Детектор ионизирующего излучения

, (51)4 С О 1 Т 1/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а в н иг. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Борисов В.Л. и др. Вторичноэмиссионные свойства магниевых и бериллиевшх сплавных эмиттеров послекратковременной активировки, ИАН,1958, т; 22, В 5, с. 534.Бае 1 епв К.С. "Тхпу ашша ЙейесСоЕог ЬддЬ дпСепвхйу гайаасюп", Ям-.с 1 еоп 1 св, 1962, У 20, р. 60.Виг 1 се Е.А. ей а 1 "Кай 1 ай 1 оп - 1 пбогем.1 оц епегяу е 1 ессгоп еш 1 ввьоп(54) (57) ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий эмиттер и кол. лектор, разделенныевакуумным промежутком, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью расширения диапазона линейности амплитудной характеристики при сохранении стабильности показаний, эмиттер выполнен ив сплава, компоненты которого имеют одинако" вые работы выхода медленных втория-. ных электронов и разные химическиективности, а поверхность эмиттераыполнена шероховатой, причем сред"яя высота шероховатостей больше среднего расстояния между ними.1222 Использованный н детекторе эмнт, тер позволяет расширить диапазон ,линейности амплитудной характеристиКй детектора приблизительно в три30 раза за счет уменьшения выхода медленных вторичных электронов с поверхности эмиттера и сохранения способности вольт-амперной характеристикидетектора входить н насыщение при . З 5 разности потенциалов между эмиттером и коллектором в несколько десятков вольт, кроме того, предложенное техническое решение позволяет сохранить стабильность показаний детектора под облучением, характерную для детекторов с эФиттерами, выполненнымииз химически чистых металлов, не покрытых окисной пленкой. Уменьшение выхода медленных электронов с шероховатой поверхности, в которой средняя высота шероховатостей большесреднего расстояния между ними, объясняется тем, что медленныевторич-. ные электроны, вышедшие из вещества внутрь впадин, при своем движении наружу в область .дейстния электрического поля встречают намного больше препятствий, чем электроны, вышедшие из приграничного слоя гладкой поверхности, В результате этого часть медленных электронов задерживается шероховатостями и не попадаИзобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений, а точнее - к области регистрации высокоицтенсивного излучения ядерных реакторов и ускорителей, Наиболее 5 эффективно изобретение может быть использовано при изготовлении вакуумных вторично-эмиссионных детекторов.Целью Изобретения является расширение диапазона линейности амплитуд ной характеристики и сохранение стабильности показаний детектора.Детектор ионизирующего излучения содержит эмиттер и коллектор, разделенные вакуумным промежутком, эмит тер выполнен из сплава, компоненты которого имеют одинаковые работы выхода медленных вторичных электронов и разныехимические активности,например сталь 12 Х 18 Н 10 Т, пермолой 76 МХД, 20 сталь Х 14 МЗТ и т.д., а поверхность эмиттера сформирована протравливанием в химическом растноре и отжигом в вакууме шероховатостей, причем средняя высота шероховатостей больше 25 среднего расстояния между ними. 054 2ет н межэлектродный промежуток.На фиг, 1 изображена схема детектора ионизирующего излучения; на фиг. 2 - его характеристика насыщения при отрицательном потенциале . на эмиттереДетектор ионизирующего излучения состоит из размещенной в вакуумированном металлическом корпусе 1 системы электродов. Материалы электродов - сплавы, у которых эа счет раэ" ной химической активности создаются шероховатые понерхности при травлении. Кроме того, компоненты сплава должны обладать свойством, одинакового выхода медленных вторичных электронов. Это - нержавеющие стали 12 Х 18 Н 10 Т, Х 1 ЧМТ, пермолой 76 МХД. Можно использовать другие материалы, отвечающие этим требованиям. В предложенном примере электроды выполнены иэ аустенитной нержавеющей стали 12 Х 18 Н 10 Т. Один иэ электродов является эмиттером 2, а другой - коллектором 3 медленных вторичных электронон (в зависимости от знака разности потенциалов, созданной между ними внешним источником питания 4), Электроды соединены токоведущими проводниками. с соответствующими электровводами 5, вваренными н корпус детектора. Поверхности электродов выполнены шероховатыми со средней высотой шероховатостей, большей среднего расстояния между ними, Формирование поверхностей электродов осуществляли следующим образом.Электроды помещали в водный раствор ИаОН и МаР 01, в котором в течение 30-40 мин при температурео60-70 С производили их очистку отзагрязнений и масел, оставленныхна них после механической обработки,Окончательное обезжиривание электродов произнодили в ультразвуковой .ванне при частоте 20 кГц, в которуюпомещали электроды на 5-7 мии. Химический раствор ванны аналогиченприведенному выше.После обезжиринания электроды промыли в проточной воде н течение5-7 мин.Промытые электроды поместили вхимический раствор, содержащий30 мл НС 1, 100 мл ИНОи 400 мл НОв котором при температуре 100+5 Св течение 120 с проводили их контурное травление с целью снятия зау1222054 иент змиссных ВЭ 10 см имечанне 0,9 У0,9 миттер изготовлен гласно прототипу Ъ Эмнттер изготовлен оогласно изобре- тению Нернавееща ст2 Х 18 НОТ 47+0,0 тика насыщения описанного детектора 6, полученная на изотопном источнике гамма-квантов ьоСо при отрицательных потенциалах У на эмиттере. При У30 В наклон кривой характеристики составил 0,0343/В.