Устройство для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок

3425)4 Союз Советских Социалистицеских Республикиоритет Комитет изобретений н аткрыти при Совете Министров СССР531.754 (088,8) Опубликовано 14,Н.1972. Бюллетень22 писания 25,1 Х.197 ата опубликовани Авторыизобретения ов, В, А, Яцушковский, И. М. Таксар, ькан, В. В. Терехов и В. Г. Федорков И. Л. Фе А. Д. Ту аявпт РЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОС СТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПЛЕНОК 2 Изобретение относится к технике радиоизотопных измерений.Известно устройство для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок по авт. св,203272, в котором используют эффект ослабления обратно рассеянного р-излучения в воздушной среде, находящейся по другую сторону от исследуемого образца. Плотность или толщина тонких листовых материалов и пленок является функцией изменения интенсивности мягкого р-излучения, регистрируемого детектором.Источник и детектор р-излучения располагают в измерительной головке устройства параллельно друг другу на расстоянии около 20 лтл, а измеряемый материал - в непосредственной близости от них. Источник и детектор устанавливают на сканирующем устропстве, перемещающем их по ширине исследуемого образца, Источник излучения помещают в защитный контейнер с коллиматором, (благодаря чему исключается попадание прямого и отраженного от исследуемого образца излучения на приемник.р-излучение от источника при первоначальном прохождении через исследуемый образец, попадая в воздушную среду, испытывает обратное рассеяние и значительно умягчается (энергия излучения снижается почти в два раза). Умягченное обратно рассеянное излучение, проходя вторично через исследуемый образец, частично поглощается. Регистрируемое детектором изменение интенсивнссти и является функцией измеряемой поверхностной плотности или толщины образца.Изменение величины интенсивцостп обратно рассеянного излучения поспе погпощения в исследуемом образце регистрируется самописцем или подается на систему автоматического регулирования.Однако практическая реализация этого устройства в ряде случаев невозможна из-за зависимости показаний от изменения рабочих параметров (плотности, температуры, давления) отражающих газовых сред. влияния окружающец еренпй используют опвзаимного расположсика излучения в завираметров газовой среС целью исключения среды на точность изм тимальную геометрию ния детектора и источ симости от рабочих па ды. На фиг. 1 показан потока регистрируемь го расположения ист фиг, 2 - зависимост устройства от изме) жающей среды; на ф ция детектора и ист 30 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ ИЛИ ТОЛЩИНЫ зависимость плотности х р-частиц от взаимноочника и детектора; на ь показаний известного ения параметров отраиг. 3 - схема размещеочцика радиоактивного342514 5 10 15 20 3излучения измерительной головки предлагаемого устройства.Согласно ебщефизичсским представлениям полный коэффициент обратного рассеяния электронов от газовых сред, т. е, отношение числа частиц, возвратившихся в плоскость измереиия, к числу частиц, падающих на отражающую поверхность, есть величина постоянная, Это положенне иллюстрируется фиг, 1, где для двух разных значений плотности отражающей оредж р (кривая 1) и р (кривая 2) приведспа зависимость плотности потока частиц, регистрируемых детектором ядерного излучения, от расстояния центра детектора до центра исто шика, причем р 2) Р 1Полное число частиц, падающих после отражения в плоскость измерения, в обоих случаях одинаково (площадь под кривыми постоянна), и если иметь идеальный регистрирующий детектор, т. е. с эффективной зоной регистрации протяженностью от цснтра источника 3 до точки 4, то при изменении плотности отражающей среды не наблюдалось бы изменения общего счета. Однако всегда существует область 5, прилегающая к источнику; где по конструктивным соображениям невозможна регистрация отраженных частиц (активная зона источника, толщина кромок подложки источника, коллиматор и защита источника, толщина стенок детектора, нечувствительные области регистрации детекторов ядерного излучения) . Поскольку в области б, прилегающей к источнику, поток обратнорассеянного от газовой среды р-излучения наиболе интенсивный, то доля нерегистрируемых из общего числа отраженных частиц значительна и применение даже идеально широкого детектора, охватывающего Области б и 7, пе позволяет устранить завиоимость числа регистрируемых частиц от изменения плотности отражающей среды. В результате становится нецелесообразным строить подобные устройства.