超低本底α電離室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于放射性測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測量超低本底α樣品的超低本底α電離室。
【背景技術(shù)】
[0002]在環(huán)境監(jiān)測、基礎(chǔ)物理實驗、新型材料生產(chǎn)特別是微電子元件封裝材料生產(chǎn)中對低本底甚至超低本底α測量的需求不斷增加。尤其是隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝進(jìn)入更精細(xì)的納米水平，操作電壓變得更低，在這種條件下電離輻射引起的軟錯誤(Soft Error)將成指數(shù)增加。為了使這種錯誤率不影響電子產(chǎn)品的性能，就要求封裝材料中的α放射性盡可能小。因此，亟需相應(yīng)的超低本底α測量裝置對材料中的α發(fā)射率進(jìn)行檢測。
[0003]目前，測量低本底α樣品的α發(fā)射率主要采用氣體探測器和半導(dǎo)體探測器。氣體探測器主要包括大面積屏柵電離室和大面積流氣式正比計數(shù)器。氣體探測器的α本底主要來自于探測器材料中天然的α放射性，其降本底的方法是選擇本底盡可能低的探測器材料。這種方法已經(jīng)達(dá)到了極限，仍很難滿足對超低本底α樣品測量的需求。同樣，對于半導(dǎo)體探測器，除了受到探測器材料自身的α本底之外，同時還受到宇宙射線的影響，也很難滿足超低本底測量的需求。目前，還沒有一種能夠?qū)μ綔y器材料本身的α發(fā)射率進(jìn)行甄別和剔除的超低本底α電離室。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)發(fā)明目的
[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)﹄婋x室本身材料的α發(fā)射率進(jìn)行甄別和剔除、用于測量超低本底α樣品的電離室。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]超低本底α電離室，該電離室包括一個圓柱形的腔體和屏蔽體，其中腔體位于屏蔽體內(nèi)且位于屏蔽體底部的中心位置；腔體頂部的下表面設(shè)置有圓形的陽極和圓環(huán)形保護(hù)極，陽極和保護(hù)極的工作電壓相同且均作為收集極，陽極、保護(hù)極及圓柱形腔體頂部的圓心位置一致，保護(hù)極位于陽極的外側(cè)且與陽極之間絕緣；腔體的底部設(shè)置有樣品托，同時也作為陰極；陽極和陰極之間的距離為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的2?5倍。
[0009]優(yōu)選地，陽極、保護(hù)極及陰極的材質(zhì)為金屬。
[0010]優(yōu)選地，陽極、保護(hù)極及陰極的材質(zhì)為銅。
[0011]優(yōu)選地，腔體的材質(zhì)為塑料。
[0012]優(yōu)選地，屏蔽體的材質(zhì)為不銹鋼。
[0013]優(yōu)選地，腔體的材質(zhì)為尼龍。
[0014]優(yōu)選地，腔體底部的樣品托為抽屜式結(jié)構(gòu)，便于換樣。
[0015]優(yōu)選地，陽極和保護(hù)極之間留有0.1?Icm的間隙。
[0016]優(yōu)選地，保護(hù)極的寬度為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的0.5?1.5倍。
[0017](三)有益效果
[0018]本發(fā)明提供了一種超低本底α電離室，該電離室利用其對宇宙射線和周圍Y射線不靈敏且α本底主要來自于電離室內(nèi)壁表面的特點，合理設(shè)計電離室腔體、保護(hù)極、陽極及陰極的位置、形狀、大小等，對來自電離室腔體內(nèi)壁的α粒子進(jìn)行甄別和剔除，使得該電離室能夠?qū)Τ捅镜爪翗悠愤M(jìn)行測量。具體原理為:
[0019]根據(jù)電離室的結(jié)構(gòu)，將α粒子的來源依據(jù)產(chǎn)生的位置不同可分為來自陽極的本底a w、來自側(cè)壁的本底a 以及來自樣品的粒子α樣。
[0020]由于α粒子的能量在5MeV左右，常壓下在電離室工作氣體中的射程約為5cm左右。通過對電離室極間距的合理設(shè)計，使從陽極發(fā)射的本底產(chǎn)生的電離電荷和從陰極上放置的樣品發(fā)射的粒子產(chǎn)生的電離電荷到達(dá)陽極的距離不同。在飽和電壓下，兩者電荷收集時間不同，即輸出脈沖信號的上升時間不同。以陰、陽極之間極間距為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的3倍為例，則兩者脈沖信號上升時間也至少為3倍關(guān)系。根據(jù)脈沖信號上升時間的差異，就可以甄別出發(fā)射的α粒子來源于陽極還是樣品。
