Газовая смесь для электронных детекторов излучения

 

ГАЗОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащая благородные газы и стабилизирующие добавки, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения плотности мощности лазерного излучения при настройке и калибровке детекторов Н2-лазером, смесь дополнительно содержит насьщенные пары о -нафтиламина в количестве от 1, 2 « . %. (Л К

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 5 > G 01 Т 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР .

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3642840/24-25 (22) 21.06.83 (46) 15.05.85. Вюл. Ф 18 (72) Е.М.Гущин, А.Н.Лебедев и С.В.Сомов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (53) 539.1.074(088.8) (56) 1.Hilke Н.J.On the formation and

application of laser nduced ionization tracks. in gases. — Nucl, Instrum.and 1eth., 1980, ч. 174, р. 145.

2. Заневский Ю.В. Проволочные детекторы. М., Атомиздат, 1978, с . 22-23, 51-58, 80-81.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3546957/18-25, кл. G 01 Т 5/00, 1983 (прототип).

„„SV „„ ä (54) (57) ГАЗОВАЯ CNECb ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащая благородные газы и стабилизирующие добавки, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения плотности мощности лазерного излучения при настройке и калибровке детекторов

11 -лазером, смесь дополнительно содержит насыщенные пары -нафтиламина в количестве от 1,2 ° 10 до 2

«10 об. X.

11559

Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики и наиболее эффективно может: быть использовано в экспериментах с участием газонаполненных электронных детекторов излучений (иониэационных, пропорциональных, дрейфовых) н стримерных камер.

Неотъемлемой частью любого физического эксперимента с участием де- 10 текторов излучений являются их предварительные стендовые испытания " отладка, калибровка, исследование пространственных и энергетических характеристик, а также периодический 15 контроль работы детекторов непосредственно во время эксперимента.

Известно проведение прецизионной настройки и калибровки детекторов путем имитации в их объеме тре- щ ков заряженных частиц излучением ла- зера (1) ° С этой целью используются .лазеры на молекулярном азоте (N - лазер), генерирующие на длине волны . h=337 нм (энергия кванта h4 3,68 эВ)<5

Лазерная настройка и калибровка детекторов излучений основана на двухфотонной ионизация лазерным излучением компонентов рабочей газовой

+ смеси. В результате реакции М+И- М + Зп

+И М+ е вдоль лазерного луча образуется цепочка положительных ионов и электронов, имитирующая трек заряженной частицы. Линейная плотность электронов двухфотонной . ионизации дается соотношением л,.n, ь,а,".(т-",(I- «! (-т!4) 5 где и — концентрация молекул ионизуемого компонента; — интенсивность лазерного излучения; бе — сечение реакции М+И- М ;

% ° сечение реакции М+И- М»;

" время возбужденной молекулыj

Т - длительность лазерного импульса;

5 — площадь сечения лазерного луча.

Так как обычно ъ 10 с, а для и -9

М -лазера Т =10" — 10 о, то и =п,Г та, 2 где Й =-дед„ Т вЂ” сечение двухфотонной

1 иониэации.

71

Для эффективной настройки и калибровки детектора необходимо, чтобы йа 5 102 1/см, а б с 1х1 мм .

Известны газовые смеси, используемые в электронных детекторах.излучений и содержащие чистые благородные газы — гелий, неон, аргон, криптон, каенон — или их смеси, куда вводят стабилизирующие добавки, в качестве которых используют изобутан, углекислый газ, этан, метан, метилаль, этиловый спирт, фреон (2) .

Так как потенциал ионизации этих компонентов 1 т(2-3)И, они обладают малой вероятностью двухфотонной ионизации и не могут быть применены при лазерной калибровке.

Для повышения вероятности лазерной двухфотонной иониэации,:. которая характеризуется величиной г! Е . и уменьшения мощности лазерного излучения, в такие смеси добавляют небольшие количества сложных органических соединений, молекулы которых имеют потенциал ионизации 1; i2h+.

-=7,36 эВ. Однако, поскольку для разных молекул сечение двухфотонной ионизации колеблется от Х10 см . с до Е4 10 см с, не любая газовая

9Ъ смесь, содержащая компонент с потенциалом ионизации 1 ъ7,36 эВ, имеет большую вероятность двухфотонной ионизации и может быть использована для эффективной настройки и калибровки детектора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является газовая смесь (3), имеющая высокую вероятность.двухфотонной лазерной ионизации содержащая благородные газы и стабилизирующие добавки при следующем соотношении компонентов, об.X:

Благородный газ

Гелий 50

Неон Остальное

Стабилизирующая добавка

Изобутан О,1

Р -Нафтиламин

В этой смеси высокая вероятность лазерной двухфотонной ионизации обусловлена наличием -нафталамина.

