RU9977U1 - Пропорциональный счетчик - Google Patents

Abstract

1. Пропорциональный счетчик, содержащий протяженный цилиндрический корпус, служащий катодом, анодную нить, натянутую по оси трубки и закрепленную в торцевых изоляторах, и газовую смесь, заполняющую полость корпуса и содержащую инертные газы, отличающийся тем, что газовая смесь содержитHe, Ne и Ar, при этом соотношение Ne и Ar в смеси:xHe + yNe + zAr,где x + y + z = 1,выбрано из следующего условия:0 < z/y < 0,1.2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что x = 0.3. Счетчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что суммарная концентрацияHe и Ne создает давление, компенсирующее внешнее давление.

Description

Полезная модель относится к средствам регистрации элементарных частиц. Известен проиорциональный счетчик для регистрации нейтронов, содержащий корпус цилиндрической формы из нержавеющей стали, служащий катодом, по оси которого патяпута сигнальная пить, закрепленная в TOpueiM ix изоляторах с охрапнглми кольцами, и выводы, соединенные с сигнальной нитью (статья «Нейтронный нронорциопалынлй счеччик с пониженным уровнем собственного шума, авторы Видякин Г.С. и др., ПТЭ, №4, 1989, С.71, рис.1). Счетчик заполнен смесью инертных газов: гелий-аргон, примерно в равных пропорциях(для реализации низкого стеночного эффекта).

Попавший в рабочий объём счетчика тепловой нейтрон захватывается гелием-3 (Не) , и образовавшиеся в ядерной реакции заряженные частицы ионизируют газ, в результате чего на нити собирается электрический заряд, пропорциональный выделенной в газе энергии. Однако ударная ионизация в такой смеси возможна только при достаточно высоких напряжениях питания, порядка 1500 В и вьш1е. Такое высокое напряжения питания требует принятия определенных технических и конструктивных мер, исключающих электрические пробои не только во входной электрической цепи счётчика, но также между нитью и корпусом. Такой мерой может быть, например, установка в торцевых изоляторах охранных колец, что усложняет конструкцию счетчика и схему его включения.

Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании упрощенной конструкции пропорционального счетчика, более простого в эксплуатации при сохранении высокой эффективности регистрации как нейтронов, так и заряженных частиц.

Поставленная задача решается тем, что в пропорциональном счетчике, содержащем протяженный цилиндрический корпус, служащий катодом, анодную нить, натянутую по оси трубки и закрепленнзто в торцевых изоляторах, и смесь инертных газов, заполняющую полость, согласно заявляемой полезной модели, газовая смесь содержит Не, Ne и Аг, причем соотнощение элементов в смеси: х Не+у Ne+z Аг, где x+y+z l, выбрано следующим образом:

в том случае, когда пропорциональный счетчик предназначен только для регистрации заряженных частиц, , т.е. Не, обладающий свойствам поглощать нейтроны, может практически отсутствовать.

Выбор концентраций Не и Ne определяется на основе известных зависимостей, ха-: рактеризующих чувствительность к регистрируемым нейтронам (для Не), или минимальную величину стеночного эффекта (для Ne). При заданных геометрических параметрах счетчика эти зависимости позволяют выбрать оптимальные значения концентраций.

Однако, в ряде случаев, например, при использовании пропорциональных счетчиков для измерения радиоактивности грунтовых вод, целесообразно выбрать такую концентрацию основных инертных газов Не и Ne, которая бы компенсировала внешнее давление измеряемой среды, например, давление подземных вод.

Технический результат заключается в том, что нодобранная таким образом газовая смесь обеспечивает увеличение коэффициента газового усиления при одновременном снижении напряжения питания. Это объясняется проявлением так называемого эффекта Пеннинга, согласно которому происходит снижение потенциала ионизации среды за счет появления дополнительной ионизации в примеси другого газа, потенциал ионизации которого ниже энергии возбуждения метастабильного уровня основного газа.

