RU2461024C1 - Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources - Google Patents
Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461024C1 RU2461024C1 RU2011113344/28A RU2011113344A RU2461024C1 RU 2461024 C1 RU2461024 C1 RU 2461024C1 RU 2011113344/28 A RU2011113344/28 A RU 2011113344/28A RU 2011113344 A RU2011113344 A RU 2011113344A RU 2461024 C1 RU2461024 C1 RU 2461024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- calibration
- detector
- input
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области радиационной экологии и может быть использовано для дистанционного поиска остатков ядерного топлива, например, плутония, загрязняющих поверхности в результате аварий или в ходе производственных процессов.The claimed invention relates to the field of radiation ecology and can be used to remotely search for nuclear fuel residues, for example, plutonium, polluting surfaces as a result of accidents or during production processes.
Из существующего уровня техники известно устройство для дистанционной регистрации альфа-частиц, описанное в патенте [1], и его модификации, представленные в патентах [2-8]. В устройстве [1] использована ионизационная камера с проницаемыми сетчатыми электродами, сквозь которые прокачивается воздух, содержащий аэроионы, возникшие в результате ионизации воздуха альфа-частицами. Детектирование излучения осуществляется путем измерения ионизационного тока между электродами.The prior art device for remote registration of alpha particles described in the patent [1], and its modifications presented in the patents [2-8]. The device [1] used an ionization chamber with permeable mesh electrodes through which air containing air ions resulting from ionization of air by alpha particles is pumped. Radiation detection is carried out by measuring the ionization current between the electrodes.
Модификации устройств, описанные в патентах [2-8], отличаются формой электродов, режимом подачи напряжения на электроды, способом транспортировки ионов в ионизационную камеру, режимом съема и обработки сигналов с выхода усилителя постоянного тока. Технические решения, используемые в устройствах, представленных в патентах [2-8], направлены на повышение эффективности регистрации аэроионов, расширение области применения, снижение стоимости оборудования. Например, устройство [4] предназначено для регистрации радона, содержащегося в воздушной пробе, помещенной внутрь рабочего объема детектора. Общим признаком для устройств, представленных в патентах [1-8], является наличие ионизационной камеры, предназначенной для измерения интегрального ионизационного эффекта, произведенного в воздухе излучениями разной природы, т.е. наряду с источниками альфа-излучения регистрируются источники бета- и гамма-излучения. Измерение ионизационного тока не позволяет различать источники излучения разной природы. Таким образом, с помощью устройств [1-8] не осуществляется выделение ионизации от альфа-излучения на фоне сопутствующего бета- и гамма-излучения, что является их существенным недостатком.Modifications of the devices described in patents [2-8] differ in the shape of the electrodes, the mode of supplying voltage to the electrodes, the method of transporting ions into the ionization chamber, the mode of taking and processing signals from the output of the DC amplifier. The technical solutions used in the devices presented in the patents [2-8] are aimed at increasing the efficiency of registering air ions, expanding the scope, reducing the cost of equipment. For example, the device [4] is designed to detect radon contained in an air sample placed inside the working volume of the detector. A common feature for the devices presented in the patents [1-8] is the presence of an ionization chamber designed to measure the integral ionization effect produced in air by radiation of different nature, i.e. along with sources of alpha radiation, sources of beta and gamma radiation are recorded. Measurement of the ionization current does not distinguish between radiation sources of different nature. Thus, using devices [1-8], ionization from alpha radiation is not carried out against the background of concomitant beta and gamma radiation, which is their significant drawback.
Наиболее близким техническим решением к данному предложению и принятым за прототип является устройство [9] для дистанционного обнаружения источников альфа-излучения, содержащее измерительный открытый на воздух детектор аэроионов, сопряженный с блоком переноса аэроионов и подключенный к источнику рабочего напряжения и к измерительному счетчику импульсов соответственно, и калибровочный альфа-источник, калибровочный детектор аэроионов, аналогичный измерительному детектору, выполненному газоразрядным, и компаратор, причем калибровочный детектор соединен с калибровочным счетчиком импульсов, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с шиной наперед заданного числа, выход - с управляющим входом источника рабочего напряжения, выход которого подключен также к калибровочному детектору.The closest technical solution to this proposal and adopted as a prototype is a device [9] for remote detection of alpha radiation sources, containing a measuring open-to-air aero-ion detector coupled to an aero-ion transfer unit and connected to a working voltage source and a measuring pulse counter, respectively and a calibration alpha source, a calibration detector of aero ions, similar to a measuring detector made by a gas discharge, and a comparator, and the calibration the second detector is connected to a calibration pulse counter, the output of which is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the bus in advance of a given number, the output is connected to the control input of the operating voltage source, the output of which is also connected to the calibration detector.
