RU2069869C1 - Способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069869C1 RU2069869C1 SU5027338A RU2069869C1 RU 2069869 C1 RU2069869 C1 RU 2069869C1 SU 5027338 A SU5027338 A SU 5027338A RU 2069869 C1 RU2069869 C1 RU 2069869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- chamber
- voltage
- detector
- tip
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: определение степени ионизации, наличия потоков фотонов и электронов, концентрации ионов и других электрофизических параметров окружающей среды. Сущность изобретения: для повышения чувствительности измерений в газоразрядном детекторе между острием стержневого анода и коаксиально расположенным цилиндрическим катодом создают электрическое поле. В газовой среде детектора создают резонансный коронный разряд при напряжении на аноде, выбранном в интервале значений 3,73±0,2 кВ. Электрофизические параметры исследуемой среды регистрируют путем определения зависимости частоты повторения импульсов тока в анодной цепи от напряжения. Острие анода размещается от торцевого окна камеры на расстоянии, равном (2/3oC3/4)l, где l - длина разрядной камеры детектора. Площадь поперечного сечения острия анода в 102 oC103 раз меньше площади поперечного сечения камеры. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерению электрофизических параметров окружающей среды и может быть использовано для определения степени ионизации, наличия и величины потока фотонов (и рентгеновского излучения), электронов (β-излучения), a-частиц, концентрации ионов, электронов, а также измерения электронного квантового потенциала (квантовой энергии).
Устройство для осуществления предложенного способа относится к типу разрядных приборов, например, счетчику Гейгера-Мюллера и т.д. и может быть применено для оценки радиоактивной загрязненности окружающей среды, как в лабораторных условиях, так и в условиях работы общедоступной бытовой техники.
Известен способ измерения электрофизических параметров окружающей среды, в частности, определения интенсивности ионизирующего излучения, например, рентгеновского или g-излучения, а также концентрации быстрых заряженных частиц [1] Способ заключается в том, что в среде, содержащей ионизирующие частицы, создают электрическое поле и по изменению количества импульсов тока в единицу времени определяют параметры среды. Чем больше напряжение, тем больше пар разнополярных частиц не подвергается рекомбинации: происходит увеличение тока, однако, при определенном напряжении возможность улавливания частиц для регистрации их резко снижается и происходит насыщение тока, при котором регистрации невозможна.
Снижение чувствительности измерения является недостатком способа.
Устройство для осуществления указанного способа [1] выполнено в виде ионизационной камеры с двумя электродами, помещенными в баллон, наполненный воздухом или другими газами (смесями с аргоном, азотом или водородом) при повышенном (2 20 кгс/см2) давлении.
Если напряжение не приложено к электродам, в камере происходит рекомбинация ионизированных частиц и ток в цепи не протекает. При подаче напряжения на электроды, в цепи появляется ток. Чем больше напряжение, тем больше частиц, не подвергаясь рекомбинации, достигает электродов тем больше ток. Однако при определенном напряжении все заряженные частицы достигают электродов и дальнейшее увеличение напряжения не приводит к росту тока. Наступает насыщение тока, при котором измерение невозможно.
Снижение чувствительности является недостатком устройства.
В прототипе [1] увеличение чувствительности достигается за счет осуществления дополнительной "лавинной" ионизации, которая заключается в том, что после создания электрического поля в среде, содержащей ионизирующие частицы, пропускают через среду ионизированные частицы с большей энергией. В результате обеспечивается увеличение тока до значения, независимого от начальной ионизации; процент импульсов с достаточно большой энергией возрастает с увеличением напряжения так, что в диапазоне пороговых значений напряжений от Umin до Umax (плато) возможна регистрация импульсов тока.
Недостатком способа-прототипа является то обстоятельство, что дополнительная "лавинная" ионизация газа приводит к образованию в электрическом поле ионного облака, приводящего к уменьшению чувствительности измерения.
Устройством-прототипом является конструкция типа счетчика Гейгера-Мюллера [2] Устройство содержит катод, выполненный в виде металлического корпуса, полость которого заполнена газом, и счетный электрод-анод, выполненный в виде натянутой тонкой проводящей нити, закрепленной на внутренних стенках корпуса. Процесс "лавинной" ионизации приводит к образованию вблизи анода ионного облака, которое, изменяя распределение электрического поля делает устройство нечувствительным к следующей ионизирующей частице.
Данное обстоятельство является недостатком прототипа, кроме того, такое выполнение устройства обеспечивает осуществление измерения параметров в локальной области среды (в пределах физического объема устройства) и не позволяет производить измерения вне этой области (на расстояние от устройства, величина которого больше величины пробега, например, a-частиц, в воздухе она равна ≈2 3 см).
В результате невозможность производить дистанционное измерение является также недостатком прототипа.
