Детектор ионизирующего излучения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -Опубликовано 280283, Бюллетень Мо 8 И 1 М. Кп. Н 01 3 47/006 01 Т 7/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 2802,83) Заявител 54) ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕН 1 ионизирующего излучения в детекторе). К выходному патрубку присоединен масляный затвор, через которыйрабочий газ выпускается в атмосферу.Для повышения эффективности регистрации мягкого рентгеновского излучения с энергией меньше 1,5-2 кэВокно счетчика выполно:но из полипро пиленовой пленки толщиной 2-6 мкм,при этом становится существеннойгазопроницаемость окна счетчика (1).Однако вследствие большой разности парциальных давлений компонентов воздуха и рабочего газа по обестороны входного окна возникаютвстречные потоки указанных газовчерез пленку, что приводит к недопустимому изменению состава .газавнутри счетчика и выходу его из строяДля стабилизации состава рабочегогаза в счетчике непрерывно в процессе измерения создают постоянныйПоток газа из баллона с высоким давлением рабочего газа в атмосферучерез редуктор-преобразователь расхода газа, входной патрубок, корпуссчетчика, выходной патрубок и масляный затвор ( 21.Недостатками известных вявляются большой расход ра счетчико бочегоИзобретение относится к устройствам регистрации ионизирующего излучения, а именно к конструкции газо- наполненных приборов для регистрации мягкого рентгеновского излучения, -излучения и о -частиц, и может быть использовано для выполнения исследований в ядерной Физике, Физике элементарных частиц и в технике для применения радиоактивных источников и рентгеновского излучения, в том числе, в аппаратах рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов для эффективной регистрации мягкого рентгеновского излучения.Известен газовый проточный пропорциональный счетчик, содержащий газонаполненный корпус с входным окном, прозрачным для ионизирующего излучения. Корпус снабжен входным и выходным патрубками для пропускания газа. Входное окно счетчика выполнено из тонкой органической пленки. К входному патрубку через редуктор- преобразователь расхода газа присоединен баллон, наполненный до высокого давления рабочим газом счетчика (термин рабочий газ используется: для газовой смеси, обеспечивающей оптимальные условия регистрации водствйцное объединение.ргаза, необходимость использования громоздких баллонов со сжатым газом для обеспечения длительной работы и сложная система регулировки и стабилизации плотности газа, необходимые для его выпуска в атмосферу. 5 Это снижает удобство счетчиков в эксплуатации, повышает их стоимость и увеличивает габариты и нес апПаратуры, н которой они используются.Известен также сцинтилляционный 10 пропорциональный счетчик, содержащий гаэонаполненный корпус с входным окном иэ тонкой органической пленки и патрубок для впуска и выпуска газа. К патрубку через вакуумный вентиль присоединена вакуумная система для откачки и наполнения корпуса рабочим газом. Внутри корпуса счетчика размещен калиевый геттер, поглощающий газы-примеси, проникающие н кор- О пус через гаэопроницаемое окно 3.Недостатком такого счетчика ян ляется постоянная утечка рабочего газа через входное окно, что приводит к изменению парциального давления рабочего газа н счетчике. ПоэтОму. периодически необходимо перенаполнять счетчик. Кроме того, счетчик характеризуется нестабильностью в работе, поскольку его параметры зависят от внешних условий (данления и температуры).Наиболее близким к предлагаемому является пропорциональный детектор для измерения ионизирующего излучения, содержащий заполненный рабо чим газом корпус с входным окном из тонкой органической пленки, соединенный с резервуаром, заполненным тем же газом. Оснонной составляющей рабочего газа является ксенон или 40 криптон. Количество газа в резервуаре значительно больше его количества в корпусе, Детектор снабжен средством для обеспечения циркуляции рабочего газа через корпус детектора и резервуар 4Недостатком этого детектора янляется изменение парциального давления рабочего газа как при изменении внешних условий (температуры и атмосферного давления), так и вследстние утечки рабочего газа через входное окно детектора и проникновения н рабочий объем детектора ком" понентов окружающего воздуха. Изменение температуры, данления и состава газа н корпусе приводят к дрейфу коэффициента газового усиления (до 1 В на 1 ф С), что, в свою очередь, приводит к значительному дрейфу выходного сигнала детектора, Изменение 60 состава газа в детекторе приводит к необходимости периодической замены газа н системе детектор - резервуар, что существенно увеличивает расход газа. Цель изобретения - сокращение расхода рабочего газа и стабилизация его состава и давления в детекторе.