Особенностью газоразрядного детектора аэроионов, открытого на воздух, является отсутствие плато счетной характеристики, что в традиционных детекторах является недостатком. Это обстоятельство используется для нахождения оптимального рабочего напряжения.A feature of a gas-discharge detector of aeroions, open to air, is the absence of a plateau of the counting characteristic, which is a drawback in traditional detectors. This circumstance is used to find the optimal operating voltage.
Избирательность регистрации альфа-излучения в присутствии значительного фона от сопутствующего излучения иной природы в прототипе является следствием разницы в эффективности дистанционной регистрации ионных сгустков, образующихся на следах частиц с различной ионизирующей способностью. Средняя плотность ионизации на следах альфа-частиц выше, чем на следах электронов, и это является причиной более высокой эффективности регистрации. Под эффективностью здесь понимается вероятность появления хотя бы одного импульса на выходе детектора при поступлении в рабочий объем всех аэроионов, доставленных со следа ионизирующей частицы. Эффективность регистрации однозначно связана со скоростью счета импульсов с детектора. В работе [10] было показано, что при различных значениях атмосферного давления, температуры и влажности воздуха существует диапазон рабочих напряжений, в котором эффективность дистанционной регистрации частицы зависит от плотности ионизации в ионном сгустке, перемещенном с трека ионизирующей частицы к аноду счетчика. Эффективность тем выше, чем выше плотность ионов в сгустке. Ширина диапазона рабочих напряжений составляет величину порядка 10÷15 В. Например, при изменении атмосферного давления в пределах (750÷770) Торр, температуры - (14÷30)°С и влажности (30÷90)% диапазон рабочих напряжений остается в пределах (3800÷4000) В (приведенные значения справедливы, разумеется, для конкретного детектора). В указанном интервале всегда можно выделить диапазон напряжений шириной 10-15 В, в котором эффективность регистрации ионных сгустков со следа альфа-частицы в десятки раз превышает эффективность для сгустков со следа электрона. В прототипе отслеживание эффективности регистрации достигается благодаря точной установке рабочего (анодного) напряжения в процессе калибровки, в ходе которой происходит сравнение скорости счета импульсов с выхода калибровочного детектора с заранее заданным значением скорости счета, определяемым активностью калибровочного источника. По результату сравнения компаратором вырабатывается сигнал управления, в соответствии с которым напряжение на выходе источника рабочего напряжения изменяется таким образом, чтобы уменьшить разницу между измеренным значением скорости счета калибровочного детектора и заданным значением вплоть до достижения их равенства с заданной точностью. Коррекция осуществляется в пошаговом режиме с точностью ±3 В. Такая оптимизация позволяет сохранить достаточно высокую эффективность регистрации альфа-частиц на фоне низкоэффективной регистрации сопутствующих бета- и гамма-излучений. Калибровочный детектор выполнен аналогично измерительному, работает в режиме ограниченной пропорциональности и регистрирует аэроионы, создаваемые калибровочным альфа-источником, расположенным на расстоянии порядка 10 см (т.е. превышающем длину пробега альфа-частицы в воздухе) от детектора. Аэроионы переносятся к анодной проволочке с помощью электрического поля, создаваемого между источником и детектором.The selectivity of detecting alpha radiation in the presence of a significant background from the concomitant radiation of a different nature in the prototype is a consequence of the difference in the efficiency of remote registration of ionic clots formed on the traces of particles with different ionizing powers. The average ionization density on the tracks of alpha particles is higher than on the tracks of electrons, and this is the reason for the higher detection efficiency. Here, efficiency is understood as the probability of the appearance of at least one pulse at the detector output when all the aero ions delivered from the trace of an ionizing particle enter the working volume. The registration efficiency is uniquely related to the count rate of pulses from the detector. In [10], it was shown that for different values of atmospheric pressure, temperature, and humidity, there is a range of operating voltages in which the efficiency of remote particle registration depends on the ionization density in an ion bunch transferred from the track of the ionizing particle to the counter anode. Efficiency is higher, the higher the density of ions in a bunch. The width of the operating voltage range is of the order of 10 ÷ 15 V. For example, when atmospheric pressure changes within (750 ÷ 770) Torr, temperature - (14 ÷ 30) ° С and humidity (30 ÷ 90)%, the operating voltage range remains within (3800 ÷ 4000) V (the given values are valid, of course, for a specific detector). In the indicated interval, it is always possible to single out a voltage range 10–15 V wide, in which the efficiency of detecting ionic clumps from an alpha particle trace is tens of times higher than that for clumps from an electron trace. In the prototype, tracking of the recording efficiency is achieved by accurately setting the operating (anode) voltage during the calibration process, during which the pulse counting rate from the output of the calibration detector is compared with a predetermined value of the counting rate determined by the activity of the calibration source. Based on the result of the comparison, the comparator generates a control signal, in accordance with which the voltage at the output of the operating voltage source is changed in such a way as to reduce the difference between the measured value of the counting speed of the calibration detector and the set value until they are reached with the specified accuracy. Correction is carried out in a step-by-step mode with an accuracy of ± 3 V. Such optimization allows maintaining a rather high detection efficiency of alpha particles against the background of low-efficiency registration of concomitant beta and gamma radiation. The calibration detector is made similar to the measuring one, operates in a limited proportional mode and registers the air ions created by the calibration alpha source located at a distance of about 10 cm (i.e., exceeding the mean free path of the alpha particle in air) from the detector. Air ions are transferred to the anode wire using an electric field created between the source and the detector.
