RU2084001C1

RU2084001C1 - Method of recording of tracks of charged particles and device for its realization

Info

Publication number: RU2084001C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Константинович Ляпидевский
Original assignee: Виктор Константинович Ляпидевский
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1997-07-10

Abstract

FIELD: recording of nuclear radiations and design of track detectors of charged particles,. SUBSTANCE: temperature of central part of chamber bottom is set below melting temperature or sublimation temperature of steam forming substance. In this case temperature difference between walls and central part of bottom amounts to 5-80 C. Metal cylinder is slide-fitted in central hole of chamber bottom. Heater and trough for steam forming substance have thermal contact and are attached to cover of chamber. EFFECT: enhanced operational reliability. 9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной физике и технике и может быть использовано при создании трековых детекторов заряженных частиц для исследования в области ядерной физики и техники, для контроля радиоактивности окружающей среды, а также для создания приборов, используемых в качестве учебных пособий в средней школе и высших учебных заведениях. The invention relates to nuclear physics and technology and can be used to create track detectors of charged particles for research in the field of nuclear physics and technology, to control the radioactivity of the environment, as well as to create devices used as teaching aids in high schools and universities .

Известен способ регистрации треков заряженных частиц, включающий введение парообразующего вещества в камеру, создание разности температур до 80^oC между стенками камеры и центральной частью дна, приводящее к диффузии паров к центральной части дна и образованию чувствительного слоя, регистрации треков заряженных частиц в чувствительном слое [1]
Недостатком способа является то, что возникающие в объеме камеры конвекционные потоки могут привести к перемешиванию смеси газа и пара, которое приводит к ухудшению качества следов. Этот недостаток устранен в прототипе [2] где для создания направленных конвекционных потоков газа между дном и стенками камеры помещен экран.A known method of recording tracks of charged particles, including the introduction of a vaporizing substance into the chamber, creating a temperature difference of up to 80 ^o C between the walls of the chamber and the central part of the bottom, leading to diffusion of vapors to the central part of the bottom and the formation of a sensitive layer, recording tracks of charged particles in a sensitive layer [ 1]
The disadvantage of this method is that convection flows arising in the chamber volume can lead to mixing of a mixture of gas and steam, which leads to a deterioration in trace quality. This disadvantage is eliminated in the prototype [2] where a screen is placed between the bottom and the chamber walls to create directed convection gas flows.

Недостатком прототипа является то, что образовавшиеся в объеме треки заряженных частиц падают на дно и исчезают. Это не позволяет получить сохраняющуюся во времени информацию о числе треков, образовавшихся в чувствительном слое за определенный промежуток времени и упавших на дно камеры. От этого недостатка свободен предлагаемый способ, отличающийся тем, что температуру центральной части дна устанавливают ниже температуры ниже температуры плавления или температуры сублимации парообразующего вещества. Благодаря этому образовавшиеся в объеме камеры треки опускаются (падают) на дно и сохраняются на дне длительное время. Например, треки, образованные в парах парафина, сохраняются на дне при комнатной температуре несколько лет. В зависимости от температурного режима в качестве парообразующего вещества используют воду, этиловый спирт, этиленгликоль, глицерин или при более высоких температурах смеси кристаллических и аморфных веществ, например, нафталина, камфары, парафина, канифоли. The disadvantage of the prototype is that formed in the volume tracks of charged particles fall to the bottom and disappear. This does not allow obtaining time-saving information about the number of tracks formed in the sensitive layer for a certain period of time and falling to the bottom of the camera. The proposed method is free from this drawback, characterized in that the temperature of the central part of the bottom is set below a temperature below the melting point or sublimation temperature of the vaporizing substance. Due to this, the tracks formed in the chamber volume sink (fall) to the bottom and remain at the bottom for a long time. For example, tracks formed in paraffin vapor are stored on the bottom at room temperature for several years. Depending on the temperature regime, water, ethanol, ethylene glycol, glycerin or, at higher temperatures, mixtures of crystalline and amorphous substances, for example, naphthalene, camphor, paraffin, and rosin, are used as the vaporizing substance.

