СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА

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.
5
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 2·10 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.