Недостатком данного устройства является сложность обеспечения (практически недостижимость) максимальной чувствительности устройства при регистрации альфа-излучения на фоне сопутствующих излучений другой природы (т.е. при сохранении селективности), что объясняется сложностью задания оптимального рабочего напряжения на аноде измерительного газоразрядного детектора, вызванной неидентичностью геометрических параметров двух детекторов невозможностью получения в процессе изготовления тождественных геометрических параметров двух детекторов (измерительного и калибровочного). Следует иметь в виду, что даже микронные отклонения в центровке тонкой анодной проволочки (диаметр ~ 30 мкм) относительно плоских пластин - катодов приводят к заметному отличию значений анодных напряжений (3÷10 В), при которых показания счета двух детекторов в аналогичных условиях оказываются с приемлемой точностью одинаковыми. Это означает, что при одном и том же рабочем напряжении скорость счета кластеров аэроионов от одного и того же источника альфа-излучения для этих детекторов может отличаться в несколько раз. Следовательно, после выполнения операции калибровки рабочего напряжения эффективность регистрации ионных сгустков со следов альфа-частиц для измерительного детектора может оказаться либо заметно ниже, чем для калибровочного, что означает потерю чувствительности устройства, либо значительно выше, что может привести к потере селективности - устройство может начать регистрировать сгустки аэроионов со следа электрона, что недопустимо. Кроме того, неоптимальная установка рабочего напряжения на аноде измерительного детектора не дает возможности использовать устройство для количественной оценки активности обнаруженных источников альфа-излучения, что позволило бы расширить функциональные возможности устройства.The disadvantage of this device is the difficulty of ensuring (practically unattainable) the maximum sensitivity of the device when registering alpha radiation against the background of accompanying radiation of a different nature (i.e., while maintaining selectivity), which is explained by the difficulty of setting the optimal operating voltage at the anode of the measuring gas-discharge detector, caused by the non-identical geometric parameters of two detectors, the impossibility of obtaining identical geometric parameters of two de tectors (measuring and calibration). It should be borne in mind that even micron deviations in the alignment of a thin anode wire (diameter ~ 30 μm) with respect to flat plates - cathodes lead to a noticeable difference in the values of the anode voltages (3–10 V), at which the counting readings of two detectors under similar conditions turn out to be acceptable accuracy the same. This means that at the same operating voltage, the counting rate of aeroion clusters from the same alpha radiation source for these detectors can differ by several times. Therefore, after performing the operation of calibrating the operating voltage, the efficiency of detecting ionic clots from traces of alpha particles for a measuring detector can either be noticeably lower than for a calibration detector, which means loss of sensitivity of the device, or significantly higher, which can lead to a loss of selectivity - the device may start register clots of aeroions from the electron trace, which is unacceptable. In addition, the non-optimal installation of the operating voltage at the anode of the measuring detector does not make it possible to use the device for a quantitative assessment of the activity of the detected alpha radiation sources, which would expand the device's functionality.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении чувствительности устройства при регистрации альфа-излучения в присутствии значительного фона от сопутствующих излучений иной природы и расширение его функциональных возможностей.The technical result of the claimed invention is to increase the sensitivity of the device when registering alpha radiation in the presence of a significant background from the accompanying radiation of a different nature and the expansion of its functionality.