Способ был реализован с помощью устройства для регистрации треков частиц, состоящего из камеры, ограниченной стенками, дном и крышкой. Внутри камеры расположен экран, отделяющий центральную часть дна от периферии. Устройство отличается от аналогом [2] тем, что дно камеры снабжено центральным отверстием, в котором на скользящей посадке установлен металлический цилиндр. Это позволяет заменить центральную часть дна в процессе измерений, что позволяет вводить в объем камеры исследуемые радиоактивные пробы и определять число треков, расположенных на поверхности цилиндра. Цилиндр с треками на его поверхности может быть сохранен для документации проведенных измерений радиоактивности. Экран и имеющий с ним тепловой контакт нагреватель прикреплен к крышке, снабженной прозрачным окном. На экране расположен желоб, в котором помещается парообразующее вещество. Стенка и дно камеры могут быть выполнены из диэлектрика, а экран из теплопроводящего материала. The method was implemented using a device for recording particle tracks, consisting of a camera bounded by walls, bottom and cover. Inside the camera is a screen that separates the central part of the bottom from the periphery. The device differs from the analogue [2] in that the bottom of the chamber is provided with a central hole in which a metal cylinder is mounted on a sliding fit. This allows you to replace the central part of the bottom during the measurement process, which allows you to enter the investigated radioactive samples into the chamber volume and determine the number of tracks located on the surface of the cylinder. A cylinder with tracks on its surface can be saved for documentation of measurements of radioactivity. The screen and the heater having thermal contact with it are attached to a cover provided with a transparent window. On the screen there is a gutter in which a vapor-forming substance is placed. The wall and bottom of the chamber can be made of dielectric, and the screen of heat-conducting material.

Для увеличения потока пара на внутреннюю поверхность экрана нанесен материал, находящийся в контакте с парообразующим веществом в желобе. Материал смачивается парообразующим веществом. To increase the steam flow, a material is applied to the inner surface of the screen in contact with the vapor-generating substance in the trough. The material is wetted with a vaporizing substance.

Устройство может работать при охлаждении его дна атмосферным воздухом. Для этого устройство дополнительно снабжено окружающим его кожухом из материалов с низкой теплопроводностью. Кожух снабжен отверстием со стороны дна и крышки для обеспечения циркуляции атмосферного воздуха, охлаждающего металлический цилиндр, расположенный в центральном отверстии дна. The device can work by cooling its bottom with atmospheric air. For this, the device is additionally equipped with a surrounding casing of materials with low thermal conductivity. The casing is provided with an opening on the bottom and cover sides to allow circulation of atmospheric air cooling the metal cylinder located in the central opening of the bottom.

Устройство схематически показано на чертеже. The device is schematically shown in the drawing.

