ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ САМОГАСЯЩИЙСЯ СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА (ВАРИАНТЫ)

Заявленное техническое решение относится к детекторам для регистрации ионизирующих излучений, а более конкретно к газоразрядным самогасящимся счетчикам Гейгера-Мюллера. Счетчики используются в качестве детекторов в приборах для регистрации излучений в различных отраслях промышленности, преимущественно в атомной, научных исследованиях, здравоохранении, и др.
Известны газоразрядные самогасящиеся счетчики Гейгера-Мюллера [1]. Серийный выпуск в промышленности насчитывает десятки типов счетчиков Гейгера-Мюлера.
Газоразрядный самогасящийся счетчик Гейгера-Мюллера представляет собой двухэлектродную систему с герметичным корпусом, заполненным смесью, состоящей из основного газа-наполнителя и так называемых гасящих добавок. При подаче напряжения на электроды и ионизации газа в счетчике Гейгера-Мюллера возникает и за интервал времени, который называется "мертвым", гаснет электрический разряд. Скорость счета импульсов тока этого разряда является мерой интенсивности ионизирующего излучения. Основные типы конструкций счетчиков можно условно разделить на цилиндрические и торцевые [2].
Среди торцевых счетчиков известен газоразрядный самогасящийся счетчик β- и γ-излучений (RU205179 C1. G01T 1/18. 10.08.1996). Недостатком этого счетчика является относительно малый размер окна для приема излучения по сравнению с наибольшим линейными размером устройства, что значительно снижает чувствительность устройства.
Аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели может служить торцевой счетчик Гейгера-Мюллера β - и γ-излучений типа СИ8Б [3](серийное производство ФГУП «Электрохимприбор», г.Лесной Свердловской области). Аналог конструктивно исполнен в виде плоскоцилиндрического корпуса-катода из сплава 47НД с круглым слюдяным окном для измеряемого излучения и проволочным кольцевым анодом, расположенным соосно внутри корпуса. Проволочный вывод катода приварен к нижней части корпуса. Материал анода - проволока из прецизионного сплава. Анод выполнен в виде концентрических проволочных колец, электрически связанных тремя радиальными проводниками из той же проволоки. Анод механически закреплен на катоде в трех точках изолирующими стеклянными бусинами, одна из которых устанавливается в месте вывода анода, две на боковых стенках корпуса-анода. Герметизация корпуса со слюдой осуществляется прижимным кольцом и эмалью на основе борно-свинцового стекла. На обратной стороне корпуса-катода имеются два отверстия. В одном из них установлен стеклянный штенгель для откачки и наполнения счетчика газовой смесью (в готовом приборе штенгель заварен и обрезан, образуя стеклянную бусину). Через второе отверстие выводится анод, герметизация вывода анода осуществляется спаем стекла (бусины) с металлом. Эта же бусина является изолятором между выводом анода и катодом. Основным газом-наполнителем в счетчике является неоно-аргоно-бромная смесь под давлением ниже атмосферного.
Недостатками указанного счетчика-аналога являются:
- корпус-катод счетчика имеет в основании два отверстия, требующих отдельную герметизацию устройства по каждому отверстию помимо герметизации слюдяного окна, что усложняет технологический процесс серийного производства;
- наличие в основании корпуса-катода двух стеклянных бусин и выводов, ограничивающих минимальные размеры устройства по высоте;
- наличие двух отверстий в корпусе прибора повышает вероятность отказа по натеканию по узлам герметизации, как во время технологического процесса изготовления устройства, так и в процессе эксплуатации.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в упрощении технологического процесса изготовления и в расширении технического арсенала средств в данной области.
Данная задача достигается за счет того, что газоразрядный самогасящийся счетчик Гейгера-Мюллера включает в себя плоскоцилиндрический цельнометаллический шляпного профиля корпус-катод из прецизионного сплава с приваренным проволочным никелевым выводом, не имеющий технологических отверстий, имеющий в боковой части корпуса желобок для анодного вывода, также включает в себя анод, выполненный в виде концентрических одного или более колец из проволоки прецизионного сплава диаметром не более 0,5 мм, электрически связанных проводником из той же проволоки, с приваренным трубчатым выводом-штенгелем из прецизионного сплава, соосно закрепленный внутри корпуса-катода путем закрепления трубчатого анодного вывода-штенгеля в желобке герметизирующей эмалью, с покрытием мест сварки анодного кольца герметизирующей эмалью, с одновременной установкой и герметизацией этой же эмалью окна для измеряемого излучения, выполненного из слюдяного диска с прижимным кольцом из прецизионного сплава, с наполнением газовой смесью с давлением ниже атмосферного. Анод, также, может быть дополнительно закреплен к корпусу-катоду путем приварки со стороны, противоположной желобку, проволокой из материала анода через стеклянную бусину-изолятор.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков варианта полезной модели, является уменьшение числа технологических операций в процессе изготовления счетчика; повышение выхода годных изделий; уменьшение габаритного размера по высоте; повышение эксплуатационной надежности; расширение технического арсенала средств в данной области.
