ДЕТЕКТОР РАДОНА С СЕТЧАТОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ИОНИЗАЦИОННОЙ КАМЕРОЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам для определения уровня радона в воздухе.
Уровень техники
Из патента RU 2008694 известно устройство для определения содержания в воздухе радона. Определение происходит путем регистрации альфа-частиц, испускаемых дочерними продуктами распада радона. Устройство содержит воздушную камеру, в которой размещен датчик альфа-частиц. Воздух подается в камеру через аэрозольный фильтр. Камера выполнена в виде складывающихся телескопических колец, благодаря которым она может складываться и расправляться, обеспечивая, тем самым, подачу воздуха внутрь камеры (т.е. камера выполняет также роль насоса).
Для обеспечения достаточной чувствительности и точности измерений камера должна иметь достаточно большие размеры. В частности, минимальный характерный линейный размер камеры, такой как высота или диаметр, для обеспечения минимальной работоспособности устройства должен быть более 30 мм, а для реализации потенциально возможной чувствительности камера должна иметь размер от 80 до 120 мм или более. Недостатком такого прибора являются большие размеры, необходимые для обеспечения достаточной чувствительности.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.
Задача полезной модели решается с помощью детектора радона, включающего в себя сетчатую цилиндрическую ионизационную камеру, установленную с обеспечением возможности попадания на него дочерних продуктов распада радона из воздуха около детектора (т.е. открытую для окружающего воздуха). Сетчатая цилиндрическая ионизационная камера состоит из катода в виде сетчатого внешнего электрода, выполненного в виде сетчатого металлического цилиндра с сетчатой металлической крышкой и установленного торцом цилиндра на монтажной плате, и анода, выполненного с использованием проволоки и содержащего основу, радиальные ветви и боковые ветви. Основа установлена одним концом на монтажной плате в геометрическом центре торца цилиндра с расположением вдоль оси цилиндра. Радиальные ветви прикреплены к другому концу основы параллельно сетчатой металлической крышке внешнего электрода. Боковые ветви прикреплены к концам радиальных ветвей и расположены параллельно основе и боковым стенкам сетчатого металлического цилиндра внешнего электрода. Расстояние от боковых ветвей до сетчатого металлического цилиндра внешнего электрода равно расстоянию от радиальных ветвей до сетчатой металлической крышки внешнего электрода.
Длина цилиндра составляет не более 2,5 см, а радиус цилиндра составляет не более 1 см. На плате между местами установки анода и катода размещено защитное кольцо в виде проводника, окружающее анод и соединенное с анодом через защитную цепь.
Детектор радона также содержит блок обработки, индикатор и источник питания. Блок обработки выполнен с возможностью обработки сигнала с измерительного электрода и передачи результата обработки в индикатор, который выполнен с возможностью индикации уровня радона. Источник питания выполнен с возможностью подачи питания в блок обработки и индикатор, а также подачи электрического питания на катод относительно анода.
В частном варианте анод может быть снабжен дополнительными радиальными ветвями, соединяющими нижние концы боковых ветвей с основой, причем дополнительные радиальные ветви расположены параллельно радиальным ветвям, прикрепленным к верхнему концу основы, и сетчатой металлической крышке внешнего электрода.
Напряжение электрического питания, подаваемого на катод относительно анода, предпочтительно имеет значение не менее 1000 В и не более 1500 В. Детектор радона также может содержать модуль связи, содержащий излучающий инфракрасный диод и выполненный с возможностью передачи данных от блока обработки посредством излучающего инфракрасного диода.
Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан общий вид сетчатой цилиндрической ионизационной камеры.
На фиг. 2 показан частичный разрез сетчатой цилиндрической ионизационной камеры.
На фиг. 3 показан измерительный электрод. Осуществление полезной модели
На фиг. 1 показан общий вид сетчатой цилиндрической ионизационной камеры. Сетчатая цилиндрическая ионизационная камера устанавливается на монтажной плате 1 и состоит из сетчатого металлического цилиндра 2 и сетчатой металлической крышки 3. Сетчатая металлическая крышка 3 закрывает сетчатый металлический цилиндр 2 с одного торца, а другим торцом сетчатый металлический цилиндр 2 устанавливается на монтажную плату 1.
На фиг. 2 показан частичный разрез сетчатой цилиндрической ионизационной камеры. В частичный вырез, показанный в сетчатом металлическом цилиндре 2, виден измерительный электрод 4, который прикреплен одним концом к монтажной плате 1 в геометрическом центре торца цилиндра 2. Электрод 4, а точнее его основа 41 на фиг. 3, установлен вертикально и, поскольку конец основы 41 (фиг. 3) закреплен в геометрическом центре торца цилиндра 2 (фиг. 1, 2), то соответственно сама основа 41 измерительного электрода проходит по оси цилиндра.
Измерительный электрод 4 имеет длину, которая меньше длины сетчатого цилиндра (внешнего электрода) на определенную величину. Эта величина равна расстоянию от боковых ветвей 44 до стенок сетчатого цилиндра. Вследствие этого расстояние от конца измерительного электрода до сетчатой крышки на торце сетчатого цилиндра равно расстоянию от его боковых ветвей до стенки внешнего электрода, то есть до стенки цилиндра. Благодаря такой конфигурации достигается одинаковое расстояние от измерительного электрода до любого элемента внешнего электрода, то есть от крайних элементов электрода 4 до сетчатого цилиндра 2 и крышки 3. Это обеспечивает одинаковую напряженность электрического поля вдоль всего цилиндра.
