Спектрометрическая ионизационная камера
Изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения и может найти применение для измерения энергий альфа-частиц. Предложена конструкция ионизационной камеры, в которой катод разделен на электрически изолированные секции так, что электрическое поле каждой секции катода полностью перекрывает область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц. Предложенная конструкция ионизационной камеры повышает точность и производительность измерений, позволяя провести измерение спектров альфа-частиц нескольких источников, в том числе градуировочного источника в одинаковых условиях, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе.
Изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения и может найти применение для измерения энергий альфа-частиц.
Известна спектрометрическая ионизационная камера [1], состоящая из корпуса, цилиндрических катода с размещенным на нем источником альфа-излучения, анода и одного электрода, называемого сеткой, основным назначением которой является экранирование анода от влияния положительных ионов. С катода снимают электрические сигналы, дающие информацию об энергии альфа-частиц.
Известна также ионизационная камера [2], состоящая из корпуса, катода с размещенным на нем источником альфа-излучения, анода и одного электрода, называемого сеткой, причем катод имеет плоскую форму, а другие электроды - цилиндрическую или специальную форму.
Недостатками таких ионизационных камер является то, что ионизационные камеры с катодом цилиндрической формы дают стеночный эффект, являющийся причиной ухудшения энергетического разрешения и появления дополнительного «фона» в регистрируемом энергетическом спектре. Кроме того, как у цилиндрических камер, так и у камер с плоским катодом возникает погрешность в определении энергии альфа-частиц при измерении анализируемого источника ввиду различия условий измерений градуировочного и анализируемого источника из-за перезаполнения камеры
рабочей газовой смесью или из-за различия в геометрических размерах градуировочного и анализируемого источника.
Известны также ионизационные камеры [3], содержащие помимо указанных электродов кассету с источниками, расположенную вне чувствительного объема ионизационной камеры, и устройство подведения источника к катоду. Недостатками таких камер являются большие габаритные размеры, сложность конструкции и дезактивации.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является спектрометрическая ионизационная камера [4], состоящая из корпуса и плоских по форме катода, анода и вспомогательного электрода, экранирующего анод. На катод помещается источник альфа-частиц.
Такая камера обладает невысокой производительностью, т.к. в камеру одновременно может быть установлен только один источник альфа-частиц. Замена источника в этой камере является длительной процедурой. К недостаткам такой камеры следует также отнести невозможность проведения градуировки камеры после размещения в ней исследуемого источника альфа-частиц, что является причиной ухудшения точности измерений.
Целью настоящего изобретения является повышение точности и производительности измерений спектрометрической ионизационной камерой. Поставленная цель достигается тем, что в спектрометрической ионизационной камере, состоящей из корпуса и плоских по форме катода, анода и вспомогательного электрода, катод разделен на электрически изолированные секции так, что электрическое поле каждой секции катода
полностью перекрывает область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц.
На фигуре схематично изображен поперечный разрез предлагаемой камеры. Она содержит корпус 1, анод 2, вспомогательный электрод 3, катод, выполненный из секций 4.1-4.4, источники 5 альфа-частиц. На фигуре показан вариант камеры с катодом, разделенным на четыре секции. Штрихпунктирными линиями 6 показаны границы областей ионизации, создаваемыми в рабочем газе альфа-частицами источников, расположенных на секциях 4.1-4.4 катода. Для секций катода 4.1-4.4 также показаны линии 7 напряженности электрического поля, возникающего при подаче на электроды рабочего напряжения.
Размер и конфигурация секций катода выбраны так, что электрическое поле, создаваемое какой-либо секцией катода, полностью перекрывало область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц. При этом испускаемые источником альфа-частицы не вызывают индукции электрического заряда на других секциях катода и электрические сигналы возникают только на аноде и секции катода, с которого испущена альфа-частица.
Если регистрировать импульсы с анода, совпадающие по времени с импульсами с одной из секций катода, то результирующий энергетический спектр будет представлять только альфа-частицы, вылетевшие из источника, размещенного на этой секции катода. Производя последовательно регистрацию сигналов с анода, поочередно совпадающие по времени с
сигналами с каждой секции катода, можно последовательно провести измерение спектров альфа-частиц источников, расположенных на каждой секции катода, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе. В частности, одним из источников альфа-частиц может быть градуировочный источник, и условия измерения градуировочного и анализируемого источников являются одинаковыми. Можно также регистрировать сигналы с анода в режиме антисовпадений по времени с сигналами с секции катода, на которую помещен градуировочный источник, при этом будет регистрироваться суммарный энергетический спектр альфа-частиц, испускаемых всеми помещенными в камеру анализируемыми источниками.
Был изготовлен макет предложенной ионизационной камеры, который состоял из корпуса, плоского квадратного катода, разделенного на четыре одинаковых квадратных секции со стороной 11 см. Давление рабочей газовой смеси (аргон+толуол) было выбрано равным 2·105 Па (2 атм.). Для проверки работоспособности использовался контрольный источник альфа-частиц из плутония-239 с активной поверхностью диаметром 4 см. Источник помещался на разные секции катода, при этом электрические импульсы регистрировались только с анода и секции катода, на котором размещался источник, а с других секций катода электрические импульсы обнаружены не были.
На описанном макете камеры было произведено определение содержания урана-232 в уране. На секции 4.1-4.3 катода были помещены
анализируемые источники из урана, а на секцию 4.4 катода - контрольный источник альфа-частиц, приготовленный из плутония-239 и америция-241. Источники были измерены последовательно в режиме совпадений по времени с импульсами поочередно с каждой секции катода. Результаты измерений полностью совпадали с результатами, полученными на обычной спектрометрической ионизационной камере, однако были получены значительно быстрее (на 1,5 часа) из-за отсутствия операций по вскрытию ионизационной камеры, замене источника альфа-частиц и повторного заполнения камеры рабочей смесью газов.
В другом опыте на секции 4.1-4.3 катода были установлены источники альфа-частиц, изготовленные из урана, выделенного радиохимически из одной пробы снега. При измерении в течение 10 часов одновременно всех анализируемых источников в режиме антисовпадений по времени с импульсами с секции 4.4 катода, на которой располагался градуировочный источник, точность определения отношения активностей уран-234/уран-238 составила 7%. При измерении за тот же промежуток времени одного анализируемого источника на обычной ионизационной камере погрешность определения активностей уран-234/уран-238 составила 13%.
Таким образом, предложенная конструкция ионизационной камеры позволяет повысить производительность и точность измерений и градуировки за счет разделения катода на электрически изолированные секции, благодаря чему становится возможным провести измерение спектров
альфа-частиц нескольких источников, в том числе градуировочного источника в одинаковых условиях, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе. Кроме того, т.к. градуировочный и анализируемый источник измеряется в одинаковых условиях, не возникает дополнительной погрешности в определении энергий альфа-частиц.
Источники информации
1. Прикладная ядерная спектроскопия. Сборник статей. Выпуск 5. Москва. Атомиздат.1975 г, стр.117.
2. Авторское свидетельство СССР №284815.
3. Nucl. Instr. and Meth. V.29, №1 (1964) р.149.
4. Г.Е.Кочаров, Г.А.Королев, Известия АН СССР, серия физическая, т.XXV, №2 (1961), стр.237 - прототип.
Спектрометрическая ионизационная камера, состоящая из корпуса и плоских по форме катода, на который помещается источник альфа-частиц, анода и вспомогательного электрода, экранирующего анод, отличающаяся тем, что катод разделен на электрически изолированные секции так, что электрическое поле каждой секции катода полностью перекрывает область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц.