Одним из вариантов технического решения является газоразрядный самогасящийся счетчик Гейгера-Мюллера, включающий в себя плоскоцилиндрический цельнометаллический шляпного профиля корпус-катод из прецизионного сплава с приваренным проволочным никелевым выводом, не имеющий технологических отверстий, имеющий в боковой части корпуса желобок для анодного вывода, также включает в себя анод, выполненный в виде концентрических одного или более колец из проволоки прецизионного сплава диаметром не более 0,5 мм, электрически связанных проводником из той же проволоки, с приваренным трубчатым выводом-штенгелем из прецизионного сплава, соосно размещенный внутри корпуса-катода путем закрепления трубчатого анодного вывода-штенгеля в желобке герметизирующей эмалью, с покрытием мест сварки элементов анода герметизирующей эмалью, с одновременной установкой и герметизацией этой же эмалью окна для измеряемого излучения, выполненного в форме диска из прецизионного сплава, причем к диску приварен проволочный никелевый вывод, электрически соединенный с проволочным выводом корпуса-катода, с наполнением газовой смесью с давлением ниже атмосферного. Анод, также, может быть дополнительно закреплен к корпусу-катоду путем приварки со стороны, противоположной желобку, проволокой из материала анода через стеклянную бусину-изолятор.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков варианта полезной модели, является уменьшение числа технологических операций в процессе изготовления счетчика; повышение выхода годных изделий;
уменьшение габаритного размера по высоте; повышение эксплуатационной надежности; расширение технического арсенала средств в данной области.
Третьим «безоконным» вариантом технического решения является газоразрядный самогасящийся счетчик Гейгера-Мюллера, включающий в себя состоящий из двух частей корпус-катод, причем одной частью корпуса является плоскоцилиндрический цельнометаллический шляпного профиля элемент из прецизионного сплава с приваренным проволочным металлическим выводом из прецизионного сплава, не имеющий технологических отверстий, а второй частью является такой же плоскоцилиндрический цельнометаллический шляпного профиля элемент из прецизионного сплава с приваренным проволочным металлическим выводом из прецизионного сплава, не имеющий технологических отверстий, но имеющий в боковой части корпуса желобок для анодного вывода, причем выводы частей корпуса соединены между собой. Проволочный анод устройства также, как и в других вариантах исполнения, выполнен в виде концентрических одного или более колец из проволоки прецизионного сплава диаметром не более 0,5 мм, электрически связанных проводником из той же проволоки, с приваренным трубчатым выводом-штенгелем из прецизионного сплава, соосно размещенный внутри корпуса-катода путем закрепления трубчатого анодного вывода-штенгеля в желобке герметизирующей эмалью, с покрытием мест сварки элементов анода герметизирующей эмалью, с одновременной установкой и герметизацией этой же эмалью двух частей корпуса-катода, с наполнением газовой смесью с давлением ниже атмосферного. Анод, также, может быть дополнительно закреплен к корпусу-катоду путем приварки со стороны, противоположной желобку, проволокой из материала анода через стеклянную бусину-изолятор.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков варианта полезной модели, является уменьшение числа технологических операций в процессе изготовления счетчика; повышение выхода годных изделий; уменьшение габаритного размера по высоте; повышение эксплуатационной надежности; расширение технического арсенала средств в данной области.
Устройство поясняется на чертежах фигурами 1-6, на которых изображен газоразрядный самогасящийся счетчик Гейгера-Мюллера в заявленном техническом решении. Фиг.2 представляет собой ортогональную проекцию фиг.1. На фиг.6 изображено исполнение полезной модели, выполненное в «безоконном» варианте.
В рассматриваемом устройстве корпус-катод 4 выполнен операцией штамповки в виде плоскоцилиндрического цельнометаллического шляпного профиля элемента с полкой по периметру для размещения в окне корпуса-катода круглого слюдяного диска 2 или диска из прецизионного сплава (на чертеже не показано). Корпус-катод выполнен из прецизионного сплава. Корпус-катод имеет в боковой части корпуса желобок для анодного вывода 1 (вид Б; фиг.5). К корпусу-катоду контактной сваркой приварен вывод 5 из никелевой проволоки. Анод 3 выполнен в виде трех концентрических колец из проволоки диаметром не более 0,5 мм из прецизионного сплава, электрически связанных (сваренных) проводником из той же проволоки. Места сварки покрываются герметизирующей эмалью. Выводом анода 1 является приваренная к аноду трубка малого диаметра (например, три диаметра проволоки, из которой выполнен анод) из прецизионного сплава, одновременно служащая штенгелем для откачки и наполнения устройства (после выполнения операций по откачке и наполнению в процессе изготовления устройства вывод-штенгель пережимается, чем завершается операция герметизации устройства). Фиг.3 и фиг.4 поясняют способ крепления анода, слюдяного окна, а также герметизацию устройства. На фиг.3 показано, как с помощью изолирующей стеклянной бусины 6 достигается электрическая развязка в месте приварки анода 3 проволокой к корпусу-катоду (при изготовлении устройства малых размеров с анодом из одного или двух концентрических колец это крепление анода к корпусу не применяется). Одновременно с закреплением вывода-штенгеля 1 в желобке осуществляется монтаж в окне корпуса-катода слюдяного диска и прижимного кольца из прецизионного сплава 8 с герметизацией устройства специальной герметизирующей эмалью 7. (Эмаль представляет собой пастообразную смесь компонентов на основе порошка из борно-свинцового стекла. Герметизация происходит при нагревании устройства в печи отжига: пастообразная смесь плавится и при остывании образует эмаль). Наполнение прибора осуществляется газовой смесью с давлением, ниже атмосферного.