Задача изобретения повышение чувствительности, а также обеспечение возможности дистанционного измерения.
Это достигается тем, что после создания в среде, содержащей ионизирующие частицы, электрического поля осуществляют дополнительную ионизацию среды при значении напряжения
где е, m заряд, масса электрона;
с скорость света;
h постоянная Планка;
σ величина допустимого интервала для значения напряжения близкого к максимальному значению линейного участка резонансной зависимости частоты повторения импульсов от напряжения.
где е, m заряд, масса электрона;
с скорость света;
h постоянная Планка;
σ величина допустимого интервала для значения напряжения близкого к максимальному значению линейного участка резонансной зависимости частоты повторения импульсов от напряжения.
Указанные значения напряжения, при котором обеспечивается создание резонансного коронного разряда на острие электрода, а также соотношения геометрических параметров измерительного устройства, оптимальные для получения нового технического результата, выявлены экспериментальным путем.
В процессе исследования установлено, что существует узкая область напряжений на электродах детектирующей системы, в пределах которой имеется аномально высокое значение количества импульсов тока (сигналов измерения), сильно зависящих от параметров внешней среды.
Характер изменения количества импульсов от величины напряжения имеет форму резонансной характеристики с шириной полосы 2σ по уровню 0,7 и 2σ у основания, симметричной относительно указанного выше фундаментального значения напряжения, определяемого формулой 
(мировая константа). Установлено, что σ ~ 50В.. Эта резонансная характеристика не левом и правом скатах имеет линейные участки, на которых и производится измерение (см. пунктирные линии на графике диаграммы на фиг. 2) созданный в результате указанного процесса резонансный коронный электрический разряд осуществляется на острие счетного анода, выполненного в виде игольчатого коронирующего стержня, закрепленного внутри металлической разрядной камеры-катода, окружающей анод, торцевое сечение которого расположено от входного поперечного сечения разрядной камеры на расстоянии (2/3oC3/4)l, где l длина разрядной камеры, причем площадь поперечного сечения проводника меньше в 102 oC103 раз площади поперечного сечения камеры. Влияние параметров среды на число импульсов тока при данном напряжении осуществляется не только в области детектирующей системы, но и за ее пределами (нелокальные измерения). Обеспечение дистанционного измерения за счет свойства нелокальности коронного разряда является также новым техническим результатом.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства, предназначенного для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 график зависимости частоты числа импульсов тока в единицу времени от напряжения.
Измерение электрофизических параметров окружающей среды предложенным способом осуществления за счет того, что создают электрическое поле в газоразрядном детекторе между острием стержневого анода и коаксиально расположенным цилиндрическим катодом и производят воздействие ионизирующими частицами исследуемой среды, причем в газовой среде детектора создают резонансный коронный электрический разряд при напряжении на аноде, выбранном в интервале значений 3,73±0,2 кВ. Регистрация электрофизических параметров исследуемой среды выполняется путем определения зависимости частоты повторения импульсов тока в анодной цепи от напряжения и воздействующего фактора среды.
Устройство для осуществления способа выполнено в виде металлической разрядной камеры 1 катода, полость которой заполнена газовой средой и помещенного в ней тонкого проводника анода 2. Последний представляет собой игольчатый коронирующий стержень с удлиненным острием 3 на свободном конце, закрепленный через изолятор 4 на стенке камеры 1 и соединенный через нагрузочный резистор 5 с источником регулируемого постоянного напряжения (значение напряжения 3,73 + 10 кВ). Тонкий проводник анод 2 подключен к схеме регистрации импульсов тока (не показана). Геометрические параметры конструктивных элементов, удовлетворяющие наилучшим показателям работы устройства в условиях повышенной чувствительности и обеспечения дистанционного измерения установлены экспериментальным путем: торцовое сечение стержня анода 2 расположено от входного поперечного сечения (окно 6) разрядной камеры 1 на расстоянии, равном (2/3oC3/4)l, где l длина разрядной камеры, а площадь поперечного сечения игольчатого стержня уменьшена в 102 oC103 раз по отношению к площади поперечного сечения камеры.
Окно 6 предназначено для связи камеры с окружающей средой причем объекты измерения располагаются таким образом, что возможно воздействие их на объем среды перед окном 6 (вблизи окна), либо на внутреннюю область камеры, прилегающую к окну, либо на дополнительную преграду, например, крышку 7, закрывающую окно.
При подаче на токопроводящее острие 3 положительного потенциала вблизи значения 23,73 кВ происходит возникновение между удлиненным острием и окружающим его проводящим электродом резонансного коронного электрического разряда.
