Фольговый зарядовый спектрограф



Фольговый зарядовый спектрограф
Фольговый зарядовый спектрограф

 


Владельцы патента RU 2581728:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU)

Изобретение относится к области дозиметрии и спектрометрии импульсных ионизирующих излучений ускорителей, в частности импульсного электронного и тормозного излучений. Фольговый зарядовый спектрограф содержит пакет из N металлических фольг, общая толщина которых подбирается из условия равенства экстраполированному пробегу электронов d максимальной энергии электронов Ε<511 кэВ, при этом фольги расположены параллельно друг другу в вакуумной камере при значении давления Ρ=10-6÷10-7 Па, каждая фольга подсоединена к отдельной емкости, накапливающей поглощенный данной фольгой заряд, имеющей отдельный разъем для снятия зарядовых характеристик, и полностью покрыта диэлектрической пленкой толщиной не более 2 мкм. Технический результат - упрощение способа измерения распределения электронов по энергиям, повышение точности измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области дозиметрии и спектрометрии импульсных ионизирующих излучений ускорителей, в частности импульсного электронного и тормозного излучений. Изобретение может быть использовано для определения спектрально-энергетических характеристик электронного излучения сильноточных импульсных ускорителей.

Известно устройство (патент РФ 2281532) для комплексного измерения спектрально-энергетических характеристик импульсного электронного и тормозного излучения ускорителя, содержащее магнитоиндукционный преобразователь тока пучка электронов, мишень-конвертер для преобразования электронного излучения в тормозное излучение, преобразователь мощности экспозиционной дозы тормозного излучения, при этом мишень выполнена в виде двух слоев, устройство дополнительно содержит цилиндрический корпус, в котором расположен магнитоиндукционный преобразователь тока пучка электронов, снабженный экраном с входным и выходным окнами для защиты пучка электронов от внешних электрических полей, входное окно экрана перекрыто первым слоем мишени, выполненным из легкоатомного металла, а его выходное окно перекрыто теплоизолированным от упомянутого экрана вторым слоем мишени, выполненным из тяжелоатомного металла со встроенным преобразователем поглощенной энергии терморезисторного или термопарного типа, причем слои мишени и экран электрически соединены между собой, при этом магнитоиндукционный преобразователь тока, преобразователь поглощенной энергии в мишени и преобразователь мощности экспозиционной дозы соединены посредством линий связи с соответствующими регистраторами и электронно-вычислительной машиной, положение первого слоя мишени, являющегося анодом, образует ускоряющий промежуток ускорителя, а преобразователь мощности экспозиционной дозы располагается в формируемой ускорителем изодозовой плоскости облучения образца в поле тормозного излучения.

Недостатком данного устройства является сложность и косвенный характер измерений.

Известен способ (патент РФ №884818), в котором измеряют распределение поглощенной дозы гамма-излучения у поверхности раздела двух сред с различными атомными номерами, а после математической обработки дозиметрической кривой определяют спектр вторичных электронов, который приравнивают к осредненному спектру гамма-излучения, при этом измеряют по крайней мере две дозиметрические кривые у границы раздела двух поглотителей, одним из которых являются металлические фольги с разными толщинами и атомными номерами, причем толщину первой из них выбирают равной экстраполированному пробегу электронов в фольге Rэ (Е, Zф) со средней энергией Е из всего спектра вторичных электронов, а последующих - в пределах (0-0,5) Rэ (Е, Zфi), где Zфi = (2-20) Zn - атомный номер i-той фольги и Zn - атомный номер поглотителя. Недостатком данного способа является косвенный характер измерений, кроме того, при поглощении часть заряженных частиц испытывает обратное отражение и переизлучение с поверхности фольг, что значительно снижает точность измерений.

Технической задачей настоящего изобретения является упрощение способа измерения распределения электронов по энергиям, повышение точности за счет реализации прямых измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен фольговый зарядовый спектрограф, содержащий пакет из N металлических фольг, общая толщина которых подбирается из условия равенства экстраполированному пробегу электронов d максимальной энергии электронов Е<511 кэВ, при этом фольги расположены параллельно друг другу в вакуумной камере при значении давления Р = 10-6÷10-7 Па, каждая фольга подсоединена к отдельной емкости, накапливающей поглощенный данной фольгой заряд, имеющей отдельный разъем для снятия зарядовых характеристик, и полностью покрыта диэлектрической пленкой толщиной не более 2 мкм.

