SU1001228A1 - Детектор ионизирующего излучени - Google Patents

Description

(54) ДЕТЕКТОР ИОНИЗИР ТОЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относитс  к устройствам регистрации ионизирующего излучени , а именно к конструкции газонаполненных приборов дл  регистрации м гкого рентгеновского излучени , ft-излучени  и -частиц, и может быть использовано дл  выполнени  исследований в  дерной физике, физике элементарных частиц и в технике дл  применени  радиоактивных источников и рентгеновского излучени , в том числе, в аппаратах рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов дл  эффективной регистрации м гкого рентгеновского излучени .

Известен газовый проточный пропорциональный счетчик, содержащий газонаполненный корпус с входным окном , прозрачным дл  ионизирующего излучени . Корпус снабжен входным и выходным патрубками дл  пропускани  газа. Входное окно счетчика выполнено из ТОНКОЙ органической пленки. К входному- патрубку через редукторпреобразователь расхода газа присоединен баллон, наполненный до высокого давлени  рабочим газом счетчика (термин рабочий газ используетс : дл  газовой смеси, обеспечивающей оптимальные услови  регистрации

ионизирующего излучени  в детекторе ) . К выходному -патрубку присоединен масл ный затвор, чераз который рабочий газ выпускаетс  в атмосферу. Дл  повышени  эффективности регистрации м гкого рентгеновского излучени  с энергией меньше 1,5-2 кэВ окно счетчика вьшолн&но из полипропиленовой пленки толщиной 2-6 мкм,

10 при этом становитс  существенной газопроницаемость окна счетчика 1J«

Однако вследствие большой разности парциальных давлений компонентов воздуха и рабочего газа по обе

15 стороны входного окна возникают встречные потоки указанных газов через пленку, что приводит к недопустимому изменению состава газа внутри счетчика и выходу его из стро .

20 Дл  стабилизации состава рабочего газа в счетчике непрерывно в процессе измерени  создают посто нный поток газа из баллона с высоким давлением рабочего газа в атмосферу 2 через редуктор-преобразователь расхода газа, входной патрубок, -корпус счетчика, выходной патрубок и масл ный затвор 2 .

