Устройство для выявления треков частиц в твердотельных трековых детекторах

 

Использование: регистрация заряженных частиц на фоне интенсивного γ - излучения или электронов. Сущность: снабжение одной из пластин для зажима в процессе травления твердотельного трекового детектора упругим элементом, степень прижатия которым пластины к детектору не превышает 30 кг/см², при этом упругий элемент может быть выполнен пористым или шероховатым или выполнен из эластичного материала, например, резины, в результате чего достигается повышение качества выявления треков. 3 з. п. ф-лы, 4 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для регистрации ионизирующих излучений, в частности для регистрации тяжелых заряженных частиц, на фоне интенсивного гамма-излучения или электронов. Известно устройство, которое представляет собой термостат с раствором щелочи, в котором расположена обойма с твердотельными трековыми детекторами. Температурный режим раствора поддерживается нагревателем, управляемым контактным термометром. Устройство позволяет выявлять в детекторе треки только таких заряженных частиц, у которых скорость травления в треке V_т больше скорости травления V_в материала детектора: V > V. Треки заряженных частиц, для которых V₁ ≅V_в, в детекторе не регистрируются. Величина отношения скоростей травления V_т/V_в определяет эффективность регистрации, т. е. отношение числа зарегистрированных частиц к числу частиц, попавших в детектор. Известно устройство, которое состоит из термостата, снабженного системой терморегуляции, заполненной травящим раствором. Детекторы закреплены на держателе, который приводится во вращение электродвигателем, другой электродвигатель посредством лопастей, закрепленных на его оси, осуществляет перемешивание травящего раствора. Недостатком этих устройств является то, что эффективность регистрации частиц не является максимально достижимой. Наиболее близким является устройство, которое содержит термостат с раствором щелочи, обойму для крепления детекторов, нагреватель, контактный термометр. Детектор расположен между двумя пластинами с шириной зазора между детектором и пластинами от 1 до 200 мкм, а в термостате установлен ультразвуковой излучатель, вследствие чего достигается увеличение эффективности регистрации детектора. Однако известное устройство имеет следующие недостатки: при помещении детектора между пластинами трудно выдержать заданный зазор между детектором и пластинами, а так как от ширины зазора зависит скорость травления, то это приводит к неравномерности травления детектора, что снижает качество выявления треков. Целью изобретения является повышение качества выявления треков. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для выявления треков частиц в твердотельных трековых детекторах, состоящем из термостата с травящим раствором и с расположенным в нем между двумя поверхностями твердотельным трековым детектором и ультразвуковым излучателем, подключенным к генератору ультразвука, согласно изобретению, одна из поверхностей снабжена упругим элементом, степень прижатия которым поверхности к твердотельному трековому детектору не превышает 30 кг/см². Кроме того, пластины выполняют шероховатыми или пористыми. Кроме того, одну или обе пластины выполняют из эластичного материала. В таблице представлены данные по разбросу диаметров треков α -частиц, свидетельствующие о необходимости всех указанных признаков. Из пунктов 2-5 таблицы видно, что качество выявления треков с помощью устройства лучше, чем у прототипа (пункт 1), так как разброс по диаметрам треков меньше. Степень прижатия пластины к твердотельному детектору должна быть меньше 30 кг/см², так как при превышении этого значения разброс по диаметрам треков становится как у прототипа (пункты 2, 4). Из пункта 2 и 3 видно, что качество выявления треков выше в случае шероховатых и пористых пластин. Из сравнения пунктов 3 и 4 видно, что наилучшее качество выявления треков будет в случае, если пластины выполнены из эластичного материала, например резины. На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - зависимость избыточного давления в капилляре от диаметра капилляра; на фиг. 3 - схема реализации устройства; на фиг. 4 - зависимость толщины стравленного слоя от величины прижатия поверхности пластин к детектору. Устройство состоит из термостата 1 с травящим раствором 2, пластин 3 с расположенным между ними твердотельным трековым детектором 4, ультразвукового излучателя 5, подключенного к генератору ультразвука 6, упругого элемента 7. Действие предлагаемого устройства основано на звукокапиллярном эффекте и состоит в том, что под воздействием ультразвукового поля скорости травления V_т и V_в, а также соотношение скоростей V_т/V_в в капилляре увеличивается. В данном случае роль капилляра выполняет зазор между пластинами и