Но для обеспечения эффективной лазерной калибровки (nq> 102 1/см,61х1 мч ) необходима плотность мощности 4 >

:4 3. 10 Вт/см2 (см. чертеж, где представлена зависимость плотносИзвестно, что введение в благородный гаэ многоатомных молекул в кон центрации 0 01 об. 7 не меняет его

3 1155971 4

-ти электронов двухфотонной ионизации электронных характеристик. Поскольку от плотности мощности излучения концентрация М -нафтиламина не. превыN -лазера (Г=8 нс). Излучение такой шает 10 об.X рабочие характеристимощности вызывает нежелательный ки исходной газовой смеси любого электронный фон вследствие прямой конкретного состава остаются при его фотоионизации.элементов конструкции введении неизменными, а повышается детектора — электродов, стенок, вход- лишь вероятность лазерной фотоионизаных окон и т.п. Кроме того,/3 -нафти- ции. Таким образом,с -нафтиламин ламин является сильным канцерогеном, не нарушает нормальной работы детекчто требует обеспечения безопасности fg тоРа, но существенно увеличивает эфобслуживающего персонала. фективность стендовых испытаний.

Цель изобретения — уменьшение плотности мощности лазерного излуче- таблиЦе представлены составы ния при настройке и калибровке дегазовой смеси. текторов 41 -лазером. Смеси 1 — 3 соответствуют нормальПоставленная цель достигается тем, ной Рабочей температуре детектора

О что исходная газовая смесь, содержа- T=20 G Смеси 4 и 5 содержат возможщая благородные газы и стабилизи- ные граничные концентрации р -нафтилрующие добавки дополнительно содержит мина, ДлЯ чего ампулу сЖ "нафтиламиЭ 1 насыщенные пары о -нафтиламина в.коли- О ном поддерживали соответственно при

2 il0 5 2"10 4O6 X) Т=10 и Т=30 С, которые выбраны в као

Достигаемый положительный эффект .честве преДельных значений. обусловлен высокой вероятностью ла- Для получения смеси ампулу, содерзерной двухфотонной иониэации смеси жащую сс -нафтиламин, подключают к газоблагодаря наличию в ней о(,-нафтилами- 2 вой магистРали, соединяющей баллон на. Так как g -нафтиламин представля- с исходной смесью и детектор (стриет собой твердое органическое вещест- мерная камера)- При пропускании исходво (Т„„ 6 =50О С, Т„„ =301 С), его ной схесН чадре ампулу исходная смесь о концентрация в смеси соответствует обогащается насыщенными парами Ж-наф" давлению насыщенных паров и может ™IaMHHa ° так что в детектор попадает быть вычислена из соотношения предлагаемая смесь.

С=13, 289 — — - -, 5149. 6

273+Т Зависимость плотности электронов где С вЂ” концентрация g -нафтиламина, двухфотонной ионизации молекул а6 -нафо6. Е тиламина от плотностй мощности излуТ вЂ” температура.

5 чения 11 -лазера представлена на чердавление насыщенного пара являет- теже, гДе ЦифРами обозначены кРивые, ся физической константой и не может полученные для соответствующих смесей. быть изменено произвольным образом, Как виДно из график в, веРоЯтность

О концентрация и -нафт амина в смеси двухфотонной ионизации в смеси, содер" практически имеет фиксированное

40 значение, соответствующее нормальной 10 CM ct при ОДНРаковой плотности рабочеи температуре детектора ука мо нос азе ного из че я в 3занные выше предельные концентрации 50 Раз больше, чем в смеси, содержа-нафтиламина соответствуют предел — Щей / -нафтиламин (IIPGTOTBII), HPH -оДи" ь- 4 н значениям рабОчей температуры накОВОй плО нОсти электронов требуе детекторов (10-30аС) при их- эксплуа- маЯ длЯ лазеРной калибровки и настРойтации.. Так как эксплуатация детекто- ки плОтности лазеРНОГО излУчениЯ роВ излучений производится в закры» в преДлагаемой смеси окаэываетсЯ

I тых помещениях с искусственным клима-,,в 1,7-". Раэ меньше, чем в смеси-прото50

И том . — экспериментальные залы ускори- типе. В предлагаемои смеси для полутелей, научные лаборатории и т.п, - чениЯ пе =10 1/см пРи 51х1 мм запредельные значения Рабочей темпе- требуется всего (4-16) 10 Вт/см ратуры детектора могут бъь при- что составлЯет от 1 До 4Ж максиняты 10 и ЗО.С. мальной мощности серийного отечественного Н -лазера ЛГИ-21 (4 кВт) .

Так как концентрация са-нафтиламина мала, другие характеристики предлагаемой смеси — коэффициент rasoaold

1155971

4 (5

Компоненты

Благородный ras

Гелий

50

Осталь-. Осталь- ОстальНеон

Осталь- Остальное ное ное ное ное

Стабилизирующая добавка

Изобутан

0,25 0,25

0,25 0,25

1,2 10 2 10, 5,2 10 5,2 10 5,2 10

t4 -Нафтиламин

Составитель A.Øàõáàçoâ

Редактор К,Волощук Техред А.Кикемезей Корректор М.Самборская

Заказ 3135/41 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 усиления, скорость дрейфа, коэффициент диффузии электронов, не отличаются от характеристик исходной смеси. Кроме того, ос -иафтиламин в отличие от Р -нафтиламина не обладает канцерогенными свойствами.

Состав смеси, об.X

)г з