Технический результат достигается тем, что устройство для дистанционного обнаружения источников альфа-излучения, содержащее измерительный открытый на воздух детектор аэроионов, сопряженный с блоком переноса аэроионов и подключенный к измерительному счетчику импульсов, калибровочный детектор, аналогичный измерительному, сопряженный с калибровочным источником альфа-излучения и соединенный с калибровочным счетчиком импульсов и с источником питания соответственно, причем выход калибровочного счетчика импульсов соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с шиной наперед заданного числа, а выход - с управляющим входом источника напряжения, дополнительно содержит первый и второй резисторы, переменный резистор (потенциометр) и блок памяти, причем первый вывод первого резистора подключен к измерительному детектору и первому входу переменного резистора, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и входом блока памяти, второй вывод второго резистора подключен к общей точке, второй вывод переменного резистора и подвижной отводной контакт объединены и подключены к выходу источника питания.The technical result is achieved in that a device for remote detection of alpha radiation sources, comprising a measuring open-to-air aeroion detector coupled to an aeroion transfer unit and connected to a measuring pulse counter, a calibration detector similar to a measuring one, paired with a calibration alpha radiation source and connected with a calibration pulse counter and with a power source, respectively, and the output of the calibration pulse counter is connected to the first input a comparator house, the second input of which is connected to the bus in advance of a predetermined number, and the output - with the control input of the voltage source, additionally contains the first and second resistors, a variable resistor (potentiometer) and a memory unit, and the first output of the first resistor is connected to the measuring detector and the first input variable resistor, the second terminal of the first resistor is connected to the first terminal of the second resistor and the input of the memory unit, the second terminal of the second resistor is connected to a common point, the second terminal of the variable resistor and under izhnoy bypass contact are combined and connected to the output of the power source.
Совокупность существенных признаков предложенного устройства: первый и второй резисторы, переменный резистор (потенциометр) и блок памяти, причем первый вывод первого резистора подключен к измерительному детектору и первому входу переменного резистора, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и входом блока памяти, второй вывод второго резистора подключен к общей точке, второй вывод переменного резистора и подвижной отводной контакт объединены и подключены к выходу источника питания.The set of essential features of the proposed device: the first and second resistors, a variable resistor (potentiometer) and a memory unit, the first output of the first resistor connected to the measuring detector and the first input of the variable resistor, the second output of the first resistor connected to the first output of the second resistor and the input of the memory unit, the second terminal of the second resistor is connected to a common point, the second terminal of the variable resistor and the movable tap contact are combined and connected to the output of the power source.
Сущность изобретения заключается в значительно более точном задании рабочего напряжения измерительного детектора, что обеспечивает существенную и стабильную разницу (в десятки раз) между эффективностями регистрации ионных сгустков со следов альфа-частиц и электронов. Она поясняется чертежом на фиг.1, на котором представлена блок-схема предлагаемого устройства для дистанционного обнаружения источников альфа-излучения.The essence of the invention lies in a much more accurate setting of the operating voltage of the measuring detector, which provides a significant and stable difference (tens of times) between the detection efficiencies of ionic clots from traces of alpha particles and electrons. It is illustrated by the drawing in figure 1, which shows a block diagram of the proposed device for remote detection of sources of alpha radiation.
Устройство для дистанционного обнаружения альфа-частиц содержит измерительный открытый на воздух детектор 1 аэроионов, сопряженный с блоком 2 переноса аэроионов от исследуемой поверхности к измерительному детектору 1 и подключенный к измерительному счетчику 3 импульсов, калибровочный детектор 4, аналогичный измерительному детектору 1, сопряженный с калибровочным источником 5 альфа-излучения и соединенный с калибровочным счетчиком 6 импульсов и с источником 7 питания соответственно, причем выход калибровочного счетчика 6 импульсов соединен с первым входом компаратора 8, второй вход которого соединен с шиной наперед заданного числа 9, а выход - с управляющим входом источника 7 питания, первый резистор 10, один вывод которого подключен к измерительному детектору 1 и первому входу переменного резистора 11 (потенциометра), другой вывод первого резистора 10 соединен с первым выводом второго резистора 12 и входом блока 13 памяти, второй вывод второго резистора 12 подключен к общей точке, второй вывод переменного резистора-потенциометра 11 и подвижной отводной контакт объединены и подключены к выходу источника 7 питания. Исследуемая поверхность, содержащая источники альфа-излучения, обозначена позицией 14.A device for remote detection of alpha particles contains a measuring open-to-air detector of aero ions 1, coupled to a block 2 for transporting aero ions from the test surface to a measuring detector 1 and connected to a measuring pulse counter 3, a calibration detector 4, similar to measuring detector 1, coupled to a calibration source 5 alpha radiation and connected to a calibration counter of 6 pulses and to a power source 7, respectively, and the output of the calibration counter 6 pulses connected nen with the first input of the comparator 8, the second input of which is connected to the bus at a predetermined number 9, and the output is with the control input of the power supply 7, the first resistor 10, one output of which is connected to the measuring detector 1 and the first input of the variable resistor 11 (potentiometer), the other terminal of the first resistor 10 is connected to the first terminal of the second resistor 12 and the input of the memory unit 13, the second terminal of the second resistor 12 is connected to a common point, the second terminal of the variable resistor-potentiometer 11 and the movable tap contact are combined and connected cheny to the output power supply 7. The test surface containing sources of alpha radiation is indicated by 14.
