Спектрометр альфа излучения на основе газоразрядного детектора (стр. 5 из 7)
-высокая эффективность регистрации, особенно γ-лучей большой энергии, в десятки раз превышающая эффективность газоразрядных счетчиков;
-высокая временная разрешающая способность, достигающая 10-9 -10-10 с ;
-возможность измерения энергии частиц;
-возможность создания счетчиков различной геометрической формы и объема.
Рис.9. Структурная схема сцинтилляционного счетчика
Из-за незначительной проникающей способности α-частиц регистрация их возможна только открытыми сцинтилляторами, например тонкими пленками сернистого цинка, йодистого цезия. Органические кристаллы и пластмассы обладают незначительной эффективностью регистрации α-частиц и в связи с этим применяются редко.
2.3. Другие методы
К другим методам регистрации альфа излучений можно отнести полупроводниковые детекторы.
Полупроводниковые детекторы (ППД) являются наиболее совершенными из существующих детекторов ионизирующих излучений. Они широко используются при измерениях радиоактивных загрязнений внешней среды, в дозиметрии, для контроля работы ядерных реакторов и т. д. Однако наибольшее применение они получили при спектрометрии ионизирующих излучений. [Принципы и методы регистрации элементарных частиц, пер. с англ., М., 1963;]
Полупроводниковые кремниевые и германиевые детекторы ионизирующих излучений используются для регистрации α,β-частиц, протонов, нейтронов, γ-лучей и осколков деления. Линейная зависимость амплитуды выходных импульсов от энергии излучения позволяет широко применять эти детекторы в спектрометрической аппаратуре, а также для измерения слабых потоков сильноионизирующих частиц на фоне интенсивных потоков слабоионизирующего излучения (например, αчастиц на фоне β- и γ-излучений).
В п—р -детекторах используется переход проводимости от электронного к дырочному типу. Источник питания подключается в запорном направлении. Ионизирующая частица, попавшая в детектор вблизи перехода, вызывает прохождение носителей тока через барьер, что эквивалентно импульсу тока. Величина результирующего амплитудного напряжения на переходе равна:
Uи = Q/C = Nq/C (4)
где С — емкость n-р-перехода и монтажа; N— число пар электрон —дырка; q — заряд одной пары; Q — собранный заряд.
Детекторы с п-р-переходом имеют „окно", определяющее чувствительную область (область объемного заряда), в виде слоя кремния (германия) или пленки металла, нанесенного на кремний.
В поверхностно-барьерных детекторах n—р -барьер создают на поверхности полупроводника. Эти детекторы имеют тонкое „окно", небольшую чувствительную область и применяются для регистрации частиц с малым пробегом в кремнии.
В альфа спектрометрии применяют такие разновидности полупроводниковых детекторов:
Кремниевые поверхностно-барьерные ППД предназначены для спектрометрии и регистрации короткопробежных заряженных частиц.
Кремниевые диффузно-дрейфовые детекторы типа ДКД-Пс и ДКД—Псд используются для спектрометрии и регистрации α-частиц, протонов, β-частиц, пробеги которых укладываются в чувствительной области детектора.
3.СПЕКТРОМЕТР АЛЬФА ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ
КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ РАДОНА В ВОЗДУХЕ
3.1.Блок-схема установки
В процессе выполнения данной работы была создана конструкция спектрометра (рис.11) для обнаружения и исследовании энергии альфа излучения. Для этой поставленной задачи необходимо было воспользоваться торцевым коронным газоразрядным счетчиком СИ9А (рис. 10).
Рис.10. Торцевой газоразрядный счетчик СИ9А
Коронный газоразрядный счетчик должен работать при таких условиях:
• Необходимо задать нужную область напряжений, отвечающей пропорциональной или граничной пропорциональной области счета. В этом режиме можно фиксировать импульсы напряжения, которые будут пропорциональны энергии первичной частицы, попавшей в счетчик.
• счетчик по указанным вышерассмотренным параметрам будет считывать только импульсы, возникающие при альфа ионизации, а импульсы, вызываемые слабоионизирующими частицами (β-частицами), имеют малую амплитуду, сливаются с фоном флуктуации тока короны и поэтому не могут быть зарегистрированы.