Спектрограф работает следующим образом. После генерации пучок заряженных частиц (электронов) проходит последовательно через каждую фольгу из пакета (набора N фольг) и заряжает весь набор конденсаторов, соединенных последовательно с каждой из фольг. При этом на первой фольге остаются электроны с минимальной энергией, на второй фольге с большей энергией и, наконец, на N-той фольге электроны с максимальной энергией. Общая толщина N фольг выбирается из условия полного поглощения заряженных частиц (электронов) с максимальной энергией. Для того чтобы не происходило переотражение электронов и не вносило искажение в их распределение по энергиям, каждую фольгу покрывают слоем диэлектрика (полимера) такой толщины, чтобы работа выхода для поглощенных электронов была значительно больше, чем средняя энергия случайных, переотраженных электронов. Последовательно, с помощью переключателя с необходимым интервалом времени примерно 10-15 сек, каждый из конденсаторов подсоединяется к баллистическому гальванометру, который определяет заряд каждого конденсатора по углу отклонения стрелки предварительно откалиброванного по эталонному источнику гальванометра.

Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что в процессе прохождения электронов через набор металлических фольг, покрытых диэлектрическим слоем (например, слоем нитроцеллюлозы толщиной до 2 мкм), быстрые электроны основного спектра проходят через диэлектрический слой практически без потерь и поглощаются только на фольге определенного номера, а низкоэнергетические вторичные электроны, энергия которых меньше работы выхода из диэлектрика, не переизлучаются, оставаясь в данной фольге, и не влияют на точность измерений. Так как каждая фольга соединена с конденсатором постоянной ёмкости, то ее потенциал чрезвычайно мал и относительная погрешность измерения находится в пределах 1-2 %. В то время как аналогичные фольговые спектрографы, не покрытые слоем диэлектрика, дают относительную погрешность измерения в пределах 20-30%. Таким образом, с заданной степени точности (варьированием толщины и количества фольг) получается распределение электронов по глубине образца. Из данного распределения, например, в области низких энергий до 511 кэВ по известным зависимостям ионизационных потерь электронов от глубины проникновения в материал можно получать распределение электронов по энергиям.

Пример 1. Изготовлен спектрограф, содержащий пакет из 15 алюминиевых фольг толщиной 1 мкм, расположенных параллельно друг другу в вакуумной камере на расстоянии 1 мм друг от друга, при значении давления Р=10-6÷10-7 Па в вакуумной камере и энергетическом спектре электронов, излучаемых генератором импульсных напряжений ГИН -400 в интервале Е=10÷300 кэВ, плотность потока электронов Ф=1·1014 эл/см2, при этом каждая фольга была подсоединена к отдельному конденсатору постоянной ёмкости 10 МКФ, имеющему отдельный разъем для соединения с баллистическим гальванометром M1510A с пределом измерений 100 мкА, при этом каждая фольга была покрыта слоем нитроцеллюлозы толщиной 1 мкм методом окунания в раствор нитролака. На фиг. 1 изображен акустический отклик давления σ(Па) 1, возбуждаемый в данном образце при облучении образца алюминия потоком электронов заданной плотности Ф=1·1014 эл/см2. Видно, что при этом глубина d экстраполированного пробега электронов в алюминии не превышает 15 мкм. На фиг. 2 изображена полученная экспериментальная зависимость 1 между 15 значениями заряда Q(Кл·10-7), приходящегося на каждую из 15 алюминиевых фольг при данной плотности потока электронов. Ф=1·1014 эл/см2.