На фиг.1 приведена конструкция заявляемого пропорционального счетчика, на фиг.2 показана зависимость коэффициента газового усиления (М) смеси х Не+у Ne+z Аг при фиксированном напряжении анода от отношения концентрации Сдг/Сые. на фиг.З приведен типичный амплитудный спектр пропорционального счетчика, наполненного смесью х Не+у Ne+z Аг при атм., облучаемого нейтронами, у-квантами и 3-частицами,

Нейтронный счетчик содержит стальной цилиндрический корпус 1, выполняющий функцию катода и соединенный с общей шиной, центральную нить-анод 2, закрепленную по оси торцевых изоляторов 3, вьшолненных, например, из керамики. Полость корпуса 1 заполнена смесью гелия, неона и аргона, причем пропорции выбраны следующим образом. Количество гелия задается из условия эффективного поглощения нейтронов на его ядрах при заданных геометрических параметрах счетчика. Так, в конкретном варианте выполнения, при диаметре счетчика, равном 30 мм, оптимальным количеством гелия будет такое, которое создает давление порядка 4 атм. Величина давления неона задается из условия оптимальной минимизации стеночного эффекта, заключающегося в попадании части заряженных продуктов реакции Не(п,р)Т в стенки счетчика. При этом, чем больше плотность смеси, тем ниже стеночный эффект. В варианте конкретного выполнения необходимая плотность

обеспечивается при величине давления неона, равной 6 атм. Соответственно, давление примеси аргона составит не более 0,6 атм. В конкретном варианте выполнения эта величина составляет 10 мм рт.ст., что укладывается в отведеннные для этого параметра границы и соответствует высокому значению коэффициента М (см. фиг.2).

Счетчик работает следующим образом. Попадающие в полость корпуса счетчика нейтроны взаимодействуют с ядрами гелия и поглощаются им. Возникающие в результате реакции Не(п.р)Т продукты ионизируют газовую смесь. Электроны первичной ионизации, дрейфуя в электрическом поле к проволочному аноду, попадают в область сильного поля, где могут возбуждать и ионизировать атомы газа, т.е. происходит развитие лавины. Под воздействием электронов лавины атомы неона переходят в возбужденное метастабильное состояние. При наличии примеси аргона происходят столкновения возбужденных метастабильных атомов неона с атомами аргона, в результате чего последние ионизируются за счет энергии, освобождающейся при переходе метастабильных атомов в основное состояние. Происходит так называемая вторичная ионизация. Появление такой дополнительной ионизации позволяет снизить напряжение питания счётчика. В конкретном варианте исполнения при одинаковых геометрических и нейтронных параметрах удалось снизить напряжение питания в 3 раза. А это, в свою очередь, позволило отказаться от охранных колец, т.е. значительно упростить конструкцию счётчика и схему его включения.

При отсутствии гелия-3 такой счетчик может быть использован для регистрации только заряженных частиц (например, электронов и р-излучения) при сохранении пониженного напряжения питания. Систему из двух тонкостенных идентичных счетчиков, один из которых снабжен чехлом, поглощающим р-излучение, можно использовать для регистрации радиоактивности грунтовых вод на глубине до 130м, если создать в них давление, компенсирующее внешнее гидростатическое давление. Подобный способ измерения Р - активности, основанный на вычитании числа импульсов зачехленного счетчика из числа импульсов незачехленного, известен (см. заявку Японии № 62-19712, G01T1/167).

Наличие в газовой смеси счетчиков Не позволит регистрировать также и нейтроны, причем за счет амплитудного распределения электрических импульсов, снимаемых со счетчиков, (см. фиг.З), одновременно возможна раздельная регистрация нейтронов и Р,у-излучения. При регистрации радиоактивности грунтовых вод информация о увеличении потока нейтронов говорит о появлении в воде а-излучателей, а-излучение которых, взаимодействуя с легкими элементами, содержащимися в воде и грунте (А1, Si, Mg и др.), продуцирует регистрируемые нейтроны за счёт (а,п)-реакции.

Таким образом, заявляемый пропорциональный счетчик, характеризующийся определенным составом газовой смеси, может найти самое широкое применение как для научных исследований, так и для ряда народнохозяйственных задач.

Claims (3)

1. Пропорциональный счетчик, содержащий протяженный цилиндрический корпус, служащий катодом, анодную нить, натянутую по оси трубки и закрепленную в торцевых изоляторах, и газовую смесь, заполняющую полость корпуса и содержащую инертные газы, отличающийся тем, что газовая смесь содержит ³He, Ne и Ar, при этом соотношение Ne и Ar в смеси:
x³He + yNe + zAr,
где x + y + z = 1,
выбрано из следующего условия:
0 < z/y < 0,1.

2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что x = 0.

3. Счетчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что суммарная концентрация ³He и Ne создает давление, компенсирующее внешнее давление.