ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ СЧЕТЧИК

Полезная модель относится к приборам для измерения энергии ионизирующих излучений, в частности, к пропорциональным газоразрядным счетчикам и может быть использована для определения средних и высоких уровней рентгеновского излучения.
Известен газовый пропорциональный счетчик внутреннего наполнения с собирающим электродом (анодом) в виде нити и многонитевым катодом; корпус счетчика окружен электропроводящим экраном, находящимся относительно катода под положительным потенциалом, SU 426572, 07.09.1980.
Недостатком данного технического решения является неравномерность значения параметра «энергетическое разрешение» по длине собирающего электрода (анода) из-за искажения электростатического поля вблизи элементов крепления анода. Кроме того, многонитевый катод значительно усложняет конструкцию.
Известен пропорциональный газоразрядный счетчик для измерения низких уровней радиоактивности, содержащий цилиндрический металлический катод и натянутую по его оси анодную нить; внутренняя поверхность металлического катода покрыта пленкой из органического диэлектрического материала толщиной d, где 1<d≅(0,1-0,01) мм, где 1 - длина пробега a - частиц с максимальной энергией в материале покрытия для радионуклида, содержащегося в металле катода, RU 2062523, 20.06.1996.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности измерения средних и высоких уровней ионизирующих излучений ввиду низкой проводимости покрытия катода.
Известен пропорциональный газоразрядный счетчик, содержащий заполненную инертным газом ионизационную камеру, образованную трубчатым корпусом, закрытым по торцам изоляторами; в изоляторах по продольной оси ионизационной камеры укреплена нить-анод, см. http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/detectors/prop.htm, 26.12.2013 (копия ссылки прилагается).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа является неравномерность чувствительности счетчика по длине нити-анода вследствие влияния металлических элементов крепления и натяжения анода в изоляторах и статического электричества на поверхности изоляторов на однородность электростатического поля, создаваемого анодом. В результате при использовании полной длины нити-анода имеет место значительная погрешность в результатах измерений энергии ионизирующих излучений. В частности, при измерении излучения изотопа Fe55 (линия MnKα) энергетическое разрешение счетчика-прототипа составляет 20% и более.
Задачей настоящей полезной модели является повышение равномерности чувствительности пропорционального газоразрядного счетчика по всей длине нити-анода и снижение тем самым погрешности в результатах измерений энергии ионизирующих излучений.
Согласно полезной модели в пропорциональном газоразрядном счетчике, содержащем заполненную инертным газом ионизационную камеру, образованную трубчатым корпусом и изоляторами, закрывающими торцы трубчатого корпуса, в которых по продольной оси ионизационной камеры укреплена нить-анод, у изоляторов со стороны ионизационной камеры установлены кольца, корректирующие напряженность электростатического поля нити-анода, выполненные из металла, при этом диаметр «d» отверстий в кольцах составляет от 0,3 до 0,7 внутреннего диаметра «D» трубчатого корпуса.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - продольный разрез устройства;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Пропорциональный газоразрядный счетчик содержит заполненную инертным газом ионизационную камеру 1. В качестве инертного газа использован ксенон. Ионизационная камера 1 образована трубчатым корпусом 2, закрытым по торцам изоляторами 3. Трубчатый корпус 2 выполнен из нержавеющей стали, изоляторы 3 выполнены из электрокерамики. В изоляторах 3 по продольной оси ионизационной камеры 1 укреплена нить-анод 4 с помощью металлических элементов крепления и натяжения 8.
У изоляторов 3 со стороны ионизационной камеры 1 установлены корректирующие электростатическое поле нити-анода 4 кольца 5, выполненные из металла, в частности, нержавеющей стали. Диаметр «d» отверстий в кольцах составляет от 0,3 до 0,7 внутреннего диаметра «D» трубчатого корпуса 2. В конкретном примере в трубчатом корпусе 2 выполнены окна 6, закрытые бериллиевой фольгой 7. В зависимости от диапазона энергии излучения возможно выполнение корпуса 2 без окон, как это имеет место в устройстве-прототипе.
3
4
Работа пропорционального газоразрядного счетчика основана на явлении газового усиления, то есть, увеличения количества свободных зарядов в ионизационной камере. В конкретном примере рентгеновские кванты ионизируют газ, находящийся в камере 1. Корпус 2 является катодом. К корпусу 2 и нити-аноду 4 приложено постоянное напряжение 1-2 кВ. Под действием этого напряжения ионы и электроны движутся, соответственно, к катоду и нити-аноду. Вблизи нити-анода 4 напряженность электростатического поля возрастает, в результате чего подлетевшие к нити-аноду 4 электроны приобретают дополнительную энергию, достаточную для вторичной ионизации нейтральных атомов инертного газа. Образовавшиеся при этом новые электроны осуществляют дальнейшую ионизацию инертного газа. В результате к нити-аноду 4 движется электронная лавина, обусловливающая усиление потока электронов. Коэффициент газового усиления (КГУ) достигает 10-10. КГУ зависит от напряженности электростатического поля вблизи нити-анода 4, которая может уменьшаться по концам нити-анода 4 из-за влияния металлических элементов 8 ее крепления и натяжения, а также статического электричества на поверхности керамических изоляторов 3. Выравнивание (коррекция) напряженности электростатического поля по длине нити-анода 4 обеспечивается кольцами 5. Благодаря наличию колец 5 силовые линии электростатического поля (обозначены пунктиром на фиг. 1) в зонах изоляторов 3 выгнуты и уплотняются в сторону середины нити-анода 4. Таким образом потоки электронов двигаются по выгнутым силовым линиям на удалении от элементов 8 крепления концов нити-анода 4 и поверхностей изоляторов 3, уменьшающих напряженность электростатического поля у концов нити-анода 4.
В результате достигается технический результат, состоящий в повышении равномерности напряженности электростатического поля и, соответственно, КГУ по длине нити-анода 4. При этом повышается равномерность чувствительности прибора вдоль нити-анода 4 и уменьшается погрешность в результатах измерений. Энергетическое разрешение заявленного пропорционального газоразрядного счетчика составляет около 17%.
При диаметре «d» отверстий в кольцах менее 0,3 «D» - внутреннего диаметра трубчатого корпуса происходит так называемая перекомпенсация влияния элементов 8 крепления и натяжения нити-анода 4 на напряженность электростатического поля нити-анода 4, которая по ее концам будет в этом случае больше, чем в средней части, то есть, возникнет обратная неравномерность.
При d>0,7D эффект коррекции электростатического поля по концам нити-анода 4 выражен недостаточно.
Пропорциональный газоразрядный счетчик подключается к широкополосному линейному усилителю, который подключается к импульсному осциллографу (на чертежах не показаны).
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».