Вариантом полезной модели является устройство, в котором вместо слюдяного диска и прижимного кольца окно выполнено из диска из прецизионного сплава (на чертежах не показано). К диску окна приваривается проволочный никелевый вывод, который посредством скрутки, сварки или пайки электрически соединяется с выводом корпуса-катода (на чертежах не показан).
В другом варианте полезной модели (фиг.6) применен «безоконный» корпус-катод, состоящий из двух элементов плоскоцилиндрического цельнометаллического шляпного профиля, не имеющих технологических отверстий, изготовленных штамповкой, из прецизионного сплава, причем, один из элементов, как и в предыдущих вариантах, имеет в боковой части желобок для крепления анода. Половинки корпуса-катода скрепляются герметизирующей эмалью одновременно с установкой и герметизацией анода. Две части корпуса-катода электрически связываются приваренными к ним проволочными никелевыми выводами 9 с помощью скрутки, сварки или пайки приваренными к ним проволочными никелевыми выводами.
Работа устройства соответствует стандартной работе газоразрядного самогасящегося счетчика Гейгера-Мюллера, как это описано здесь ранее. Варианты исполнения устройства (в т.ч. габаритные размеры, давление и пропорции газовой смеси в устройстве, слюдяное или металлическое окно для приема излучения, «безоконный» вариант) позволяют регистрировать интенсивность излучения в различных диапазонах. Так, например, при осуществлении устройства с слюдяным окном, возможна регистрация не только β- и γ- излучений, но и α-излучения. При выполнении устройства с металлическим окном или в «безоконном» варианте возможна регистрация жесткого β- и γ- излучений. Таким образом, решается задача расширения арсенала технических средств в области регистрации ионизирующих излучений.
Исполнение полезной модели в части изготовления устройства с корпусом-катодом, не имеющим технологических отверстий, обеспечивает заявленный технический результат. Отсутствие технологических отверстий в корпусе позволяют исключить ряд операций из технологического процесса, такие как: водородный отжиг корпуса-катода (необходим для улучшения сварки корпуса-катода со стеклом); монтаж стеклянной бусины на вывод анода; приварка бусины и стеклянного штенгеля; обрезка и заварка штенгеля. Так, отсутствие стеклянных бусин и вывод анода через боковой желобок в корпусе позволяют уменьшить вертикальный размер прибора h. Отсутствие технологических отверстий в корпусе-катоде повышает надежность по отказам, связанным с натеканием через корпус.
9
10
Процесс сборки устройства практически не отличается от принятой стандартной технологии для всех электровакуумных и газоразрядных приборов, в т.ч. для изготовления прототипа. На сегодняшний день заявителем освоен серийный выпуск нескольких типов газоразрядных самогасящихся счетчиков Гейгера-Мюллера в соответствии с заявленным техническим решением (например, счетчики: Бета-1-1, Бета-2-1 (α-, β-, γ- излучение,первый вариант исполнения устройства); Бета-6М-1, Бета-7М-1 (β-, γ-излучение, второй вариант исполнения устройства), Гамма-6-1 (β-, γ-излучение, третий вариант исполнения устройства) и др). Вертикальный размер h во втором варианте исполнения минимизирован до 7 мм при диаметре корпуса-катода 16,5 мм и исполнении анода с одним кольцом. Все счетчики проверяются на соответствие заданным параметрам по ГОСТ 26995-86. При проведении механических испытаний отмечен повышенный выход годных изделий. При соответствии параметров для различных типов счетчиков установлен срок сохраняемости 48-72 месяцев, гарантированная наработка 5*10 - 5*10 имп. По результатам длительного хранения срок сохраняемости будет увеличен до 120 месяцев и более.
Таким образом, приведенные признаки заявляемого устройства в своем единстве позволяют обеспечить указанный технический результат. Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описание технических решений в рассматриваемой области техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, т.е. соответствует критерию полезная модель.
[1] В.Кмент и А.Кун. Техника измерений радиоактивных излучений. М., Наука, 1964, с.116.
[2] В.В.Сидоренко, Ю.А.Кузнецов, А.А. Оводенко. Детекторы ионизирующих излучений. Справочник. Ленинград. Судостроение. 1984, с.13
[3] Бараночников М.Л. Приемники и детекторы излучения. Справочник. Москва. ДМК Пресс.2012, с.33.