Для измерения электрофизических параметров окружающей среды производят регистрацию количества импульсов тока в единицу времени коронного разряда с острия причем в зависимости от того, какие параметры регистрируются, выбирается рабочая точка на том или ином участке указанной ранее резонансной зависимости (фиг. 2). Так, например, при наличии в воздухе помещения 103 пар ионов/см (условия ионизации бытового ионизатора "Рязань") средняя частота повторения импульсов Fn (количество импульсов тока в единицу времени) уменьшается от 30 Гц до 0, если начальная установка напряжения соответствовала "левой" (фиг. 2) ветви резонансной кривой.
Аналогичное изменение Fn происходит при воздействии на область воздуха вблизи окна 5 датчика разрядной камеры 2γ-излуения. Окно может быть закрыто тем или иным экраном, например крышкой 6, обеспечивающим селекцию различных факторов воздействия окружающей среды. В то же время возможность работы без какого-либо защитного окна 5 и возможность дистанционного измерения позволяет регистрировать воздействие на процесс разряда излучений малой энергии (α,β) и с коротким пробегом (α-излучения).
При испытаниях использовался датчик с диаметром цилиндрического (внешнего) электрода 60 мм, длиной 100 мм. Центральный электрод (с острием) выполнен с диаметром 0,43 мм при длине 65 мм, причем расстояние от окна (торца цилиндра) до острия составляет 35 мм.
Источник g-излучения располагался вблизи от датчика на регулируемом расстоянии 10 100 см от входного окна.
Интенсивность излучения на данном расстоянии от источника фиксировалась штатным дозиметром ДРГ 3 0,1.
При регистрации излучения с помощью УИЭПОС напряжение на острие устанавливалось вблизи значения U0=3,73 кВ 100 В, при этом фоновый поток импульсов в цепи острия составлял 100 имп) сек. При облучении γ-источником воздуха перед окном УИЭПОС поток импульсом уменьшался пропорционально интенсивности g-радиации и обратно пропорционально расстоянию от источника до окна УИЭПОС.
Сопоставление чувствительности УИЭПОС с прибором ДРГ-3,01 показало, что при расстоянии до источника g-излучения ≃ 35см предлагаемая конструкция ЭИПОС обеспечивает чувствительность, превосходящую чувствительность ДРГ-3-0,1 примерно в 30 раз. Установлено, что наибольшей чувствительностью обладает прибор с указанной оптимальной геометрией, при которой обеспечиваются соотношения площади поперечного сечения острия анода, уменьшенной в 102 + 103 раз по отношению к площади поперечного сечения камеры, а также с расположением торцевого сечения острия от входного поперечного сечения камеры на расстоянии, равном ≈(2/3 3/4)L, где L длина разрядной камеры.
Примеры измерений предлагаемым способом следующие:
а) Для измерения рентгеновского излучения (γ-излучения) входное окно закрывается тонкой (толщина 0,1 мм) крышкой из алюминия или другого металла. Производится подсчет числа импульсов тока в датчике, откалиброванном с данным окном по интенсивности g-излучения.
а) Для измерения рентгеновского излучения (γ-излучения) входное окно закрывается тонкой (толщина 0,1 мм) крышкой из алюминия или другого металла. Производится подсчет числа импульсов тока в датчике, откалиброванном с данным окном по интенсивности g-излучения.
б) Для измерения наличия нейтронов в воздухе датчик с открытым окном размещают в заданной области так, чтобы пространство (воздух) перед окном на расстоянии 2 3 диаметра окна было заполнено искомыми нейтронами.
Производится отсчет числа импульсов тока, датчик предварительно калибруется и аттестуется по эталонному источнику нейтронов.
в) Для измерения a-излучений датчик может быть оснащен окном из металлической сетки (например, латунный провод 0,3 мм, ячейка 5 мм). При локальных измерениях a-радиоактивных предметов окно датчика располагается вблизи обмеряемого предмета на расстоянии не более 2 3 см.
Отсчет аналогично пп. а и б.
При дистанционных измерениях a используется датчик с открытым окном аналогично п. б.
Приведенные экспериментальные данные говорят о том, что каждому определенному числу импульсов тока (сигналов измерения) в секунду прибора УИЭПОС можно поставить в соответствие определенную величину интенсивности g-излучения, которая мерилась дозиметром ДРГ-3-0,1. Иначе говоря, мерилась квантовая энергия излучения, которая всегда равна энергии целевого числа квантов
Eизл= к•h•ν,
где Еизл. квантовая энергия или электронный квантовый потенциал; к число квантов; h постоянная Планка, а ν частота излучения.
Eизл= к•h•ν,
где Еизл. квантовая энергия или электронный квантовый потенциал; к число квантов; h постоянная Планка, а ν частота излучения.
Если известны номера орбит n и m в атоме источника g радиации, между которыми происходил переход электрона, то можно определить частоту излучения n
,
где R постоянная Ридберга. Теперь можно найти и число γ-квантов-квантов:
Эксперимент проводился на расстоянии 35 см от источника g-излучения, что является преимуществом предлагаемого способа.