Недостатками известных счетчиков

30  вл ютс  большой расход рабочего газа, необходимость использовани  громоздких баллонов со сжатым газом дл  обеспечени  длительной работы и сложна  система регулировки и стабилизации плотности газа/ необхо димые дл  его вьтуска в атмосферу. Это снижает удобство счетчиков в эксплуатации, повышает их стоимость и увеличивает габариты и вес аппара туры, в которой они используютс . Известен также сцинтилл ционный пропорциональный счетчик, содержащий газонаполненный корпус с входны окном из тонкой органической пленки и патрубок дл  впуска и выпуска газа . К патрубку через вакуумный вентиль присоединена вакуумна  система дл  откачки и наполнени  корпуса ра бочим газом. Внутри корпуса счетчик размещен калиевый геттер, поглощающий газы-примеси, проникающие в кор пус через газопроницаемое окно f3. Недостатком такого счетчика  вл ётс  посто нна  утечка рабочего газа через входное окно; что привод к изменению парциального давлени  рабочего газа в счетчике. Поэтому, периодически необходимо перенаполн ть счетчик. Кроме того,счетчик ха рактеризуетс  нестабильностью в работе , поскольку его параметры завис т от 1знешних условий (давлени  и температуры). Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  пропорциональный детектор дл  н эмерени  ионизирующего излучени , содержащий заполненный рабочим газом корпус с входным окНом из тонкой-органической пленки, соединенный с резервуаром, заполненным тем же газом. Основной составл ющей рабочего газа  вл етс  ксенон или криптон. Количество газа в резервуа ре значительно больше его количества в корпусе. Детектор снабжен сред ством дл  обеспечени  циркул ции рабочего газа через корпус детектор и резервуар 4,. Недостатком этого детектора  вл етс  изменение парциального давле ни  рабочего газа как при изменении внешних условий (температуры и атмосферного давлени ), так и вследствие утечки рабочего газа через входное окно детектора и проникновени  в рабочий объем детектора ком понентов окружающего воздуха. Изменение температуры, давлени  и соста ва газа в корпусе привод т к дрейфу коэффициента газового усилени  (до 1% на ), что, в свою очередь, приводит к значительному дрейфу выходного сигнала детектора. Изменение состава газа в детекторе приводит к необходимости периодической замены газа в системе детектор - резервуар что существенно увеличивает расход газа. Цель изобретени  - сокращение расхода рабочего газа и стабилизаци  его состава и давлени  в детекторе. Поставленна  цель достигаетс  тем, что детектор ионизирующего излучени  с газопроницаемым входным окном, содержащий заполненный рабочим газом корпус, соединенный с резервуаром , заполненным тем же газом, снабжен газопоглотителем примесей, между корпусом и резервуаром установлена мембрана, площадь поверхности , толщина и материал которой идентичны входному окну, резервуар выполнен в виде основного и промежуточного объемов, соединенных между собой через преобразователь расхода газа, причем величины давлений рабочего газа в корпусе Р , в промежуточном объеме Рпр и в основном объеме РОСП подчин ютс  соотношению РХ Hip 2 Р, Poctv а величину объемного-расхода газа Q в преобразователе определ ют из соотношени  q-KSo P/ -Qc , 1 где к - коэффициент проницаемости входного окна по рабочему газу; S - площадь поверхности входного h - толщина входного окна; ДР7О - разность парциальных давлений рабочего газа внутри и вне корпуса детектора со стороны входного окна; Q - объемна  скорость сорбции рабочего газа, поглощаемого элементс1ми внутри корпуса детектора. На чертеже изображен газовый электроалюминесцентный детектор м гкого рентгеновского излучени . Детектор содержит вакуумно-плотный цилиндрический корпус 1, на одном торце которого расположено входное окно 2, прозрачное дл  м гкого рентгеновского излучени  и выполненное из металлизированной полипропиленовой пленки толщиной 2-6 мкм. Внутри корпуса 1 укреплены электроды 3, а на его другом торце - выходное окно 4. Внутренний объем корпуса 1 заполнен рабочим газом - ксеноном . Корпус 1 детектора снабжен размещенным в патрубке 5 нераспыл емым газопоглотителем б и соединен с резервуаром, заполненным ксеноном. Резервуар состоит из двух обьемог: основного - баллон 7, давление газа в котором может составл ть 10-40 атм, и промежуточного 8, давление газа в котором превышает парциальное давление ксенона в корпусе 1 детектора не более чем в два раза. Корпус , 1 отделен от промежуточного объема 8 мембраной 9, идентичной входному окну 2 по материалу, толщине и площади. Основной 7 и промежуточный 8 объемы резервуара соединены между собой через преобразователь расхода газа - вентиль 10. Поскольку в детехторе имеетс  газопроницаемое входное окно 2, ерез которое одновременно происход т диффузи  примесных газов из атмосферы внутрь корпуса 1 и диффузи  рабочего газа - ксенона - из детект ра в атмосферу, стабилизаци  состана и давлени  рабочего газа в корпусе . 