Измерительный детектор 1 и калибровочный детектор 4 могут быть выполнены в виде плоскопараллельного счетчика (регистратора) заряженных частиц с проволочным анодом, снабженным охранными электродами аналогично описанному в [9]. Рабочее значение потенциала на аноде зависит от температуры, давления и влажности и в результате калибровки устанавливается в пределах 3800÷4100 В. Газоразрядная регистрация аэроионов осуществляется за счет образования свободных электронов в процессах соударения отрицательных ионов кислорода с молекулами O2 и N2 в области электрического поля напряженностью 100 В/(см·Торр). В заявляемом устройстве использованы стандартные элементы современной техники.The measuring detector 1 and calibration detector 4 can be made in the form of a plane-parallel counter (registrar) of charged particles with a wire anode equipped with guard electrodes similar to that described in [9]. The working value of the potential at the anode depends on temperature, pressure and humidity, and as a result of calibration is set within 3800 ÷ 4100 V. Gas-discharge registration of aeroions is carried out due to the formation of free electrons in the processes of collision of negative oxygen ions with O 2 and N 2 molecules in the electric field voltage of 100 V / (cm · Torr). In the inventive device used standard elements of modern technology.
Работает устройство следующим образом. На первом этапе предварительной настройки (подготовка устройства к работе) проводятся сравнительные испытания двух детекторов, предназначенных для применения в устройстве в качестве измерительного и калибровочного, либо непосредственно в устройстве, либо на специальном стенде, в качестве которого может быть использована секция заявляемого устройства, включающая следующие элементы: калибровочный детектор 4, сопряженный с калибровочным источником 5 альфа-излучения, калибровочный счетчик 6 импульсов, источник 7 питания, причем выход калибровочного счетчика 6 импульсов соединен с первым входом компаратора 8, второй вход которого соединен с шиной наперед заданного числа 9, а выход - с управляющим входом источника 7 питания и резисторы 10-12 и переменный резистор (потенциометр) 11, причем отводной контакт резистора-потенциометра 11 должен быть установлен в крайнее левое положение (сопротивление резистора-потенциометра 11 в этом состоянии равно нулю). На калибровочный детектор 4 (в роли которого используется один из двух тестируемых детекторов) подается анодное напряжение с источника 7, соответствующее нижней границе диапазона регулирования рабочих напряжений. При этом напряжении регистрации импульсов аэроионов, возникших на следах частиц от калибровочного альфа-источника 5 не происходит. Затем производится ступенчатое повышение этого напряжения (с шагом ~3 В), поскольку в этой ситуации с выхода компаратора 8 на управляющий вход источника 7 поступает сигнал, соответствующий команде на повышение напряжения на выходе источника 7, так как на втором входе компаратора 8 присутствует сигнал, соответствующий заданной на шине 9 скорости счета. Наступает момент, когда напряжение на аноде детектора 4 достигает значения, при котором начинается регистрация импульсов аэроионов, возникших на следах частиц от калибровочного альфа-источника 5 (это значение определяется совокупностью внешних факторов: давлением, температурой и влажностью и геометрическими размерами детектора 4). Зарегистрированные импульсы аэроионов с выхода калибровочного детектора 4 через калибровочный счетчик 6 поступают на первый вход компаратора 8. Компаратор 8 производит сравнение скорости счета импульсов с выхода калибровочного детектора 4 с заранее заданной на шине 9 величиной скорости счета и вырабатывает сигнал на проведение дальнейшей коррекции рабочего анодного напряжения, который поступает на управляющий вход источника питания 7. Коррекция напряжения продолжается до момента, когда скорость счета импульсов с выхода калибровочного детектора 4 станет равной значению скорости счета, заданному на шине 9. Следует иметь в виду, что временные периоды измерений на каждой «ступени» должны быть достаточно длительными с учетом флуктуации процесса ионизации. Соответствующее значение анодного напряжения (UA1) измеряется с помощью прецизионного делителя напряжения, состоящего из резисторов 10-12 и фиксируется в блоке 13 памяти. Затем, на втором этапе предварительной настройки, на стенде (в «калибровочной» секции) в качестве калибровочного используется второй детектор из тестируемой пары и операция, описанная выше, повторяется. Определяется и фиксируется в блоке 13 памяти значение анодного напряжения (UA2), при котором достигается та же скорость счета (с приемлемой точностью), что и для первого детектора. Эти значения анодного напряжения UA1 и UA2 (для первого и второго детекторов соответственно) сравниваются и в качестве измерительного выбирается детектор с меньшим значением рабочего (анодного) напряжения (если детекторы имеют одинаковое рабочее напряжение, что маловероятно, то измерительным может быть любой из двух детекторов). После этого при отключенном питании необходимо провести подстройку (корректировку) резистивного делителя, состоящего из резисторов 10-11-12 в цепи питания измерительного детектора, путем изменения сопротивления резистора-потенциометра 11 с целью обеспечения соответствующего сдвига напряжения (обычно на величину 3÷12 