Пример 2. Изготовлен спектрограф, содержащий пакет из 15 алюминиевых фольг толщиной 1 мкм, расположенных параллельно друг другу в вакуумной камере на расстоянии 1 мм друг от друга, при значении давления Р=10-6÷10-7 Па в вакуумной камере и энергетическом спектре электронов, излучаемых генератором импульсных напряжений ГИН -400 в интервале Е=10÷300 кэВ, плотность потока электронов Ф=0,77·1014 эл/см2 , при этом каждая фольга была подсоединена к отдельному конденсатору постоянной ёмкости 10 МКФ, имеющему отдельный разъем для соединения с баллистическим гальванометром M1510A с пределом измерений 100 мкА, при этом каждая фольга была покрыта слоем нитроцеллюлозы толщиной 1,5 мкм методом окунания в раствор нитролака. На фиг. 1 изображен акустический отклик σ(Па) 2, возбуждаемый в данном образце при облучении образца алюминия потоком электронов заданной плотности Ф=0,77·1014 эл/см2. При этом также глубина d экстраполированного пробега электронов в алюминии не превышает 15 мкм. На фиг. 2 изображена полученная экспериментальная зависимость 2 между 15 значениями заряда Q(Кл·10-7), приходящегося на каждую из 15 алюминиевых фольг при данной плотности потока электронов Ф=0,77·1014 эл/см2.

Пример 3. Изготовлен спектрограф, содержащий пакет из 15 алюминиевых фольг толщиной 1 мкм, расположенных параллельно друг другу в вакуумной камере на расстоянии 1 мм друг от друга, при значении давления Р=10-6÷10-7 Па в вакуумной камере и энергетическом спектре электронов, излучаемых генератором импульсных напряжений ГИН -400 в интервале Е=10÷300 кэВ, плотность потока электронов Ф=0,5·1014 эл/см2, при этом каждая фольга была подсоединена к отдельному конденсатору постоянной ёмкости 10 МКФ, имеющему отдельный разъем для соединения с баллистическим гальванометром M1510A с пределом измерений 100 мкА, каждая фольга была покрыта слоем нитроцеллюлозы толщиной 2 мкм методом окунания в раствор нитролака. На фиг. 1 изображен акустический отклик σ(Па) 3, возбуждаемый в данном образце при облучении образца алюминия потоком электронов заданной плотности Ф=0,5·1014 эл/см2. Глубина d экстраполированного пробега электронов в алюминии не превышает 15 мкм. На фиг. 2 изображена полученная экспериментальная зависимость 3 между 15 значениями заряда Q(Кл·10-7), приходящегося на каждую из 15 алюминиевых фольг (толщиной d) при данной плотности потока электронов Ф=0,5·1014 эл/см2.

Фольговый зарядовый спектрограф, содержащий пакет из N металлических фольг, общая толщина которых подбирается из условия равенства экстраполированному пробегу электронов d максимальной энергии электронов Ε<511 кэВ, при этом фольги расположены параллельно друг другу в вакуумной камере при значении давления P=10-6÷10-7 Па, каждая фольга подсоединена к отдельной емкости, накапливающей поглощенный данной фольгой заряд, имеющей отдельный разъем для снятия зарядовых характеристик, и полностью покрыта диэлектрической пленкой толщиной не более 2 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике для диагностики импульсных источников релятивистских электронных потоков в сильном магнитном поле путем измерения поперечных скоростей релятивистских электронов.

Изобретение относится к технике измерения ионизирующих излучений и предназначено для определения радионуклидного состава и активности упакованных в контейнеры РАО.

Изобретение относится к спектрометрам для обнаружения радионуклидов ксенона. Спектрометр для определения объемной активности радионуклидов ксенона, в котором измеряемая проба представляет собой смесь газов, содержит детектирующую часть, которая выполнена с возможностью детектирования бета-излучения и гамма-излучения и которая содержит измерительную камеру, блок детектирования бета-излучения и блок детектирования гамма-излучения, при этом блок детектирования бета-излучения содержит по меньшей мере два детектора бета-излучения, а блок детектирования гамма-излучения содержит по меньшей мере один детектор гамма-излучения.

Изобретение относится к детекторному узлу для сбора данных сканирования в системе интроскопии. Детекторный узел для сбора данных сканирования в системе интроскопии содержит источник ионизирующего излучения, имеющий корпус детекторного узла, в котором размещены чувствительные элементы, выполненные с возможностью приема ионизирующего излучения и его преобразования в электрический сигнал, связанные с платами аналогово-цифровых преобразователей, при этом корпус детекторного узла выполнен в форме дуги окружности с центром в точке генерации излучения источника ионизирующего излучения, причем чувствительные элементы расположены на одинаковом расстоянии от точки генерации излучения источника ионизирующего излучения и ориентированы перпендикулярно лучам, исходящим из источника ионизирующего излучения.