Поставленная цель достигается тем, что детектор ионизирующего излучения с гаэопроницаемым входным окном, содержащий заполненный рабочим газом корпус, соединенный с резервуаром, заполненным тем же газом, снабжен гаэопоглотителем 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 Роси подчиняются соотношению Рк с Рп,2 Р Рощ а величину объемного, расхода газа Я в преобразователе определяют из соотношенияС К 5 о)с,где К - коэфФициент проницаемостивходного окна по рабочемугазу;Б - площадь поверхности входногооокна 1Ь - толщина входного окна;ЬР 70 - разность парциальных давлений рабочего газа внутри ивне корпуса детектора состороны входного окна;Я - объемная скорость сорбциирабочего газа, поглощаемогоэлементами внутри корпусадетектора.йНа чертеже изображен газовыйэлектроалюминесцентный детектор мягкого рентгеновского. излучения,Детектор содержит вакуумно-плотный цилиндрический корпус 1, на одном торце которого расположено входное окно 2, прозрачное для мягкогорентгеновского излучения и выполненное из металлизиронанной 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 снабженразмещенным в патрубке 5 нераспыляемым газопоглотителем б и соединенс резервуаром, заполненным ксеноном.Резервуар состоит из двух обьемог:основного - баллон 7, давление газав котором может составлять 10-40 атм,и промежуточного 8, давление газав котором превышает парциальноедавление ксенона в корпусе 1 детектора не более чем в дна раза. Корпус 1 отделен от промежуточного объема 8 мембраной 9, идентичной входному окну 2 по материалу, толщине и25 40 или Роо=2 Рк Рви, (4) б 0 где Р. - парциальное давление рабочего газа внутри корпуса 1;Р - парциальное давление рабоВИчего газа вне корпуса 1со стороны входного окна 2; б 5 площади. Основной 7 и промежуточный 8 объемы резервуара соединены между собой через преобразователь расхода газа - вентиль 10.Поскольку в детекторе имеется газопроницаемое входное окно 2, ерез которое одновременно происходят диффузия примесных газов из атмосферы внутрь корпуса 1 и диффузиярабочего газа - ксенона - из детектора в атмосферу, стабилизация соста ва и давления рабочего газа в корпусе.1 достигается путем овместного использования газопоглотителя б, мембраны 9 и вентиля 10Величина объемногорасхода газа 15 Ц вентиля 10 определяется объемной скоростью проницаемости ксенона через входное окно 2 и объемной скоростью сорбции ксенона, поглощаемого стенками корпуса 1 и внутренними 20 элементами детектора, в соответствии с выражением (1) . Кроме того, объемный расход газа Я вентиля 10 можно рассчитать из соотношенияЦ =Ы ьс 4 Цуара (2) где С. - коэффициент расхода газа;Б - площадь отверстия диафрагмыо преобразователя расхода газа - вентиля 10;плотность рабочего газа -ксенона;Бра - разность абсолютных давлений рабочего газа в баллоне7 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 время существенно больше, чем давление в корпусе 1, так, чтобы разность Браменялась незначительно по мере умень. щения давления. в баллоне 7. Выполнение последнего условия обеспечивает постоянство объемного расхода 45 Я на период срока службы детектора.Другим решением условия постоянства Я является регулирование 8,- площади отверстия диафрагмы вентиля10 - по мере уменьшения абсолютного 50 давления рабочего газа в объеме баллона 7.Величину давления в промежуточном объеме 8 определяют из условия равенства перепада давлений по обе стороны входного окна 2 и по обе стороны Мембраны 9Рк Рьи=рор Рк (3) Р р- парциальное давление рабопрчего газа в промежуточномобъеме 8.Так как парциальное давление ксенона снаружи детектора пренебрежимо мало пс сравнению с парциальныь давлением ксенона внутри корпуса 1 (обычно используется ксенон чистый по ГОСТ 10219-77 с. чистотой 99,99), т.е.Р ) РВи, то выРажение, (4) мож" но записать в видерп = 2 Рк. Это означает, что давление рабочего газа в промежуточном объеме 8 должно быть в два раза больше, чем парциаль" ное давление рабочего газа внутри корпуса 1.В общем случае давление рабочего газа в промежуточномобъеме 8 должно превышать парциальное давление рабочего газа в корпусе 1 детектора не более чем в два раза и подчиняться соотношению (4). Таким образом, давления рабОчего газа в корПусеосновном Роси промежуточном объемах резервуара подчиняются соотношениюРк Рпр - 2 РкРоси (5)Стабилизация парциального давле ния рабочего газа в корпусе 1 детектора достигается за счет идентичности входного окна 2 и мембраны 9, а также равенство перепадов давления. рабочего газа по обеим сторонам вход. ного окна 2 и мембраны 9.