Рис. 11. Установка альфа спектрометра
Ниже приведена таблица, отвечающая начальным параметрам газоразрядного счетчика СИ9А:
Таблица 4. Начальные параметры коронного газоразрядного счетчика СИ9А
| ТУ и конструктивная характеристика | Массогабаритные данные | Режим работы | Дозиметрические характеристики |
| СИ9А. СС3.394.006 ТУ. Тип счетчика – коронный. Оформление стеклянное. Катод – слой алюминия, напыленный на внутреннюю стенку баллона | l = 70 Ǿ 13.3 m = 10 | Uр = 330÷390 Uэ.к = 400 | E = 24÷ 32 Pф = 104 мкР/с N = 103 |
Предлагаемая блок схема экспериментальной установки представлена на рис.12.
Рис.12. Блок-схема экспериментальной установки.
Ниже детальнее рассмотрим работу и устройство высоковольтного преобразователя, который является основным звеном в функционировании и стабильной работе альфа спектрометра.
3.2.Высоковольтный преобразователь
Высоковольтный преобразователь предназначен для получения из низковольтного источника питания(12В) напряжения, обеспечивающего работу газоразрядного счетчика. Как ранее было отмечено, что счетчик этот предполагается использовать в пропорциональной области с целью определения энергии альфачастиц и таким образом идентифицировать наличие радона в помещениях. Для этого необходимо, чтобы высоковольтный преобразователь работал в области выходных напряжений от 250 до 330 В.
Для создания высоковольтного преобразователя нами была выбрана электрическая схема представленная на рис.13.:
Рис. 13. Схема высоковольтного преобразователя
Эта приведенная схема, обеспечивает стабилизированное выходное напряжение в пределах 100...700 В при токе нагрузки несколько десятков микроампер.
На интегральном таймере DA1 собран генератор, работающий на частоте около 2,5 кГц. Прямоугольные импульсы с низкоомного выхода таймера поступают на повышающий трансформатор Т1. На выходной обмотке трансформатора эффективное значение переменного напряжения составляет примерно 100 В. К этой обмотке подключен выпрямитель на диодах VD2— VD9, выполненный по схеме умножения напряжения.
На транзисторе VT1 выполнен стабилизатор выходного напряжения. Оно поступает в цепь базы транзистора через делитель, состоящий из резисторов R4—R8 и подстрочного резистора R3. Как только напряжение на выходе преобразователя превысит некоторое значение (оно определяется положением движка подстрочного резистора R3), то транзистор VT1 откроется и зашунтирует конденсатор С1. Это приведет к срыву колебаний генератора, тоесть поменяется частота на таймере (до восстановления на выходе источника требуемого значения напряжения).
Нами использованы: транзистор КТ342Б, микросхема 555 и диоды КД243Ж.
В процессе работы выполнил чертежную разработку платы на стеклотекстолите, нанес дорожки, произвел травление; пайку деталей и компоновку высоковольтного преобразователя. В результате получился следующий прибор (рис.14.)
Рис.14. Рабочая плата высоковольтного преобразователя
На передней панели высоковольтного преобразователя вывел разъемы для: питания; получения выходного напряжения, кнопка «включить-выключить», индикатор «фотодиод»; подстроечный резистор. На задней панели преобразователя вывел «разъем-делитель», с коэффициентом деления 500, к которому можно подсоединять мультиметр.
Регулируя подстроечный резистор, получаем на мультиметре показания от 0 до 1.25 В. Учитывая, что 1В на мультиметре эквивалентен 500В на выходе из преобразователя, можем свободно задавать нужное нам напряжение на наш газоразрядный детектор.
Проверил, что наблюдается стабилизация напряжения на мультиметре, значит высоковольтный преобразователь тоже стабилен.
Работоспособность преобразователя была проверена на счетчике СБМ-20 при помощи стронций-иттриевого источника бета-частиц. На экране осциллографа С1112 мы и без усилителя наблюдали импульсы напряжения соответствующие работе счетчика в гейгеровской области.
Полученные данные позволяют нам предполагать, что, используя усилитель, мы сможем работать в пропорциональной области со счетчиком СИ9А с целью определения энергии альфа-частиц.