1 достигаетс  путем совместног использовани  газопоглотител  б, ме браны 9 и вентил  10. Величина объемного расхода газа Q вентил  10 определ етс  объемной скоростью проницаемости ксенона через входное окно 2 и объемной скоростью сорбции ксенона, поглощаемог стенками корпуса 1 и внутренними элементами детектора, в соответстви с выражением (1). Кроме того, объем ный расход газа Q вентил  10 можно рассчитать из соотношени  Q c 5cjVl/})APa (2) где об - коэффициент расхода газа; S - площадь отверсти  диафрагм преобразовател  расхода га за - вентил  10; РП - плотность рабочего газа ксенона; ДРд - разность абсолютных давлений рабочего газа в баллон 7 и промежуточном объеме 8 Объем баллона 7 и давление рабочего газа в нем выбирают из расчета необходимого срока службы детектора Кроме того, абсолютное давление в баллоне 7 должно быть все врем  суще твенно больше, чем давление в корпусе 1 так, чтобы разность АРд мен лась незначительно по мере умен шени  давлени , в баллоне 7. Выполнение последнего услови  обеспечивает посто нство объемного расхода Q на период срока службы детектора. Другим решением услови  посто нства Q  вл етс  регулирование S Q.площади отверсти  диафрагмы вентил  10 - по мере уменьшени  абсолютного давлени  рабочего газа в объеме бал лона 7. Величину давлени  в промежуточном объеме 8 определ ют из услови  равенства перепада давлений по обе стороны входного окна 2 и по обе стороны Мембраны 9 . -РЬИ--РПР-РК . (3) Ррр 2Рк-Рви, (4) где Р - парциальное давление рабо чего газа внутри корпуса 1 РП.. - парциальное давление рабочего газа вне корпуса 1 со стороны входного окна 2 парциальное давление рабочего газа в промежуточном объеме 8. Так как парциальное давление ксенона снаружи детектора пренебрежимо мало ПС сравнению с парциальные давлением ксенона внутри корпуса 1 (обычно используетс  ксенон чистый по ГОСТ 10219-77 с чистотой 99,99%), т.е.Р РБН f то выражение. (4) можно записать в видеР,,р - 2 Рц.. Это означает, что давление .рабочего газа в промежуточном объеме 8 должно быть в два раза больше, чем парциальное давление рабочего газа внутри корпуса 1., В общем случае давление рабочего газа в промежуточном объеме 8 должно превышать парциальное давление рабочего газа в корпусе 1 детектора не более чем в два раза и подчин тьс  соотношению (4). Таким образом, давлени  рабочего газа в корпусе Р, основном осн и промежуточном объемах резервуара подчин ютс  соотношению (5) Стабилизаци  парциального давлени  рабочего газа в корпусе 1 детектора достигаетс  за счет идентичности входного окна 2 и мембраны 9, а также равенство перепадов давлени , рабочего газа по обеим сторонам входного окна 2 и мембраны 9. При изменении температуры эксплуатации детектора сохран етс  равенство потоков рабочего газа через входное окно 2 и. мембрану 9,чем обеспечиваетс  авторегулировка поступлени  в детектор рабочего газа и стабилизаци  .его парциального давлени  в корпусе 1. Дл  поглощени  примесных газов, проникающих в корпус 1 детектора через входное окно 2 из окружающей атмосферы и выдел емых в процессе работы стенками корпуса .1 и внутренними элементами детектора, выбирают пористый нераспьш емый газопоглотитель 6 на основе титана типа СПН, размещенный в патрубке 5. Поглотители этого типа обладсшзт большой сорбционной способностью по отношению к основным примесным газам; кислороду , азоту, окиси углерода, водороду и некоторым другим, но практически не сорбируют инертные газы, к числу которых ОТНОСИТСЯ ксенон - рабочий газ детектора. Параметры газопоглотител  рассчитывают исход  из необходимого срока службы детектора и суммарного объема примесных газов, попадающих в корпус 1 детектора. Дл  случа  газового электролюминесцентного детектора с полипропиленовым входным окном толщиной 4 мкм и диаметром 25 мм провод