твердотельным трековым детектором (см. фиг. 1), который возникает при включении ультразвукового поля. При выключенном ультразвуковом поле пластина прижимается к твердотельному трековому детектору упругим элементом и зазор (капилляр) отсутствует. При включении ультразвукового поля травящий раствор проникает между пластинами и твердотельным трековым детектором и начинается процесс травления, в результате которого происходит выявление треков. Известно, что внутри капилляра в ультразвуковом поле возникает избыточное давление (фиг. 2), где 8 - теоретическая зависимость, 9 - экспериментальная. В результате травящий раствор отодвигает пластину от твердотельного трекового детектора и возникает зазор. Величина зазора зависит от усилия, прикладываемого к пластине упругим элементом, так как пластина отодвигается от твердотельного трекового детектора до тех пор, пока давление внутри капилляра не уравновесится силой, прикладываемой к пластине упругим элементом. Таким образом, размер зазора между пластиной и твердотельным трековым детектором регулируется автоматически. Если в каком-либо месте зазор меньше, чем в других местах, то в этом месте избыточное давление отодвигает пластину от твердотельного трекового детектора, и наоборот, если зазор больше, то упругий элемент придвинет пластину к твердотельному трековому детектору, пока не наступит равновесие. Таким образом, устраняются возможные перекосы и отклонения от заданной величины зазора, что соответственно приводит к значительно более равномерному травлению твердотельного трекового детектора и более качественному выявлению треков. Устройство было реализовано по приведенной схеме (фиг. 3). Для создания ультразвукового поля использована установка УЗГ-3-0,4, позволяющая создать мощность ультразвукового поля W = 200 Вт при частоте поля f = 20 кГц. Между пластинами помещен детектор из нитрата целлюлозы kodak LR-115, предварительно облучаемый альфа-частицами с энергией 3,5 МэВ. Детектор имеет толщину 114 мкм. Детектор зажимался между пластинами, выполненными в виде зажима (фиг. 3). Устройство на фиг. 3 содержит детектор 10, корпус 11, шток 12, кассету 13, пружину 14, раствор 15 NaOH 20% , термостат 16, излучатель 17 ультразвука, генератор 18 ультразвука. Зажим изготовлялся из фторопласта. Под шток подкладывались прокладки из различных материалов. Лучшее качество выявления треков было достигнуто с прокладкой из вакуумной резины с пористой поверхностью. Экспериментально установлено, что скорость выявления треков зависит от величины силы, с которой упругий элемент прижимает пластины к твердотельному трековому детектору, от материала пластин и их шероховатости и пористости. Зависимости приведены на фиг. 4 (кривая 19 - поверхность пластины выполнена из фторопласта, кривая 20 - из вакуумной резины). П р и м е р 1. Между пластинами устройства, выполненными из фторопласта, оставляется твердотельный трековый детектор kodak LR-115 и пластины прижимаются упругим элементом-пружиной так, что давление на твердотельный трековый детектор равно 8 кг/см². Температура травящего раствора 20% NaOH) равна 50^оС. Включаются ультразвуковой излучатель и генератор и производится травление в течение 6 мин. Затем твердотельный трековый детектор вынимают и промывают. Выявленные треки присутствуют почти на всей поверхности детектора. По сравнению с известным данное устройство позволяет выявлять треки частиц в твердотельных трековых детекторах с более высоким качеством: 1) по всей поверхности детектора, 2) с меньшими отклонениями размеров треков от средних значений, 3) меньшее число перетравленных и недотравленных участков детектора, 4) позволяет регулировать скорость выявления треков путем изменения давления пластин на твердотельный трековый детектор. (56) Мареный А. М. Диэлектрические трековые детекторы в радиационно-физическом и радиационно-биологическом эксперименте, М. : Энергоатомздат, 1987, с. 73. M. M. Monninog. Visualisation of latent danage treils. Nuclear Instruments and Methods. v. 173; 1980, p. 1-14. Авторское свидетельство СССР N 1570518, кл. G 01 T 5/10, 1988.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ТРЕКОВ ЧАСТИЦ В ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРЕКОВЫХ ДЕТЕКТОРАХ, состоящее из термостата с травящим раствором, двух пластин и ультразвукового излучателя, подключенного к генератору ультразвука, отличающееся тем, что, с целью повышения качества выявления треков, одна из пластин снабжена упругим элементом, степень прижатия которым пластины к твердотельному трековому детектору не превышает 30 кг/см². 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластины выполнены шероховатыми или пористыми. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что одна или обе пластины выполнены из эластичного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5