипени ниже 101°С и выше 130°С, как указано в формуле изобретени . К первой группе относ тс ацетон, спирт метиловый, спирт этиловый, бензол, эфир, вода. Ко второй группе относ тс бутиловый спирт, толуол , пиридин, этиленгликоль, глицерин, нафталин, камфора, парафин.A sufficiently wide range of operating temperatures can be obtained by taking two mutually soluble liquids with boiling points differing by more than 30 ° C, for example, liquids with a boiling point below 101 ° C and above 130 ° C, as indicated in the claims. The first group includes acetone, methyl alcohol, ethyl alcohol, benzene, ether, water. The second group includes butyl alcohol, toluene, pyridine, ethylene glycol, glycerin, naphthalene, camphor, paraffin.

Во всех случа х температура дна установлена ниже температуры конденсации пара. Температура крышки установлена выше температуры конденсации пара, заполн ющего объем камеры дл улучшени условий наблюдени .In all cases, the bottom temperature is set below the vapor condensation temperature. The lid temperature is set above the condensation temperature of the vapor filling the chamber volume to improve viewing conditions.

Таким образом, независимый пункт предлагаемого изобретени обеспечивает стабильную работу камеры в широком диапазоне рабочих температур, ограниченных только температурой кипени и температурой конденсации примен емых жидкостей.Thus, the independent claim of the present invention provides stable operation of the chamber in a wide range of operating temperatures, limited only by the boiling point and the condensation temperature of the liquids used.

Сопоставительный анализ с прототипом позвол ет сделать вывод, что за вл емое устройство - конденсационна камера, отличаетс тем, что на крышке и стенках камеры установлены нагреватели, обеспечивающие возрастающий по направлению сверху вниз градиент температуры.Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive device is a condensation chamber, characterized in that heaters are installed on the lid and walls of the chamber, providing a temperature gradient increasing from top to bottom.

Изобретение по сн ет чертеж, где 1 - дно камеры, 2 - стенки камеры, 3 - прозрачна крышка камеры, 4 - оболочка. 5-лампы накаливани .The invention is illustrated in the drawing, where 1 is the bottom of the chamber, 2 is the wall of the chamber, 3 is the transparent lid of the chamber, 4 is the shell. 5-bulbs.

Предлагаемое изобретение реал зова- но следующим образом. В камере, ограниченной стекл нными стенками, стекл нной крышкой и металлическим дно.м, заполнен- ной смесью газа и пара, с помощью нагревателей 5, размещенных в области между стенками 2 и оболочкой 4. создают по стенкам возрастающий по направлению сверху вниз градиент 1емпературы. Вследствие этого в объеме сосуда возникает движение газа, который увлекает пары спирта с периферии дна сосуда в верхние сечени . Смесь газа и пара в основном объеме при заданном .градиенте температуры движетс сверху вниз. Попада а область вблизи охлаждаемого дна, пары жидкости охлаждаютс , в результате чего возникает пересыщение.The present invention is implemented as follows. In a chamber bounded by glass walls, a glass lid and a metal bottom m filled with a mixture of gas and steam, using heaters 5 located in the region between walls 2 and shell 4. create a temperature gradient increasing in the direction from top to bottom down . As a result of this, a gas movement occurs in the volume of the vessel, which carries alcohol vapor from the periphery of the bottom of the vessel to the upper sections. A mixture of gas and steam in the main volume at a given temperature gradient moves from top to bottom. In a region near the cooled bottom, the vapor of the liquid is cooled, resulting in supersaturation.

достаточное дл регистрации треков зар женных частиц. Треки освещают осветителем 5 и регистрируют через стекл нную крышку сосуда. Охлаждение дна камеры может осуществл тьс либо специальными хладагентами, либо непосредственно путем теплообмена с окружающей средой, если температура дна выше температуры окружающей среды.sufficient to record tracks of charged particles. The tracks are illuminated with illuminator 5 and recorded through the glass lid of the vessel. The bottom of the chamber can be cooled either with special refrigerants or directly by heat exchange with the environment if the bottom temperature is higher than the ambient temperature.

0 Такими образом, только выполнение пун- ктов формулы изобретени позвол ет достичь целей, перечисленных в за вке. Актуальность поставленных целей определ етс возрастающим вли нием радиоактивно5 сти (естественной и искусственной) на различные стороны жизни.0 Thus, only the implementation of the claims allows to achieve the objectives listed in the application. The relevance of the goals is determined by the increasing influence of radioactivity (natural and artificial) on various aspects of life.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и FORMULA AND SECTION

Claims

1. The condensation chamber, consisting of a closed vessel with a bottom, filled

0 a mixture of gas and steam, containing a heater, a steam source, a track illuminator, which, in order to obtain a stable sensitive layer by creating an increasing chamber along the walls.

5 in a top-down direction of the temperature gradient, heaters are installed on the lid and walls of the chamber.

2. The chamber according to Claim 1. characterized in that the heaters are installed in the shell with which the lid and walls of the chamber are surrounded.

3. The chamber according to claim 1, characterized in that, in order to simplify the design, lamps are used as heaters

5 Glow.

4. The camera according to claim 1, with the exception that, in order to use the camera at temperatures above ambient temperature, the bottom of the camera is made in the form

0 radiator.

5. The chamber according to claims 1 and 4, with the exception that, in order to increase the ionic load, the central part of the bottom is made of a material with higher thermal conductivity5. than the periphery of the bottom.

6. The chamber according to claim 1, including the fact that, in order to expand the range of operating temperatures, liquids or mixtures are used as a source of steam

0 liquids, one of which has a boiling point below 101 ° C. and a friend above 130 ° ..

7. The chamber according to claims 1 and 6, characterized in that as a liquid or mixture

5 liquids, liquids from the series were used: ethyl alcohol, methyl alcohol, acetone, benzene, water, butyl alcohol, aniline, glycol, glycerin, paraffin.

8. The camera according to claims 1, 4 and 5, with the exception that, in order to improve quality

tracks, the central part of the bottom is elevated relative to the periphery by 0.5-10 cm.

9. The chamber according to claims 1, 4, 5, and 8, 5, and the fact that, in order to reduce distortion of the tracks due to the radial movement of the gas-vapor mixture near the bottom, the central part of the bottom of the chamber is made with through holes

10. The chamber according to claims 1, 6 and 9, with the exception that in order to simplify the design of the chamber, the surface of the liquid at the bottom is used as a source of steam.

11. The chamber according to claims 1 and 9, in that in order to increase the surface of the steam source, part of the bottom area and the inner surface of the walls is covered with a wettable liquid material containing capillaries, pores or microcracks.

12. A chamber according to claims 1 and 11, characterized in that. in order to measure the number of tracks formed in the chamber

a certain period of time, a liquid is used as a vapor source, the vapor of which condenses into a solid phase (for example, water vapor at a temperature below -41 ° C, glycerol vapor and paraffin vapor at a temperature below 0 ° C).

13. The chamber according to claims 1-12, characterized in that. in order to observe tracks of particles passing above the sensitive

a layer, a chamber lid is made of a material having the properties of an electret.

14. The camera according to paragraphs 1-13, moreover, in order to improve the quality of the tracks, the central part of the camera is made of

magnetic material.

15. The camera according to claims 1-14, characterized in that, in order to improve the quality of the tracks, the central part of the camera is made of a light guide material.

16. The chamber according to claims 1 to 15, with the inclusion in that in order to introduce radioactive substances into the chamber volume, the chamber walls have openings.