т оценку требуемого количества рабочего газа и параметров газопоглотител , который необходимо ввести внутрь систем детектора. Годовой объемный расход ксенона вследствие его диффузии через входное окно 2 определ ют из соотношени ( 1), и при нормальном давлейии он составл ет всего 194 см. Дл  поглощени  примесных газов выбирают газопоглотитель типа СПН состава № 3. По расчету через входное окно 2 поступают из атмосферы поток азота, равный 2,, и поток кислорода, рашный 2,24 . Эти газы  вл ютс  основ ными компонентами примесных, газов, поступающих в детектор, так как количество других составл ющих газо примесей, проникающих в детектор извне и выдел ющихс  внутри детектора , значительно меньше диффундирующих через входное окно 2 потоков азота и кислорода. Дл  сорбции по токов азота и кислорода, поступающи в детектор в течение одного года, требуетс  обща  масса газопоглотите л  121,6 г. Така  небольша  масса газопоглотител  не вызывает затруднений при разме1цении его в конкретн приборе, при этом требуетс  периоди ческий прогрев газопоглотител  до . Таким образом, применение изобре тени  позвол ет создать детектор с газопроницаемым входным окном, в ко тором поддерживаютс  посто нный сос тав и давление рабочего газа при ми нимальном его расходе. Изобретение может быть использов но в серийных проточных пропорциональных счетчиках рентгеновского из лучени  и в газовых электролюминесцентных детекторах м гкого рентгено ского излучени  дл  аппаратов рентгеновского анализа. Форг-: ла изобретени  Детектор ионизирующего излучени  с газопроницаемым входным окном, содержалщй заполненный рабочим газом корпус, соединенней с. резервуаром , згшолненным тем же газом, о тличающийс   тем, что, с целью сокращени  расхода рабочего газа и стабилизации его состава/ детектор снабжен газопоглотителем примесей , между корпусом и резервуаром установлена мембрана, площадь поверхности , толщина и материал которой идентичны входному окну, резервуар выполнен в виде основного и промежуточного объемов, соединённых между собой через преобразователь расхода газа, причем величины давлений рабочего газа в корпусе Р , в промежуточном объеме ив основном объеме РОСИ подчин ютс  соотноР .. РС а величина объемного расхода газа в преобразователе определ етс  из соотношени  Q-.SoiP) -Qc, где ,К - коэффициент проницаемости входного окна по рабочему газу; So площадь поверхности входного - разность парциальных давлений рабочего газа внутри и вне корпуда детектора со стороны входного окна; и - толщина входного окна; - объемна  скорость сорбции рабочего газа, поглощаемого элементами внутри корпуса детектора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Гоганов Д.А., Лозинский Б.С., Сиухин А.Г. О работе проточного пропорционального счетчика м гкого рентгеновского излучени . - Аппаратура и методы рентгеновского анализа , вып. 2, Л., Машиностроение , 1967, с. 111-120. 2.За вка Японии № 48-57050, кл. 111 JO, опублик. 1973. 3.Коуата К., Inoue Н., Matsuoka М. А buiEtin potassium getter for the scintiBBation proportional counter. - Nuc. Instr. and Math 1978, 148, p. 257-259. 4.За вка Японии № 48-5750, кл. Ill J 132, опублик. 1975 (прототип ) .

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Детектор ионизирующего излучения 5Q с газопроницаемым входным окном, содержащий заполненный рабочим газом корпус, соединенный с. резервуа10 ром, заполненным тем же газом, о тличающийся тем, что, с целью сокращения расхода рабочего газа и стабилизации его состава, детектор снабжен газопоглотителем примесей, между корпусом и резервуаром установлена мембрана, площадь поверхности, толщина и материал которой идентичны входному окну, резервуар выполнен в виде основного и промежуточного объемов, соединённых между собой через преобразователь расхода газа, причем величины давлений рабочего газа в корпусе , в промежуточном объеме Рцр и в основном объеме Росн подчиняются соотношению η <ρ а величина объемного расхода газа в преобразователе определяется из соотношения где ,К - коэффициент проницаемости входного окна по рабочему газу;

   s_o- площадь поверхности входного окна;

   ΔΡ?Ο - разность парциальных давлений рабочего газа внутри и вне корпуса детектора со стороны входного окна;

   41 - толщина входного окна;

   Q_c - объемная скорость сорбции рабочего газа, поглощаемого элементами внутри корпуса детектора.