В) на аноде измерительного детектора 1 относительно детектора 4 (естественно, что должно выполняться соотношение R10>>R11, R12). Естественно, что в качестве резистора-потенциометра 11 должен быть использован многооборотный потенциометр, а в качестве высоковольтного резистора 10 - прецизионный (с точностью не ниже 0,1%) резистор с большим сопротивлением или цепочка последовательно включенных прецизионных резисторов. Следует отметить, что подключение газоразрядного детектора к источнику питания осуществляется через резистор достаточно большой величины [9], поэтому влияние резистора 11 на процесс регистрации ионного кластера можно считать пренебрежимо малым.The device operates as follows. At the first stage of presetting (preparation of the device for operation), comparative tests of two detectors are carried out, intended for use in the device as a measuring and calibration device, either directly in the device or on a special stand, which can be used as a section of the claimed device, including the following elements: calibration detector 4, coupled to a calibration source 5 of alpha radiation, calibration counter 6 pulses, power source 7, and the output of cal eyebrow counter 6 pulses connected to the first input of the comparator 8, the second input of which is connected to the bus in advance of a given number 9, and the output to the control input of the power supply 7 and resistors 10-12 and a variable resistor (potentiometer) 11, and the tap contact of the resistor-potentiometer 11 should be set to the extreme left position (the resistance of the resistor-potentiometer 11 in this state is zero). The calibration detector 4 (in the role of which one of the two tested detectors is used) is supplied with the anode voltage from source 7, which corresponds to the lower boundary of the operating voltage regulation range. At this voltage, the registration of pulses of aero ions that have arisen on the particle tracks from the calibration alpha source 5 does not occur. Then, this voltage is stepwise increased (in steps of ~ 3 V), since in this situation a signal corresponding to the command to increase the voltage at the output of source 7 is received from the output of comparator 8 to the control input of source 7, since there is a signal at the second input of comparator 8 corresponding to the count rate set on the bus 9. There comes a time when the voltage at the anode of detector 4 reaches a value at which registration of the pulses of aero ions that arise on the particle tracks from the calibration alpha source 5 begins (this value is determined by a set of external factors: pressure, temperature and humidity, and geometric dimensions of detector 4). The recorded pulses of aero ions from the output of the calibration detector 4 through the calibration counter 6 are fed to the first input of the comparator 8. The comparator 8 compares the pulse counting speed from the output of the calibration detector 4 with a predetermined count rate on the bus 9 and generates a signal for further correction of the working anode voltage , which is supplied to the control input of the power source 7. The voltage correction continues until the moment when the count rate of the pulses from the output of the calibration detector 4 will become equal to the value of the counting speed set on bus 9. It should be borne in mind that the time periods of measurements at each “stage” should be quite long taking into account fluctuations in the ionization process. The corresponding value of the anode voltage (U A1 ) is measured using a precision voltage divider consisting of resistors 10-12 and is fixed in the memory unit 13. Then, at the second stage of presetting, at the stand (in the “calibration” section), the second detector from the test pair is used as the calibration one, and the operation described above is repeated. The value of the anode voltage (U A2 ) is determined and recorded in the memory unit 13, at which the same count rate (with acceptable accuracy) is achieved as for the first detector. These values of the anode voltage U A1 and U A2 (for the first and second detectors, respectively) are compared and a detector with a lower value of the operating (anode) voltage is selected as the measuring one (if the detectors have the same operating voltage, which is unlikely, then either of the two can be measured detectors). After that, when the power is off, it is necessary to fine-tune (adjust) the resistive divider, consisting of resistors 10-11-12 in the power supply circuit of the measuring detector, by changing the resistance of the resistor-potentiometer 11 in order to ensure the corresponding voltage shift (usually by 3 ÷ 12 V) on the anode of the measuring detector 1 relative to the detector 4 (naturally, the relation R10 >> R11, R12 must be satisfied). Naturally, a multi-turn potentiometer should be used as a potentiometer resistor 11, and a high-precision (with an accuracy of at least 0.1%) high-resistance resistor or a series of precision resistors connected in series as a high-voltage resistor 10. It should be noted that the gas-discharge detector is connected to the power source through a resistor of a sufficiently large magnitude [9]; therefore, the influence of resistor 11 on the process of registering an ion cluster can be considered negligible.
