β放射性电离规灵敏度衰减特性分析

真空规管 陈联 兰州物理研究所

  介绍了一种采用3H 作为放射源的β 放射性电离规灵敏度衰减特性分析工作,通过对放射性电离规灵敏度衰减特性的理论分析和实际测量,得到放射性电离规长时间贮存和使用后会导致测量灵敏度显著下降、线性压力测量范围降低的结论。因此,放射性电离规经过一段时间使用或贮存后必须进行校准。

  β 放射性电离规(以下简称β 规)是采用β 放射线产生的电子对被测环境内气体分子进行电离,通过测量离子流实现压力测量的真空规。该规没有热灯丝和任何加热源, 所采用的放射源具有能量低、易屏蔽等特点,适用于危险环境的气体压力检测,在火箭共底氢、氧环境的压力测量中得到应用。在20 多年火箭的历次发射中,为火箭共底工作状态提供可靠的压力数据,确保安全发射。

  放射源半衰期直接决定了放射性电离规的使用寿命。随着放射性电离规使用和存放时间的增长,放射源产生的电子密度越来越小,从而导致电离规灵敏度逐渐下降。当规的灵敏度下降到小于设计数值时,规的寿命结束而停止使用。此外,在放射性电离规使用过程中,因规电极及其引线氧化,改变了内部的电场分部,也会导致放射性电离规灵敏度下降。本文通过理论分析和试验测量对β 放射性电离规的灵敏度衰减特性进行了分析,提供规正确使用和存放的技术途径。

1、放射性电离规结构及工作原理

秒速飞艇官网  β 规结构见图1,包括:阳极、放射源、离子收集极和壳体等。阳极为筒形结构,阳极加直流电压。放射源选用3H 源,被焊接在阳极筒内壁上,和阳极同电位。阳极筒中心为离子收集极,处于“虚地”电位。3H 作为放射源,发射的β 线为电子线,最大电子能量为18 keV,半衰期为12.5 a。β 线的穿透性很低,属于V 级放射源,产生放射性同位素强度较弱,对人体为安全剂量,因而得到广泛的应用。

  β 规工作时,3H 放射源产生的β 粒子对被测环境内气体分子进行电离,在阳极上施加的直流电压使得收集极和阳极间形成一个电场空间,离子在电场作用下被收集极收集而形成一定强度的离子流电信号。信号被测量电路的放大器放大,并经过一定的数据处理后转变为电压信号,最终送到显示单元。在一定压力范围内,电压变化的信号值和压力变化成线性,从而实现压力测量。

β 规结构示意图

1。阳极 2。放射源 3。离子收集极 4。阳极电源 5。显示单元 6。离子流测量放大器

图1 β 规结构示意图

2、放射性电离规灵敏度衰减理论分析

4、结论

  试验结果表明,经过6 年的贮存和使用,被测β 规的灵敏度系数衰减值在29%~48%范围。其中,在(10~500) Pa 压力测量范围内,衰减系数为30%,在0.5 Pa 时衰减系数达到48%。利用公式(7)理论计算获得,经过6 年贮存和使用,β规的灵敏度理论衰减系数应为28%,和实际测量值比较接近。因此,可以认为,β 规灵敏度衰减主要来自是放射源强度衰减,其规律符合衰变定律。但总体来说,在压力测量范围内,灵敏度衰减系数要比理论计算值略大,这说明引起β 规灵敏度下降的因素除了放射源外,还与规的结构有关。随着β 规贮存和使用时间的增长,β 规灵敏度有下降的趋势,线性压力测量范围变小。因此,每过一段时间需要对β 规进行校准,长时间贮存和使用后,β 规压力测量性能明显下降,无法正常使用。

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