β放射性電離規(guī)靈敏度衰減特性分析
介紹了一種采用3H 作為放射源的β 放射性電離規(guī)靈敏度衰減特性分析工作，通過對放射性電離規(guī)靈敏度衰減特性的理論分析和實(shí)際測量，得到放射性電離規(guī)長時間貯存和使用后會導(dǎo)致測量靈敏度顯著下降、線性壓力測量范圍降低的結(jié)論。因此，放射性電離規(guī)經(jīng)過一段時間使用或貯存后必須進(jìn)行校準(zhǔn)。
β 放射性電離規(guī)（以下簡稱β 規(guī)）是采用β 放射線產(chǎn)生的電子對被測環(huán)境內(nèi)氣體分子進(jìn)行電離，通過測量離子流實(shí)現(xiàn)壓力測量的真空規(guī)。該規(guī)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(diǎn)，適用于危險環(huán)境的氣體壓力檢測，在火箭共底氫、氧環(huán)境的壓力測量中得到應(yīng)用。在20 多年火箭的歷次發(fā)射中，為火箭共底工作狀態(tài)提供可靠的壓力數(shù)據(jù)，確保安全發(fā)射。
放射源半衰期直接決定了放射性電離規(guī)的使用壽命。隨著放射性電離規(guī)使用和存放時間的增長，放射源產(chǎn)生的電子密度越來越小，從而導(dǎo)致電離規(guī)靈敏度逐漸下降。當(dāng)規(guī)的靈敏度下降到小于設(shè)計數(shù)值時，規(guī)的壽命結(jié)束而停止使用。此外，在放射性電離規(guī)使用過程中，因規(guī)電極及其引線氧化，改變了內(nèi)部的電場分部，也會導(dǎo)致放射性電離規(guī)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(guī)的靈敏度衰減特性進(jìn)行了分析，提供規(guī)正確使用和存放的技術(shù)途徑。
1、放射性電離規(guī)結(jié)構(gòu)及工作原理
β 規(guī)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，陽極加直流電壓。放射源選用3H 源，被焊接在陽極筒內(nèi)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(fā)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(chǎn)生放射性同位素強(qiáng)度較弱，對人體為安全劑量，因而得到廣泛的應(yīng)用。
β 規(guī)工作時，3H 放射源產(chǎn)生的β 粒子對被測環(huán)境內(nèi)氣體分子進(jìn)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(qiáng)度的離子流電信號。信號被測量電路的放大器放大，并經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺罱K送到顯示單元。在一定壓力范圍內(nèi)，電壓變化的信號值和壓力變化成線性，從而實(shí)現(xiàn)壓力測量。
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(guī)結(jié)構(gòu)示意圖
2、放射性電離規(guī)靈敏度衰減理論分析
4、結(jié)論
試驗結(jié)果表明，經(jīng)過6 年的貯存和使用，被測β 規(guī)的靈敏度系數(shù)衰減值在29%~48%范圍。其中，在(10~500) Pa 壓力測量范圍內(nèi)，衰減系數(shù)為30%，在0.5 Pa 時衰減系數(shù)達(dá)到48%。利用公式（7）理論計算獲得，經(jīng)過6 年貯存和使用，β規(guī)的靈敏度理論衰減系數(shù)應(yīng)為28%，和實(shí)際測量值比較接近。因此，可以認(rèn)為，β 規(guī)靈敏度衰減主要來自是放射源強(qiáng)度衰減，其規(guī)律符合衰變定律。但總體來說，在壓力測量范圍內(nèi)，靈敏度衰減系數(shù)要比理論計算值略大，這說明引起β 規(guī)靈敏度下降的因素除了放射源外，還與規(guī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著β 規(guī)貯存和使用時間的增長，β 規(guī)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(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)，長時間貯存和使用后，β 規(guī)壓力測量性能明顯下降，無法正常使用。
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