После завершения процедуры предварительной настройки (калибровки) устройство работает аналогично прототипу. Т.е. в начале каждого цикла измерений производится поиск рабочего напряжения в соответствии с условиями окружающей среды аналогично первой фазе описанной выше процедуры. После определения оптимального рабочего напряжения начинается фаза измерений. Аэроионы, возникшие на следах альфа-частиц вблизи исследуемой поверхности 14, переносятся в рабочий объем измерительного детектора 1 с помощью блока 2 для переноса ионов от исследуемой поверхности к измерительному детектору. Перенос ионов осуществляется с помощью воздушного потока или электрического поля, создаваемого измерительным детектором 1 и исследуемой поверхностью 14. Импульсы от зарегистрированных ионов с выхода измерительного детектора 1 поступают на измерительный счетчик 3, выход которого является информационным выходом устройства. Для обеспечения высокой чувствительности устройства и точности измерений при проведении длительных циклов измерений и при изменении условий окружающей среды (давление, температура, влажность) калибровку следует производить периодически.After completing the pre-setup (calibration) procedure, the device works similarly to the prototype. Those. at the beginning of each measurement cycle, the operating voltage is searched in accordance with environmental conditions similarly to the first phase of the procedure described above. After determining the optimal operating voltage, the measurement phase begins. Air ions that have arisen on traces of alpha particles near the surface 14 are transferred to the working volume of the measuring detector 1 using block 2 for ion transfer from the surface to be studied to the measuring detector. The transfer of ions is carried out using the air flow or an electric field created by the measuring detector 1 and the test surface 14. The pulses from the registered ions from the output of the measuring detector 1 are sent to the measuring counter 3, the output of which is the information output of the device. To ensure high sensitivity of the device and accuracy of measurements during long measurement cycles and when environmental conditions (pressure, temperature, humidity) change, calibration should be done periodically.
Заявляемое устройство обладает по сравнению с прототипом более высокой чувствительностью (и точностью) при дистанционной регистрации источников альфа-излучения в присутствии значительного фона от сопутствующих бета- и гамма-излучений благодаря надежному обеспечению более существенной разницы между эффективностями регистрации ионных сгустков со следов альфа-частиц и электронов и имеет большие функциональные возможности.The claimed device has, in comparison with the prototype, higher sensitivity (and accuracy) for remote registration of alpha radiation sources in the presence of a significant background from concomitant beta and gamma radiation due to the reliable provision of a more significant difference between the detection efficiency of ionic clots from traces of alpha particles and electrons and has great functionality.
Предложенное устройство было разработано при выполнении работ по проекту РНП 2.1.2/954 «Исследование нового метода оперативного контроля загрязнения воды альфа-активными радионуклидами» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», финансируемой Министерством образования и науки Российской Федерации. Проведенные в рамках этого проекта исследования, подтвердили достижение в предложенной совокупности существенных признаков поставленной цели изобретения.The proposed device was developed during the implementation of the project RNP 2.1.2 / 954 “Research of a new method for the operational control of water pollution by alpha-active radionuclides” of the analytical departmental target program “Development of the scientific potential of higher education (2009-2010)”, funded by the Ministry of Education and science of the Russian Federation. The research carried out within the framework of this project confirmed the achievement in the proposed combination of essential features of the set goal of the invention.
Список литературных источниковList of literary sources
1. США, пат.№5184019 от 2.02.1993 г., 250/380, H01J 47/02.1. USA, Pat.No. 5184019 dated 2.02.1993, 250/380, H01J 47/02.
2. США, пат.№5194737 от 16.03.1993 г., 250/382, G01T 1/18.2. USA, Pat.No. 5194737 dated 03.16.1993, 250/382, G01T 1/18.
3. США, пат.№5187370 от 16.02.1993 г, 250/379, G01T 1/185.3. USA, Pat.No. 5187370 dated 02.16.1993 g, 250/379, G01T 1/185.
4. США, пат.№5281824 от 25.01.1994 г., 250/380, H01J 47/02.4. USA, Pat. No. 5281824 dated January 25, 1994, 250/380, H01J 47/02.
5. США, пат.№5311025 от 10.05.1994 г., 250/384, G01V 5/00.5. USA, Pat. No. 5311025 dated 05/10/1994, 250/384, G01V 5/00.
6. США, пат.№5525804 от 16.06.1996 г., 250/380, G01T 1/02.6. USA, Pat. No. 5525804 of June 16, 1996, 250/380, G01T 1/02.