Такиы образом, точность измерения толщмны или поверхностней плотностями листовых материалов и пленок сильно зависит от геометрии взаимного расположения источника излучения и детектора в тех случаях, когда изменяются параметры газовой отражающей среды.Исследования показали, что для каждого диапазона изменения параметров отражающей среды (плотности, температуры, давления) может быть подобрана оптимальная геометрия измерения, при которой сводится к минимуму зависимость показаний измерителя толщины (поверхностной плотности) от изменения параметров отражающей среды.Действительно, располагая детектор конечных размеров в области б (фиг, 1), наблюдаем увеличение числа,регистрируемых обратно отраженных Р-частиц с увеличением плотности отражающей среды и, паоборот, в области 7 с увеличением плотнссти отраиаю 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4щей среды уменьшается число репистрируемых частиц. При расположении центра детектора радиоактивного излучения в точке 8 изменение числа регистрируемых 3-частиц от изменения плотности отражающей среды минил альное.Положение центра детектора относительно центра источника определяется диапазоном изменения параметров отражающих сред или рабочим (номинальным) значением этих параметров (рабочей температуры среды, давления, плотности). Выбор оптимального расстояния гопт центра детектора от центра источника радиоактивного излучения для предложепного устройства, работающего при конкретном значении параметров газовой отражающей среды, определяется для низкоэнергетичееких источников Р-частиц, например 147, соотношением опт0,17 А 9 о =- 0 17 -ляРгде К, - длина свободного пробега р-частиц для газовой отражающей среды, находящейся в нормальных условиях; Л - коэффициент, равный отношению нормального атмосферного давления Р, к рабочему давлению газовой отражающей среды Р.Выбор этого расстояния обеспечивает независимость точности измерсния от изменения давления, температуры и плотности отражающей среды, поскольку эти три параметра взаимосвязаны, и изменение температуры или плотности может быть сведено к эквивалентному изменению давления газовой средины,На фиг. 2 представлены экспериментальные кривые, снятые с помощью известного устройства. В качестве изотопа использовался низкоэнергетический источник Р-частиц БИП(р-источник на основе изотопа Р 4 ) акпивностью 50 мкюри. Детектором служил торцовый газоразрядный галогенный источник СИБГ. Отражающая среда - воздух, Кривые 9, 10 и 11 сняты при расстояниях от центра детектора до центра источника соответственно 45, 55 и 70 мм. Из рассмотрения кривых 9 и 10 видно, что при расстоянии от центра детектора до центра источника 70 мм и давлении 1,4 атм наклон кривой составляет 7 /о на 0,1 ать, в то время как при, расстоянии 45 ллю и том же давлении наклон кривой практически, равен О.Таким образом, точность измерения существенно зависит от геометрии измерения, т, с, от выбора расстояния от центра дстектора до центра источника радиоактивного излучения.С целью обеспечения независимости измерения от изменения параметров отражающих газовых сред измерительная головка устройства для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок выполнена следующим образом.Детектор радиоактивного излучения 12 (см, фиг. 3) располагают на устройстве перемещения 13, позволяющем смещать центр детектора относительно центра источника радиоактивното излучения 14 и фиксировать на оптимальных расстояниях т,обеспечивающих независимость показаний измерительной головки от изменения параметров отражающих газовых сред. Предмет изобретения Устройство для измерения поверхностнойплотносги или толщины листовых материалов и пленок по авт. св.203272, отличающееся тем, что, с целью исключения влияния окружающей среды на точность измерений, ось детектора удалена от оси источника на рас стояние, равное 0,17 произведения длины свободного пробега бета-частиц используемого изотопа при нормальных условиях на отношение величины нормального атмосферного давления к рабочему давлению в газовой 10 среде,Изд.1268 Тираж 406о делам изобретений и открытий при Совете Москва, Я, Раушская наб., д. 4/5 Подписноенистров СССР