способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации
Классы МПК: | G01N27/62 путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода H01J47/02 ионизационные камеры |
Автор(ы): | Ляпидевский В.К. |
Патентообладатель(и): | Ляпидевский Виктор Константинович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-11-30 публикация патента:
20.10.2002 |
Использование: для контроля радиоактивности окружающей среды. Сущность: в способе измерения числа отрицательных ионов в цилиндрическом ионизационном детекторе, заполненном воздухом, вблизи заряженной положительно нити создают напряженность электрического поля, достаточную для отрыва электрона от отрицательного иона и для ионизации газа электронным ударом. По расстоянию от входа иона в детектор до области его регистрации на нити определяют подвижность отрицательного иона. Устройство включает в себя цилиндрический ионизационный детектор, воздуходувку, электростатический фильтр, источник запирающего фильтр напряжения, источник высокого напряжения, регистрирующую электрические импульсы электронную схему. Технический результат: раздельная регистрация отрицательных ионов различной подвижности. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ определения числа отрицательных ионов различной подвижности, заключающийся в измерении ионизации газа с помощью детектора, имеющего внутренний, заряженный положительно, и внешний электроды, отличающийся тем, что в объеме детектора вблизи внутреннего электрода в виде нити создают область с напряженностью электрического поля, достаточной для отрыва электрона от отрицательного иона и ударной ионизации газа, регистрируют место образования электронно-фотонной лавины по отношению амплитуд двух сигналов, снимаемых с противоположных концов нити, определяют число отрицательных ионов с подвижностью![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191373/2191373-6t.gif)
Описание изобретения к патенту
Способ относится к ядерной физике и технике и может быть использован при создании детекторов для контроля радиоактивности окружающей среды. Известен способ измерения концентрации ионов, в котором используется цилиндрическая ионизационная камера, измеряется ток насыщения, образуемый ионами, содержащимися в просасываемом через камеру исследуемом воздухе (Физический энциклопедический словарь. Т. 2. - М.: Советская энциклопедия, 1962). Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ измерения концентрации ионов в воздухе путем измерения ионизационного тока в цилиндрической ионизационной камере с внутренним и внешними электродами, работающей при различных напряжениях, при различных скоростях прокачки газа, различных напряжениях между электродами и различных постоянных времени выходной цепи, с последующей математической обработкой (Таммет Х.Ф. Уч. записки Тартусского госуниверситета. Тарту, в 136, с. 103-110, 1962). Недостатком аналога и прототипа является то, что они не позволяют измерять число ионов, а позволяют измерять только суммарный ионизационный ток, обусловленный движением большого числа ионов различной подвижности к электродам камеры. Это не позволяет раздельно определять число ионов различной подвижности, дающих суммарный ионизационный ток. Целью изобретения является создание способа измерения числа отрицательных ионов в данном объеме воздуха и измерении их подвижности. Цель достигается тем, что вблизи внутреннего электрода камеры, на который подают положительный заряд, создают напряженность электрического поля, достаточную для того, чтобы отрицательные ионы в столкновениях с атомами газа отдавали электроны (более 70 кВ/см). Образующиеся свободные электроны, двигаясь к положительно заряженному внутреннему электроду, в процессе ударной ионизации создают электронно-фотонные лавины, которые регистрируют электронной схемой. Экспериментально показано, что образовавшиеся электронно-фотонные лавины в воздухе локализованы на малом участке нити (порядка нескольких мкм). Это позволяет определить координату отрицательного иона вдоль нити, измеряя сигналы с двух противоположных концов нити. Сопротивление нити выбирают достаточно большим (несколько килоом). Отношение амплитуд сигналов, снимаемых с двух противоположных концов нити, пропорционально отношению сопротивлений участков нити от точки регистрации иона до соответствующего конца. Достигнутое координатное разрешение составляет менее 0,1 мм. Технический результат заключается в осуществлении раздельной регистрации отрицательных ионов различной подвижности. Технический результат достигается за счет того, что отрицательные ионы с разной подвижностью при прокачке воздуха через камеру регистрируются на различных расстояниях от входа. При объемной скорости прокачки W cм3/c подвижность регистрируемых ионов определяется по формуле (Рузер Л.С. Радиоактивные аэрозоли. Москва, 1968, с. 191)![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191373/2191373-2t.gif)
где
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/956.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
U - напряжение между электродами, В;
rк и ra - радиусы катода и анода соответственно;
x - расстояние от входа иона в камеру до места его регистрации на нити, см. Расстояние x измеряется с точностью ~ 10-2 см. При длине нити 16 см и скорости прокачки несколько литров в минуту способ позволяет измерять концентрацию ионов с подвижностью в пределах от 1 до 10-4 см2/(с
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191069/951.gif)
e - вероятность отрыва электрона от отрицательного иона, а N- - среднее число вторичных отрицательных ионов, возникающих в объеме детектора в процессе газового усиления. Для исключения регистрации вторичных отрицательных ионов при больших m включают схему гашения, обычно применяемую в счетчиках Гейгера для исключения регистрации ложных импульсов, изменяющую потенциал нити на время
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/964.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/964.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/964.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/964.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/964.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/964.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191069/951.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191069/951.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191373/2191373-3t.gif)
где Кy - число электрических импульсов, возникающих при регистрации одного отрицательного иона. Очевидно, что при
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191069/951.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191373/2191373-4t.gif)
Величина
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191069/951.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191058/956.gif)
![способ измерения числа отрицательных ионов различной подвижности и устройство для его реализации, патент № 2191373](/images/patents/279/2191373/2191373-5t.gif)
где Vпр - см/с, Ез - напряженность запирающего электрического поля, L - длина электростатического фильтра, l - расстояние между электродами.
Класс G01N27/62 путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода
Класс H01J47/02 ионизационные камеры