Изобретение относится к системе интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса, содержащей линейный ускоритель электронов, генерирующий импульсы с чередованием низкой и высокой энергии с минимальным интервалом t между двумя соседними импульсами, и детекторный узел для сбора данных сканирования, включающий в себя детекторные модули, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля.

Изобретение относится к проблеме радиационного анализа материалов, конкретно к способам численной оценки плотности и эффективного атомного номера твердых и жидких многокомпонентных материалов.

Изобретение относится к области медицинских исследований с использованием рентгеновского излучения. Способ изготовления матрицы фоточувствительных элементов плоскопанельного детектора рентгеновского изображения, где каждый фоточувствительный элемент, включающий фотоприемную часть и подложку, размещают на общей подложке с обеспечением плоскостности фоточувствительной поверхности матрицы и фиксируют посредством клея, предварительно нанесенного на указанную подложку, при этом перед размещением фоточувствительных элементов на общей подложке в ней выполняют технологические отверстия, упорядоченно расположенные, по меньшей мере, на части площади общей подложки, соответствующей площади подложки каждого фоточувствительного элемента; устанавливают подложку на эталонной плоскости, имеющей средства прижима и обеспечивающей компенсацию неплоскостности общей подложки путем создания усилия прижима, при этом, по крайней мере, часть средств прижима выполнена в виде упорядоченной совокупности выступов, соотнесенных с упомянутыми технологическими отверстиями, и выполненных с возможностью приложения через них в осевом направлении силы прижима; размещают выступы в указанных технологических отверстиях, причем высота указанных выступов выполнена с возможностью обеспечения плоскостности фоточувствительной поверхности матрицы; затем на них устанавливают и временно фиксируют фоточувствительные элементы, опускают плоскость с установленными на указанных выступах фоточувствительными элементами до их контакта с клеем и выдерживают до полного отверждения клея.

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической онкологии и радионуклидной диагностике, и может использоваться при биопсии сигнальных лимфоузлов (СЛУ) у больных раком молочной железы.

Изобретение относится к системам радиационного контроля. Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля доз радиации, получаемых на разных предприятиях.

Изобретение относится к области метрологического обеспечения измерений доз гамма-излучения с помощью дозиметров, в которых используются газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера.

Изобретение относится к области протонной радиографии, в частности к способам формирования и регистрации протонных изображений с помощью магнитной оптики. Способ регистрации протонных изображений, сформированных с помощью магнитооптической системы, включает формирование протонного пучка, который пропускают через объект исследования, и получение цифровых изображений протонного пучка до пропускания его через объект исследования с помощью первой системы регистрации и после пропускания пучка через объект исследования с помощью второй системы регистрации, конвертор которой размещают в плоскости фокусировки магнитооптической системы, настроенной на энергию протонного пучка до прохождения им объекта исследования и обеспечивающей фокусировку протонов из плоскости объекта в плоскость изображения, последующее получение теневого изображения объекта исследования путем приведения полученных изображений пучка к одному ракурсу и попиксельного деления одного изображения на другое, при этом во второй системе регистрации перед конвертором устанавливают, по крайней мере, еще один конвертор с соответствующей регистрирующей аппаратурой и получают, по крайней мере, еще одно цифровое изображение протонного пучка, которое учитывают при получении теневого изображения объекта исследования путем приведения его с изображением пучка, полученного с помощью первой системы регистрации, к одному ракурсу и попиксельного деления одного изображения на другое, при этом расстояние L между конверторами выбирают, исходя из параметров объекта исследования и магнитооптической системы, из следующего соотношения: , где: m22 - соответствующий элемент матрицы перехода М магнитооптической системы, ∂m12/∂p - частная производная по импульсу протона соответствующих элементов матрицы перехода М, Δр - разница по средней величине импульса между протонами, которые прошли через области объекта исследования с различной оптической толщиной. Технический результат - повышение точности изображения объекта исследования. 3 ил.
Наверх