Предложенный детектор ионизирующего излучения по сравнению с прототипом позволил уменьшить выход медленных вторичных электронов из металлического эмиттера приблизительно в три раза (см. таблицу) и сохранить способность вольт-амперной характеристики входить в насыщение при разности потенциалов между эмиттером и коллектором 20-30 В,Коэффициент эмиссии медленных вторичных электронов (ВЭ) из эмиттеров детекторов, изготовленных со ,гласно прототипу и согласно изобретению представлен в таблице. На основании этого можно заклю-. - чить, что выполнение детектора ионн зирующего излучения описанным выше образом позволяет расширить диапазон линейности амплитудной характеристики примерно в три раза по отношению к детекторам с эмиттерами, выполненными из химических чистых металлов.Действительно, наличие предела линейности амплитудной характеристики вторично-эмиссионного детектора обусловлено экранированием внешнего ернал змнттера Атомный ном электрического. поля, созданного внешним источником питания я межэлектродном промежутке, объемным зарядом медленных вторичных электронов, эмиттируемых в этот промежуток. Например, в детекторах с межэлект-.1: родным зазором 0,2 мм при разности потенциалов между эмиттером и коллектором 400 В экранирование объемным зарядом проявляется при токе через вакуумный промежуток 0,25 А/см, который возникает в детекторе из Ре(й при мощности дозы 1,7 ф 10 рад/с, а в предлагаемом детекторе при мощности дозы гамма-излучения 5,3 з 10 рад/с.Кроме того, при испытании предлагаемого детектора в жестких термои радиационных условиях изменений его чувствительности обнаружено не быпо. Ввиду того, что использованная в качестве материала эмиттера сталь содержит в своем составе элементы с приблизительно равными ве" личинами работы выхода медленных вторичных электронов, не следует ожидать изменений чувствительности детектора, вызванных диффузией атомов в поверхностном слое эмиттера в процессе длительной эксплуатации детектора. Следовательно, предложенное техническое решение позволяет сохранить стабильность показаний детектора под облучением.сенцев, возникших при механическойобработке.После контурного травления электроды промывали н проточной воде втечение 2 ч. Окончательную промывку завершали последовательным споласкиванием электродов в трех ваннахдистиллированной воды.После этого. электроды высушивалив шкафу в течение 5-7 мин при температуре 100-120 С.Подготовку поверхности электродовначинали с возобновления операциипо промывке электродов, которую проводили в течение 15-20 с.Затем производили промывку электродов последовательно в трех ваннахдистиллированной воды.После этого электроды протравливали в химическом растворесодержащем 50 мл Н 504, 50 мл ННОВ, 100 млНС 1, 100 мл НэРО и 200 мл НО. Трав вление осуществляли в течение 7-10 спри 100+5 фС,Затем электроды промывали в проточной воде в течение 2 мин.Далее, для снятия шлама и Формирования шероховатой поверхности элек-,троды помещали в раствор, содержащий 650 мл НР и 4 Ю мл НЮз, Температуру раствора устанавливали 18 о30 С, а травление производили в те- .чение 30-60 мин, Критерием окончанияформирования поверхностного слояс требуемой степенью шероховатостислужило образование равномерной повсей площади электрода матовой поверхности. В процессе контакта хромоникелевой стали с указанным вышераствором кислот с наибольшей скоростью растворяются частицы карбидов хрома и специальных стабилизирующих добавок. Неодинаковые химические активности компонентов этогосплава приводят к образованию наего поверхности микрошероховатостей,1среднее расстояние между которымименьше их средней высоты,10 20 25 30 35 После образования шероховатой ,поверхности электродов осуществляли их промывку.После этого электроды высушивали.Высушенные электроды затем помещали в вакуумную печь, в которой при температуре 900+50"С и остаточь 5 ном давлении газов в печи 10 10" Торр в течение 30 мин производили их отжиг с охлаждением в печи,1222054 4 В процессе отжига снимаются внутренние напряжения и частично устраняются дефекты кристаллических решеток,которые при эксплуатации детектора вжестких термо- и радиационных условиях могут привести к изменениямструктуры поверхностного слоя эмиттера, а следовательно, выхода мед-. ленных вторичных электрьнов. Кроме того, при отжиге стабилизированнойстали происходит перевод углеродаиз карбидов хрома в карбид титана; освободившийся хром необходим длясоздания определенного уровня корро 15 зионной стойкости и предотвращения межкристаллитной коррозии,Приготовление поверхности электродов завершили протравливанием в химическом растворе, которым устранили возможные загрязнения сформированной шероховатой поверхности и частично растворили карбиды титана, обладающие шалой химической стойкостью.После этого электроды вновь промывали.В завершение электроды высушивали.Вакуумирование детектора после сборки электродной системы в корпус производили н вакуумной печи при 450 С. При такой температуре .происходит дегаэация поверхностей элект-. родов, корпуса и других узлов конструкции детектора. Отпайку откачного штенгеля выполняли по истече-. нии б ч, при этом давление остаточных газов в детекторе не превосходило 10 Торр 40Описанный детектор ионизирующегоизлучения работает по принципу регистрации медленных вторичных.электродов, выходящих с поверхности змиттера и межзлектродный промежуток 45под действием гамма-излучения. Присоздании внешним источником питанияразности потенциалов между эмитте= зром и коллектором в цепи детекторатечет электрический ток, обусловленный этими электронами, Величина 50электрического тока пропорциональнамощности дозы, поглощенной в материале эмиттера, и площади эмиттирующей поверхности, Коэффициентпропорциональности называется коэф. фициентом эмиссии и характеризуетэмиссионную способность эмиттера,т,е. выход медленных вторичных электронов. На фиг. 2 показана характерис/,В 30 Составитель С.Ко Техред И.Попоунч тенко Редактор С.Коляда орректор В.Синицк Заказ 679 Подписн13035,4/ оскв Филиал ППП Патент, г.ужгород. ул. Проект Т ИПИ Государс по делам из