Металлический цилиндр 1 на скользящей посадке входит в дно камеры 2, выполненной из плохо проводящего материала (например, из плексигласа) так же, как и стенки камеры 3. Крышка камеры 4 выполнена из хорошо проводящего тепло материала и имеет прозрачное окно 5. К крышке в тепловом контакте с ней крепится экран 6 с нагревателем 7. В нижней части экрана находится желоб 8, в который помещают парообразующую рабочую смесь. Позиция 9 смачивающийся парообразующей смесью материал. The metal cylinder 1 on a sliding fit enters the bottom of the chamber 2 made of poorly conductive material (for example, Plexiglass) as well as the walls of the chamber 3. The lid of the chamber 4 is made of a material that is well conductive of heat and has a transparent window 5. To the lid thermal contact with it is attached to the screen 6 with the heater 7. In the lower part of the screen is a groove 8, in which the vapor-forming working mixture is placed. Position 9 is a wettable vapor-forming material.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В желоб 8 помещают парообразующую смесь. Включают нагреватель 7. Экран 6 и желоб 8 нагреваются, в результате чего рабочая смесь также нагревается и смачивает материал 9, находящийся на внутренней стороне экрана 6. Нагретая рабочая смесь испаряется и заполняет объем камеры. Нагретый экран 6 создает разность температур в горизонтальной плоскости, которая необходима для осуществления потока смеси газа от источника пара к металлическому цилиндру. Вблизи поверхности цилиндра образуется слой, в котором регистрируют треки заряженных частиц. Образующиеся треки под действием силы тяжести опускаются на поверхность металлического цилиндра и сохраняют все время, пока температура цилиндра поддерживается ниже температуры плавления или сублимации парообразующейся смеси. Для удобства определения числа треков цилиндр вынимают из камеры. Способ и устройство позволяют измерять малые активности (порядка 1 Бк/м³), что недоступно для других методов. Это обусловлено тем, что треки, образованные в различных участках объема камеры, отличаются по форме. Это позволяет регистрировать только те треки, которые связаны с изучаемым процессом. В частности, способ и устройство позволяют раздельно регистрировать альфа-частицы, образованные радоном, от альфа-частиц, образованных продуктами распада радона. (Треки от альфа-частиц, образованных радоном, более диффузны.)
Металлический цилиндр 1 до установки в дно 2 камеры можно для увеличения контрастности треков охладить в морозильной камере бытового холодильника. В этом случае камера при заполнении ее воздухом с примесью этилового спирта может работать без дополнительного нагрева. Охлаждение металлического цилиндра 1 можно осуществлять и в процессе работы устройства, помещая его нижнюю часть в холодильную смесь, применяющую в обычной лабораторной практике.In the groove 8 is placed a vapor-forming mixture. The heater 7 is turned on. The screen 6 and the chute 8 are heated, as a result of which the working mixture also heats up and wets the material 9 located on the inner side of the screen 6. The heated working mixture evaporates and fills the chamber volume. The heated screen 6 creates a temperature difference in the horizontal plane, which is necessary for the flow of the gas mixture from the steam source to the metal cylinder. A layer is formed near the surface of the cylinder in which tracks of charged particles are recorded. The resulting tracks under the action of gravity fall to the surface of the metal cylinder and keep all the time while the temperature of the cylinder is maintained below the melting point or sublimation of the vaporized mixture. For the convenience of determining the number of tracks, the cylinder is removed from the camera. The method and device allow you to measure small activity (about 1 Bq / m ³ ), which is not available for other methods. This is due to the fact that the tracks formed in different parts of the chamber volume differ in shape. This allows you to register only those tracks that are associated with the process being studied. In particular, the method and device allow separate registration of alpha particles formed by radon from alpha particles formed by the decay products of radon. (Tracks from alpha particles formed by radon are more diffuse.)
The metal cylinder 1 can be cooled in the freezer of a domestic refrigerator to increase the contrast of tracks before installing in the bottom 2 of the camera. In this case, the chamber when filling it with air mixed with ethanol can work without additional heating. The cooling of the metal cylinder 1 can also be carried out during the operation of the device by placing its lower part in the refrigeration mixture, which is used in ordinary laboratory practice.

Claims

1. The method of recording tracks of charged particles, including the introduction of a vaporizing substance into the chamber, creating a temperature difference of up to 80 ^o C between the walls of the chamber and the central part of the bottom, leading to the transfer of vapor to the central part of the bottom and the formation of a sensitive layer, recording tracks of charged particles in a sensitive layer characterized in that the temperature of the central part of the bottom is set below the melting temperature or sublimation temperature of the vaporizing substance, while the minimum allowable temperature difference m forward wall and the central part of the bottom is 5 ^o C.

2. The method according to p. 1, characterized in that water, ethanol, ethylene glycol or glycerin are used as the vapor-forming substance.

3. The method according to p. 1, characterized in that as a vapor-forming substance using a mixture of crystalline and amorphous substances, such as naphthalene, camphor, paraffin, rosin.

4. The method according to p. 1, characterized in that it additionally record tracks located at the bottom of the camera.

5. A device for recording tracks of charged particles, consisting of a camera bounded by walls, a bottom and a lid, inside which there is a screen separating the central part of the bottom from the periphery, characterized in that the bottom is provided with a central hole in which a metal cylinder is mounted on a sliding fit, and the screen on which the gutter for the vaporizing substance is located, and the heater having thermal contact with it, are attached to the lid provided with a transparent window.

6. The device according to p. 5, characterized in that the walls and bottom of the chamber are made of dielectric, and the screen is made of heat-conducting material.

7. The device according to p. 5, characterized in that on the inner surface of the screen is applied with the possibility of contact with the vaporizing substance in the gutter, the material wetted by the vaporizing substance.

8. The device according to p. 5, characterized in that the device is additionally equipped with a surrounding casing of a material with low thermal conductivity, provided with openings on the bottom and cover side to circulate atmospheric air cooling the metal cylinder located in the central opening of the bottom.