Прн изменении температуры эксплуатации детектора сохраняется равеиство потоков рабочего газа через входное окно 2 и мембрану 9,чем обеспечивается авторегулировка поступления в детектор рабочего газа и стабилизация.его парциального давления в корпусе 1.1Для поглощения примесных газов, проникающих в корпус 1 детектора через входное окно 2 иэ окружающей атмосферы и выделяемых в процессе работы стенками корпуса .1 и внутренними элементами детектора, выбирают пористый нераспыляемый гаэопоглотитель 6 на основе титана типа СПН, размещенный в патрубке 5. Поглотители этого типа обладают большой сорбционной способностью по отношениюф 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 газопоглотителя рассчитывают исходя из необходимого срока службы детектора и суммарного объема примесных газов, попадающих в корпус 1 детектора.Для случая газового электролюминесцентного детектора с полипропиленовым входным окном толщиной 4 мкмФормул а и э обре те ни я 50 детектор ионизирующего излучения с гаэопроницаемым входным окном, содержащий заполненный рабочим газом корпус, соединенный с, резернуаи диаметром 25 мм пронодят оценку требуемого количества рабочего газа и параметров гаэопоглотителя, который необходимо ввести ннутрь системы детектора.Годовой объемный расход ксенона вследствие его диффузии через входное окно 2 определяют из соотношения (1), и при нормальном давлении он составляет всего 194 см 3.Для поглощения примесных газов выбирают гаэопоглотитель типа СПН состава Р 3. По расчету через входное окно 2 поступают из атмосферы поток азота, равный 2,110 см/с, и поток кислорода, равный 2,24 15 10-6 см/с, Эти газы являются основными компонентами примесных,газов, поступающих в детектор, так как количество других составляющих газов- примесей, проникающих в детектор 2 О извне и выделяющихся внутри детектора, значительно меньше диффундирующих через входное окно 2 потоков азота и кислорода. Для сорбции потокон азота и кислорода, поступающих 25 в детектор в течение одного года, требуется общая масса газопоглотителя 121,6 г. Такая небольшая масса газопоглотителя не вызывает затруднений при размещении его и конкретномо приборе, при этом требуется периодический прогрев газопоглотителя до 700 С.Таким образом, применение изобретения позволяет создать детектор с газопроницаемым входным окном, в котором поддерживаются постоянный состав и давление рабочего газа при минимальном его расходе.Изобретение может быть использона. но н серийных проточных пропорцио О нальных счетчиках рентгеновского излучения и в газовых электролюминесцентных детекторах мягкого рентгенов ского излучения для аппаратон рентгеновского анализа. 45 ром, заполненным тем же газом, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения расхода рабочего газа и стабилизации его состава, детектор снабжен гаэопоглотителем 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 РК , в промежуточном объеме РПР и в основном объеме Рвсн подчиняются соотношению Р сР 1 Р Роск пр к 0а величина объемного расхода газа в преобраэонателе определяется из соотношения Ч )5 ,) +С)где ,К - коэффициент проницаемостивходного окна по рабочемугазу;Я - площадь поверхности входногоокна;ЬР 7 О - разность парциальных давлений рабочего газа внутрии вне корпуСа детектора состороны входного окна;4 - толщина входного окна;С( - объемная скорость сорбциирабочего газа, поглощаемогоэлементами внутри корпусадетектора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гоганон Д.А., Лозинский Б.С.,Сиухин А.Г. О работе проточногопропорционального счетчика мягкогорентгеновского излучения. - Аппаратура и методы рентгеновского анализа, вып. 2, Л., Машиностроениеф, 1967, с. 111-120.2. Заявка Японии Р 48-57050,кл. 111 У О, опублик. 1973.3. Коуала К., 1 поце Н., Маяцо)са М. А Ьц 1(;г.1 п рогаяв 1 цв 9 е 1 егаког йе вс 1 п 1 РОаг 1 оп ргорог 1 опаРсоцпгег. -Нцси. 1 пягг. апй МеЬ1978, Р 148, р. 257-259.4. Заявка Японии Р 48-5750,кл. 111 У 132, опублик. 1975 (прототип),1001228 Составитель Б. Рахмановдактор А. Огар Техред М,тепер Корректор Ю. Макаренк е ППП Патентф, г. Уагород, ул. Проектная Фил аквз 1409/62 ТВНИИПИпо д113035, М аж 701 Подпи сударственного комитета ССС ам изобретений и открытий ква, Ж, Раушская наб., д