Для удержания боковых ветвей 44 параллельно основе 41, измерительный электрод снабжен радиальными ветвями 42 и 43, проходящими от основы 41 к боковым ветвям 44 и соединенным с ними. Радиальные ветви 42 и 43 установлены, предпочтительно, перпендикулярно основе 41 и боковым ветвями 44, а боковые ветви 44 преимущественно проходят параллельно основе 41. Поскольку основа 41 устанавливается вдоль оси сетчатого цилиндра ионизационной камеры, то боковые ветви 44 проходят параллельно стенкам сетчатого цилиндра, а радиальные ветви 42 и 43 параллельно крышке сетчатого цилиндра. Расстояния от боковых ветвей до стенки сетчатого цилиндра, как уже упоминалось выше, предпочтительно равно расстоянию от верхних радиальных ветвей 42 до крышки цилиндра.
В одном из вариантов боковые ветви 44 могут крепиться к основе 41 только с помощью верхних радиальных ветвей 42. Однако, для снижения акустической и вибрационной чувствительности, боковые ветви 44 также крепятся к основе 41 с помощью нижних радиальных ветвей 43 - благодаря этому нижние концы боковых ветвей не колеблются и не вносят помехи в измерительный сигнал, снимаемый с измерительного электрода.
Основа 41, радиальные ветви 42 и 43, а также боковые ветви 44 предпочтительно выполнены с использованием проволоки. Отдельные элементы электрически и механически соединены друг с другом, например, с помощью пайки, скручивания, обжима крепежными элементами или другими способами, известными из уровня техники. На фиг.3 показано, что измерительный электрод имеет шесть боковых ветвей, однако в других вариантах выполнения их может быть меньше или больше, от двух (трех, четырех), до восьми (девяти, десяти) или более.
Учитывая, что длина сетчатого цилиндра составляет не более 2,5 см, а радиус цилиндра составляет не более 1 см, а также учитывая, что элементы измерительного электрода внутри внешнего электрода расположены на одинаковом расстоянии до всех элементов внешнего электрода, оказывается, что напряженность электрического поля выравнивается по всей камере. Так как внутри сетчатого внешнего электрода обеспечена одинаковая напряженность электрического поля между измерительным электродом и внешним электродом, все ионные треки, созданные альфа-частицами, выпущенными при распаде дочерними продуктами распада радона, в воздухе внутри ионизационной камеры, становятся примерно одинаковыми и гарантированно попадающими на измерительный электрод. Таким образом, обеспечивается повышение чувствительности детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.
На плате между местами установки измерительного электрода (выполняющей роль анода) и сетчатого цилиндра внешнего электрода (выполняющего роль катода) размещено защитное кольцо в виде проводника, окружающего место установки измерительного электрода (анода) и соединенного с ней через защитную цепь. Этим самым предотвращаются токи утечки между анодом и катодом, что приводит к снижению помех для определения ионных треков, создаваемых альфа-частицами от дочерних продуктов распада радона. Это значит, что будут обнаружено максимально возможно количество ионных треков и, тем самым, будет повышена чувствительность детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.
Защитная цепь представляет собой RC-цепочку, выполняющую роль фильтра низких частот. Она необходима для того, чтобы токи утечки не искажали сигнал с измерительного электрода. Благодаря такой защитной цепи также повышается чувствительность детектора радона при одновременном уменьшении размеров ионизационной камеры.
Проволока, из которой изготовлен измерительный электрод, должна иметь жесткость, достаточную для сохранения прямой формы и положения в оси цилиндра, поскольку ее длина меньше длины цилиндра и, следовательно, второй конец проволоки не закреплен и находится в свободном состоянии.
Детектор радона согласно полезной модели также содержит блок обработки, индикатор и источник питания. Блок обработки обрабатывает сигнал с измерительного электрода. Обработка заключается в усилении, оцифровке и цифровой обработке сигнала, например, в выделении и подсчете импульсов, формируемых ионными треками, созданными альфа-частицами, испущенными дочерними продуктами распада радона в пределах сетчатой ионизационной камеры, а также пересчете количества сосчитанных импульсов в уровень радона, на пример, в его объемную активность. Вычисленный уровень радона передается в индикатор, который показывает пользователю уровень радона.
Детектор радона также содержит источник питания, например, батарейный или аккумуляторный. Источник питания подает питание в блок обработки и индикатор для того, чтобы они могли выполнять свои функции. Кроме того, источник питания подает электрическое питание на внешний сетчатый электрод и проволоку. Поскольку на внешний сетчатый электрод подается отрицательное напряжение относительно измерительного электрода, то внешний сетчатый электрод, состоящий из сетчатого цилиндра и сетчатой крышки, считается катодом, а измерительный электрод считается анодом.
Благодаря разнице электрических потенциалов между анодом и катодом в сетчатой цилиндрической ионизационной камере создается напряженность электрического поля, которая позволяет отрицательно заряженным частицам (ионам), создаваемым при пролете в ионизационной камере альфа-частицами, испускаемыми дочерними продуктами распада радона, притягиваться к аноду и при попадании на него формировать сигнал, который регистрируется в блоке обработки.
Напряжение электрического питания, подаваемого на катод относительно анода, предпочтительно имеет значение не менее 1000 В и не более 1500 В. Детектор радона также может содержать модуль связи, содержащий излучающий инфракрасный диод и выполненный с возможностью передачи данных от блока обработки посредством излучающего инфракрасного диода.