SU961461A1 - Способ регистрации низкоэнергетичных ионизирующих частиц - Google Patents

Abstract

СПОСОБ РЕГИСТРА1Д-Ш НИЗКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ, основанньй на измерении ионизации рабочего газа между двум  электродами , заключающийс  во введении частиц через беспленочное окно в рабочий объем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности регистрации при сохранении низким порога регистрации, рабочий газ в межэлектродном пространстве привод т в сверхзвуковой режим течени . сл ffffOf gD Од 4i О) (НА

Description

Способ относитс  к области физического эксперимента и может быть использован при исследовани х с низг коэнергетичными ионами и электронами дл  эффективной их регистрации и измерени  энергии с помощью газовых ионизатщонных детекторов.

Регистраци  ионизирующих частиц, использующа  ионизацию рабочего газа в объеме между двум  электродами при прохождении зар женных частиц через газ, нашла широкое применение в самых различных област х техники и экспериментальной физики. Она может осуществл тьс  в трех режимах: ионизационном, пропорциональном и 1азоразр дном 1 J.

Ионизационный режим используетс j как правило, дл  регистрации частиц, создающих больщую удельную ионизадню (oi-частиць, другие  дра с большой энергией). В этом случае ионизационный ток при посто нном потоке ионизирующего излучени  не зависит от небольп ого изменени  приложенного к камере напр жени .

Дл  регистрации отдельных частиц с малой, удельной ионизацией (электроны ,  дра с малой энергией) применение ионизационного режима регистрации практически невозможно, так как импульсы тока 5 возникающие в этом случае при прохождении ионизирующих частиц через рабочий газ, очень малы и амплитуды их сравнимы с шумами радиотехнических устройств.

С целью увеличени  амплитуды им, пульсов используют газовое усиление ионизационного тока за счет вторичной ионизации при движении электронов в сильном электрическом поле„ В этом случае возникает лавинньпЧ процесс газового усилени  ионизационног тока. Если коэффициент газового усилени  не зависит от числа первичных пар ионов, то имеют дело с пропорциональным режимом регистрации. I

В газоразр дном режиме используют

самосто тельный разр д в газе, возникающий при определенной, довольно вы сокой разности потенциалов, приложенной к электродам регистрирующей системы. Давление рабочего газа в . этом режиме обычно выбирают пор дка 10 мм рт.ст. В этом режиме осуществл етс  лишь регистраци  частиц без измерени  их энергии. При регистрации низкоэнергетических ионизирующих

частиц в одном из указанных режимов ,частицы ввод т в объем рабочего газа через окно, закрытое тонкой пленкой. Но даже наличие этой пленки приводит к значительным потер м энергии регисрируемых частиц до их попадани  в объем рабочего газа. Возникает больша  неопределенность в их энергии, что снижает точность измерений.

Так как пробеги указанных частиц малы, то толщиной пленки задаетс  ниний энергетический порог регистрации частиц.

Дл  т желых  дер ( а.е.м) с энергией пор дка 100 КэВ пробег в гелии составл ет величину/- 10 мкг/см Дл   дер с меньшими А и дл  более т желого , чем гелий ( а.е.м.), про .бег замедлител  будет еще меньше. В насто щее врем  нельз  сделать механически прочную пленку, способную выдержать перепад давлений 1 100 мм рт.ст. и имеющую толщину меньше нескольких дес тков мкг/см

достаточной площади. Таким образом, регистраци  ионизирующих частиц с энергией меньше 100 КэВ в газораз-. р дных устройствах, имеющих окно, закрытое тонкой пленкой достаточной площади, невозможна.

Известен способ регистрации электронов с энергией 1 КэВ и ионов с энергией меньше 300 КэВ в газоразр дном режиме 2J.