7. США, пат.№5550381 от 27.08.1996 г, 250/380, G01T 1/18.7. USA, Pat. No. 5550381 from 08.27.1996, 250/380, G01T 1/18.
8. США, пат.№5877502 от 02.03.1999 г., 250/382, G01T 1/185.8. USA, Pat. No. 5877502 dated 03/02/1999, 250/382, G01T 1/185.
9. Патент РФ №2158009 от 20.10.2000 г., кл. G01T 1/167.9. RF patent No. 2158009 of 10.20.2000, class. G01T 1/167.
10. В.П.Мирошниченко, Б.У.Родионов, В.Ю.Чепель. Аэроионная регистрация ионизирующих частиц. Письма в ЖТФ, том 15, вып.12, с.53-54, июнь 1989 г.10. V.P. Miroshnichenko, B.U. Rodionov, V.Yu. Chepel. Aeroionic registration of ionizing particles. Letters to the ZhTF, volume 15, issue 12, p. 53-54, June 1989
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113344/28A RU2461024C1 (en) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113344/28A RU2461024C1 (en) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461024C1 true RU2461024C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011113344/28A RU2461024C1 (en) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461024C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95102890A (en) * | 1995-02-28 | 1996-12-27 | А.В. Шальнов | Device for remote detection of alpha radiators |
| RU2158009C1 (en) * | 1999-12-30 | 2000-10-20 | Мирошниченко Владимир Петрович | Device for remote detection of alpha-radiation sources |
| RU2215306C1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-10-27 | Евдокимов Николай Алексеевич | Device to detect and measure ionizing radiation |
| US7745799B2 (en) * | 2000-10-19 | 2010-06-29 | Arthur Ernest Smith | Detector for aiborne alpha partice radiation |
-
2011
- 2011-04-06 RU RU2011113344/28A patent/RU2461024C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95102890A (en) * | 1995-02-28 | 1996-12-27 | А.В. Шальнов | Device for remote detection of alpha radiators |
| RU2158009C1 (en) * | 1999-12-30 | 2000-10-20 | Мирошниченко Владимир Петрович | Device for remote detection of alpha-radiation sources |
| US7745799B2 (en) * | 2000-10-19 | 2010-06-29 | Arthur Ernest Smith | Detector for aiborne alpha partice radiation |
| RU2215306C1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-10-27 | Евдокимов Николай Алексеевич | Device to detect and measure ionizing radiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7426848B1 (en) | Gas composition sensing using carbon nanotube arrays | |
| Tammet et al. | Electrical aerosol spectrometer of Tartu University | |
| CA2502799C (en) | Method and apparatus for detecting high-energy radiation using a pulse mode ion chamber | |
| US20070215814A1 (en) | Particle beam current measurement system | |
| US9329226B2 (en) | Method for ascertaining at least one malfunction of a conductive conductivity sensor | |
| Yamamoto et al. | In situ isotopic analysis of uranium using a new data acquisition protocol for 10 13 ohm Faraday amplifiers | |
| Yamashita et al. | Size and isotopic ratio measurements of individual nanoparticles by a continuous ion-monitoring method using Faraday detectors equipped on a multi-collector-ICP-mass spectrometer | |
| RU2461024C1 (en) | Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources | |
| CN111354619B (en) | Mass spectrometer compensating for ion beam fluctuations | |
| CN101853771A (en) | Ionic migration spectrometer with inspiratory condenser structure | |
| CN112098396B (en) | Method for detecting zircon hafnium isotope | |
| Cao et al. | Studies of dE/dx measurements with the BESIII | |
| RU2598695C2 (en) | Device for remote detection of alpha-radiation sources | |
| CN212082483U (en) | High-precision hydrogen flow detection circuit | |
| RU2503034C1 (en) | Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources | |
| RU2158009C1 (en) | Device for remote detection of alpha-radiation sources | |
| CN102662189B (en) | Method for radiation detection and analysis based on counter | |
| US9147561B2 (en) | Method for determining the maximum mass peak in mass spectrometry | |
| RU2479856C2 (en) | Apparatus for remote detection of alpha-radiation sources | |
| Zhou et al. | Study of thick gaseous electron multipliers gain stability and some influencing factors | |
| JP2007240467A (en) | Open window ionization chamber | |
| US8754361B1 (en) | Systems and methods for adjusting a mass spectrometer output | |
| Aleiferis et al. | Designing a high resolution microcontroller-based electrostatic probe system for plasma characterization | |
| US20180275098A1 (en) | Apparatus for measuring ion mobility of harmful material and reference data obtaining method of the same | |
| US8415638B2 (en) | Method for detecting high-energy radiation using low voltage optimized ion chamber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190407 |