j联赛川崎前锋城市:β放射性電離規靈敏度衰減特性分析

真空規管 陳聯 蘭州物理研究所

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  介紹了一種采用3H 作為放射源的β 放射性電離規靈敏度衰減特性分析工作,通過對放射性電離規靈敏度衰減特性的理論分析和實際測量,得到放射性電離規長時間貯存和使用后會導致測量靈敏度顯著下降、線性壓力測量范圍降低的結論。因此,放射性電離規經過一段時間使用或貯存后必須進行校準。

  β 放射性電離規(以下簡稱β 規)是采用β 放射線產生的電子對被測環境內氣體分子進行電離,通過測量離子流實現壓力測量的真空規。該規沒有熱燈絲和任何加熱源, 所采用的放射源具有能量低、易屏蔽等特點,適用于危險環境的氣體壓力檢測,在火箭共底氫、氧環境的壓力測量中得到應用。在20 多年火箭的歷次發射中,為火箭共底工作狀態提供可靠的壓力數據,確保安全發射。

  放射源半衰期直接決定了放射性電離規的使用壽命。隨著放射性電離規使用和存放時間的增長,放射源產生的電子密度越來越小,從而導致電離規靈敏度逐漸下降。當規的靈敏度下降到小于設計數值時,規的壽命結束而停止使用。此外,在放射性電離規使用過程中,因規電極及其引線氧化,改變了內部的電場分部,也會導致放射性電離規靈敏度下降。本文通過理論分析和試驗測量對β 放射性電離規的靈敏度衰減特性進行了分析,提供規正確使用和存放的技術途徑。

1、放射性電離規結構及工作原理

  β 規結構見圖1,包括:陽極、放射源、離子收集極和殼體等。陽極為筒形結構,陽極加直流電壓。放射源選用3H 源,被焊接在陽極筒內壁上,和陽極同電位。陽極筒中心為離子收集極,處于“虛地”電位。3H 作為放射源,發射的β 線為電子線,最大電子能量為18 keV,半衰期為12.5 a。β 線的穿透性很低,屬于V 級放射源,產生放射性同位素強度較弱,對人體為安全劑量,因而得到廣泛的應用。

  β 規工作時,3H 放射源產生的β 粒子對被測環境內氣體分子進行電離,在陽極上施加的直流電壓使得收集極和陽極間形成一個電場空間,離子在電場作用下被收集極收集而形成一定強度的離子流電信號。信號被測量電路的放大器放大,并經過一定的數據處理后轉變為電壓信號,最終送到顯示單元。在一定壓力范圍內,電壓變化的信號值和壓力變化成線性,從而實現壓力測量。

β 規結構示意圖

1.陽極 2.放射源 3.離子收集極 4.陽極電源 5.顯示單元 6.離子流測量放大器

圖1 β 規結構示意圖

2、放射性電離規靈敏度衰減理論分析

4、結論

  試驗結果表明,經過6 年的貯存和使用,被測β 規的靈敏度系數衰減值在29%~48%范圍。其中,在(10~500) Pa 壓力測量范圍內,衰減系數為30%,在0.5 Pa 時衰減系數達到48%。利用公式(7)理論計算獲得,經過6 年貯存和使用,β規的靈敏度理論衰減系數應為28%,和實際測量值比較接近。因此,可以認為,β 規靈敏度衰減主要來自是放射源強度衰減,其規律符合衰變定律。但總體來說,在壓力測量范圍內,靈敏度衰減系數要比理論計算值略大,這說明引起β 規靈敏度下降的因素除了放射源外,還與規的結構有關。隨著β 規貯存和使用時間的增長,β 規靈敏度有下降的趨勢,線性壓力測量范圍變小。因此,每過一段時間需要對β 規進行校準,長時間貯存和使用后,β 規壓力測量性能明顯下降,無法正常使用。

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