В данном способе регистрируемые частицы вводились в объем рабочего газа через очень тонкую (31 мкг/см ) коллодиев то пленку в окне, раздел ющую объем детектора и высоковакуумный тракт. Минимальна  энерги  регистрируемых ионов и электронов ограничена толщиной пленки. Работа в ионзационном и пропорциональном режимах н-е эффективна.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ регистрации низкоэнергетичных . ионизирующих частиц, основанный на ионизации рабочего газа между двум  электродами, заключающийс  во введении частиц через беспленочное окно в рабочий объемр

Способ основан на регистрации ио .визирующих частиц с помощью газоразр дного счетчика низкого давлени  и фотоэлектронного умножител . В данном способе в газоразр дном счетчике поддерживалось давление рабочего газа рт.ст. Малое давление рабочего газа позволило автора использовать свободное от пленки окно . Несмотр  на то что в данном способе использовалс  газоразр дный режим, сигнал на электродах получалс  очень малой амплитуды. Поэтому использовали дл  счета частиц сигнал от фотоумножител , возникающий в момент зажигани  разр да. Основными недостатками данного способа  вл ютс  довольно низка  его эффективность 5-6% дл  электронов с энергией 15 КэВ и 24-28% дл  энергии электронов 1000-500 КэВ и невозможность использовани  способа дл  газовых ионизационных детекторов в пропорциональном и ионизационном режимах и, следовательно, невозможность измерени  энергии регистрируемых частиц. Эти недостатки обусловлены невозможностью создани  более высокого давлени  рабочего газа без заметного ухудшени  вакуума в прилегающей к детектору системе. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности регистрации при сохранении низким порога регистрации Это достигаетс  тем, что в способе регистрации низкоэнергетичньк ионизирующих частиц, основанном на ионизации рабочего газа между двум  электродами, заключающемс  во введении частиц через беспленочное окно в рабочий объем, рабочий газ в межэлектродном пространстве привод т в сверхзвуковой режим течени  любым из известных способов. На чертеже представлена схема, по сн юща  предлагаемый способ. Устройство состоит из камеры 1 напуска рабочего газа, сверхзвукового сопла Лавал  2, рабочего объема детектора 3, анода в виде тонкой нити 4, окна 5, заземленного катода в виде цилиндра 6, отсекател  7, камеры отсекател  8, изол торы 9. и 10 системы креплени  нити и подачи высо кого напр жени . Между катодом и анодом поддержива етс  высока  разность потенциалов. Сигнал снимаетс  с анода. Предлагаемый способ состоит в сле дующем. Ра-бочий газ, наход щийс  при достаточно высоком давлении (от 0,0 до 10 атм) в камере напуска 1, подают через сверхзвуковое сопло Лавал  2 в камеру отсекател  8.При истечении в вакуум сверхзвуковой поток га14 за, сформированный соплом Лавал  2, обладает резкой границей с вакуумом. Наличие трени  между стенками сопла и прилегающим к ним газом приводит к замедлению пристеночного сло  газа в сопле. Из-за в зкости это замедление распростран етс  вглубь струи. Таким образом возникает дозвуковой пристеночньш пограничный слой газа, который приводит к размытию границы между струей и вакуумом. Если не принимать специальных мер, например охлажйени  рабочего газа в камере напуска , то произойдет ухудшение вакуума в прилегающих к детектору част х установки. Дл  отделени  пограничного сло  от сверхзвукового  дра струи используют отсекатель 7. Тем самым обеспечивают более резкую границу между струей и вакуумом в рабочем объеме детектора 3. Пучок ионов или электронов низкой энергии поступает в рабочий о.