где R постоянная Ридберга. Теперь можно найти и число γ-квантов-квантов:
Эксперимент проводился на расстоянии 35 см от источника g-излучения, что является преимуществом предлагаемого способа.
Предлагаемое изобретение является актуальным, так как проблемы экологии и радиоактивной загрязненности окружающей среды, предметов быта, продуктов питания, делают особенно важным поиск путем регистрации электрофизических характеристик, пригодных для использования не только в специализированных лабораторных условиях, но и в простой и доступной бытовой технике.
Claims (2)
1. Способ измерения электрофизических параметров окружающей среды, включающий создание электрического поля в газоразрядном детекторе между острием стержневого анода и коаксиально расположенным цилиндрическим катодом, воздействие ионизирующими частицами исследуемой среды и регистрацию ее электрофизических параметров путем определения зависимости частоты повторения импульсов тока в анодной цепи от напряжения, отличающийся тем, что в газовой среде детектора создают резонаторный коронный электрический разряд при напряжении на аноде, выбранном в интервале значений 3,73±0,2 КВ.
2. Устройство для измерения электрофизических параметров окружающей среды, содержащее катод в виде металлической разрядной камеры, заполненной газовой средой, стержневой анод с острием, установленный коаксиально внутри камеры, торцевое окно камеры для ввода ионизирующих частиц и систему регистрации импульсов тока, подключенную к аноду, отличающееся тем, что острие анода размещено от торцевого окна камеры на расстоянии, равном (2/3 3/4)l, где l длина разрядной камеры, причем площадь поперечного сечения острия анода в 102 103 раз меньше площади поперечного сечения камеры.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5027338 RU2069869C1 (ru) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | Способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5027338 RU2069869C1 (ru) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | Способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2069869C1 true RU2069869C1 (ru) | 1996-11-27 |
Family
ID=21596911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5027338 RU2069869C1 (ru) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | Способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069869C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640859A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-11-12 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于辐射剂量仪环境适应性测试的多参数测量系统 |
-
1992
- 1992-02-14 RU SU5027338 patent/RU2069869C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Загаевский Т. и др. Промышленная электроника.- М., Энергия, 1976, с. 57 - 58, рис. 2 - 55. Патентная заявка ФРГ N 3741675, кл. H 01 J 47/08, 1989. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640859A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-11-12 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于辐射剂量仪环境适应性测试的多参数测量系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3176135A (en) | Apparatus for detecting and analysing low gaseous concentrations | |
| Vovchenko et al. | Study of the hard component of pulsed X-ray emission of micropinch discharge plasma | |
| RU2069869C1 (ru) | Способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления | |
| Evans | Fundamentals of radioactivity and its instrumentation | |
| US3122640A (en) | Method and apparatus for measuring the dosage of x-rays and gamma rays | |
| Klueppel et al. | Observations on the formation of spark discharge and its influence by an external magnetic field | |
| Va'vra et al. | Soft X-ray production in spark discharges in hydrogen, nitrogen, air, argon and xenon gases | |
| Wong et al. | Plasma diagnostic techniques | |
| NL1015741C1 (nl) | Stralingsdetector met een absorptiekamer en meerdere lawinekamers. | |
| RU91567U1 (ru) | Газовый детектор для регистрации медленных и быстрых нейтронов в условиях интенсивной внешней радиации | |
| JPS5856958B2 (ja) | 電子スペクトロメ−タ | |
| RU2414725C1 (ru) | Способ регистрации медленных и быстрых нейтронов в условиях интенсивной внешней радиации | |
| CN114488269B (zh) | 一种正比计数器 | |
| Dubinov et al. | Procedure for measuring the electrophysical characteristics and kinetics of electronegative gas | |
| Hessenbruch | Rutherford's 1901 experiment on radiation energy and his creation of a stable detector | |
| Farrell et al. | Charged particle beam current measuring device | |
| RU2107308C1 (ru) | Способ измерения радиоактивности атмосферного воздуха | |
| Ladu et al. | Determination of the quality factor in a mixed field of gamma-rays and neutrons by an ionization chamber filled with a dielectric liquid, II | |
| Aondoakaa et al. | Comparative Analysis of GM Tube Characteristics Using (Ba-133) Gamma Source and (Sr-90) Beta Test Source | |
| Allibone et al. | Variation of ion density in a high-voltage laboratory during impulse-voltage testing | |
| Deptuch et al. | Selected problems in aging effects with gas proportional counters | |
| JPH0247581A (ja) | 中性子検出器 | |
| RU2191373C2 (ru) | Способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации | |
| Dutton et al. | The experimental determination of the total scattering cross section of molecular nitrogen for positrons at energies up to 3 keV | |
| Martin et al. | Radiation detection and measurement |