бъем детектора 3 через свободное от йленки окно 5. В результате ионизации при прохождении зар женных частиц в газе образуютс  электроны и ионы. Ионизаци  происходит в объеме между двум  электродами (ано-г дом 4 и катодом 6), между которыми приложена разность потенциалов V . В электрической цепи питани  возникает импульс тока. Этот импульс и  вл етс  регистрируемым сигналом. В ионизационном и пропорциональном режимах величина импульса тока несет информацию о энергии регистрируемых частиц . В газоразр дном режиме регистрируют только число частиц. Так как длительность сигнала составл ет величину /. 10 с, то существенно более медленный процесс направленного -движени  рабочего газа не оказывает сколько-нибудь заметного вли ни  на работу детектора. Дл  уменьшени  веро тности пробо  опло Лавал  2 выполн ют из изолируюего материала. Нить анода 4 крепит  на оси системы с помощью изол оров 9 и 10. Излишки рабочего газа из камеры отсекател  и из рабочего объема отачиваютс  с помощью системы насосов ( . направление показано стрелками а чертеже). Такое Техническое решение позвол т обеспечить широкий диапазон плотости газа в рабочем объеме детекора , не ухудша  вакуум в прилегающих част х установки. В пересчете на толщину газовой струи в рабочем объеме h f° , где , плотность в струе (мкг/см), of- диаметр стру ( см), обеспечивают толщины fi в диапазоне ..(5 ) мкг/см. Изменение плотности рабочего газ в рабочем объеме детектора осуществл етс  за счет изменени  давлени  бочего газа в камере напуска 1 и ст пени расширени  газа в сверхаьуковом сопле Лавал  2 и в камере отсекател  8. Широкий диапазон давлений и отсутствие пленки, закрывающей входное окно детектора, позвол ет использовать предлагаемый способ дл  регистрации ионов и электронов в любом из указанных выше режимов. Верхний предел энергии регистрируем частиц в режиме измерени  энергии определ етс  максимально достижимой толщиной газа в рабочем объеме дете тора { мкг/см ) и составл ет величину: дл  ионов - пор дка сотен КэВ, дл  электронов - дор дка дес т ков КэВ. Нижний энергетический поро регистрации определ етс  способностью регистрируемых частиц производить ионизацию рабочего газа, т.е. равен или несколько больше потенциала ионизации атомов рабочего газа (пор дка дес тков эВ). Пример 1. Дл  регистрации электронов в диапазоне энергий от 500 эВ до 30 КэВ их ввод т в сверхзвуковую струю рабочего газа через свободное от пленки окно, как это показано на чертеже. Дакпение газа в рабочем объеме детектора составл ет величину 0,1 мм рт.ст., разность потенциалов между катодом и анодом 1200 В, Регистраци  электронов осуществл лась в газоразр дном режиме. Эффективность регистрации электронов с энергией в указанном диапазоне 100%. Пример 2. Дл  регистрации т желых ионов и диапазоне энергий от 100 эБ до 300 КэВ их ввод т в сверхзвуковую струю рабочего газа через свободное от пленки окно. Дл  обеспечени  измерени  энергии регистрируемых ионов используетс  пропорциональный режим регистрации. При следующих параметрах детектора: Давление газа в рабочем объеме детектора 1,6 мм рт.ст. Радиус катода 1 см Радиус нити анода 0,01 см Разность потенциалов между анодом и катодом Vo| 570 В Коэффициент газового усилени  К 100 В этом случае толщина газовой струи в рабочем объеме детектора 30 мкг/см , что и обеспечивает работу детектора в -указанном диапазоне энергий т желых ионов практически со 100%-ной эффективностью. Таким образом, изобретение позвол ет значительно снизить энергетический порог анализируемых частиц, и его нижний предел определ етс  способностью регистрируемых частиц производить ионизацию рабочего газа. Эффективность регистрации обеспечиваетс  равной почти 100%.

Claims (1)

1. СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ НИЗК0ЭНЕРГЕТИЧНЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ, основанный на измерении ионизации рабочего газа между двумя электродами, заключающийся во введении частиц через беспленочное окно в рабочий объем, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регистрации при сохранении низким порога регистрации, рабочий газ в межэлектродном пространстве приводят в сверхзвуковой режим течения .