[0021]保護(hù)極的尺寸為常壓下電離室工作氣體射程的0.5?1.5倍。來自側(cè)壁的本底α?Β就會在保護(hù)極上產(chǎn)生一個幅度較大信號，當(dāng)然也可能在陽極產(chǎn)生一個幅度較小的信號。而來自于樣品的粒子則不會在保護(hù)極上產(chǎn)生信號或者產(chǎn)生幅度較小的信號。因此，就可以通過分析保護(hù)極和陽極信號幅度的相對關(guān)系甄別出來自于側(cè)壁的本底a 。
[0022]此外，陰極也即樣品托，由于α粒子穿透能力弱。將樣品覆蓋在樣品托上時，也消除了陰極可能產(chǎn)生的本底。
【附圖說明】
[0023]圖1是電離室結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其中I是陽極，2是保護(hù)極，3是屏蔽體，4是腔體，5是樣品托；
[0024]圖2是電離室三維剖面示意圖，其中3是屏蔽體，4是腔體；
[0025]圖3是待測樣品發(fā)射的α粒子產(chǎn)生的脈沖信號圖；
[0026]圖4是側(cè)壁發(fā)射的α粒子產(chǎn)生的脈沖信號圖；
[0027]圖5是陽極發(fā)射的α粒子產(chǎn)生的脈沖信號圖；
[0028]圖6是不同位置發(fā)射的α粒子產(chǎn)生的脈沖信號圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合【具體實施方式】和說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0030]實施例1
[0031]超低本底α電離室，如圖1和圖2所示，該電離室包括一個圓柱形腔體和屏蔽體，其中圓柱形腔體位于屏蔽體內(nèi)且位于屏蔽體底部的中心位置。其中腔體的材質(zhì)為尼龍，高度為15cm，直徑55cm，屏蔽體的材質(zhì)為不銹鋼。圓柱形腔體的頂部下表面設(shè)置有圓形的陽極和圓環(huán)形保護(hù)極，陽極和保護(hù)極均作為收集極，材質(zhì)為銅。其中陽極直徑44cm，保護(hù)環(huán)的寬度為5cm，保護(hù)極位于陽極的外側(cè)且與陽極之間留有0.1cm的縫隙以絕緣，陽極、保護(hù)極及腔體頂部的圓心位置一致；腔體的底部設(shè)置為材質(zhì)為銅的樣品托，同時也作為陰極；陽極和陰極之間的距離為10cm。
[0032]采用超低本底α電離室測量樣品時，還需要配套的氣路系統(tǒng)、高壓模塊、前置放大器、數(shù)字化波形采集系統(tǒng)和數(shù)字化波形分析軟件。其中氣路系統(tǒng)為超低本底α電離室提供高純的電離室工作氣體，可以采用CH4、N2等氣體，高壓模塊為陽極和保護(hù)極分別加相同的工作電壓。陽極和保護(hù)極輸出的信號分別經(jīng)前置放大器放大后，由數(shù)字化波形采集系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集。數(shù)字化波形采集系統(tǒng)選擇1M的采用率和10位分辨。數(shù)字化波形分析軟件首先提取的脈沖形狀參數(shù)，主要包括信號幅度、上升時間以及兩路信號的時間關(guān)系。然后通過脈沖形狀參數(shù)，確定α粒子在電離室中發(fā)射的位置。從而識別出α粒子是來自電離室壁的本底還是來自待測樣品。圖3-圖6是不同位置發(fā)射的α粒子的脈沖形狀。如圖3是來自樣品的α粒子，在陽極產(chǎn)生了一個幅度較大、上升約為30?40 μ s的信號，而在保護(hù)極上幾乎沒有產(chǎn)生信號。圖4是來自側(cè)壁的α粒子，在保護(hù)極上產(chǎn)生了一個幅度較大的信號，而在陽極上產(chǎn)生了幅度較小的信號。圖5是來自陽極的α粒子，在陽極產(chǎn)生了一個幅度較小、上升約為10 μ s的信號，而在保護(hù)極上幾乎沒有產(chǎn)生信號。圖6是連續(xù)記錄的5個信號，可以很明顯地分辨出這些信號對應(yīng)的α粒子分別來自陽極、側(cè)壁還是樣品。對樣品發(fā)射的α粒子進(jìn)行記錄，對本底進(jìn)行剔除，最終實現(xiàn)超低本底測量，得到待測樣品的α表面發(fā)射率。
[0033]實施例2
[0034]與實施例1不同的是，腔體底部的樣品托為抽屜式結(jié)構(gòu)，便于換樣。陽極和保護(hù)極之間留有0.5cm的間隙。保護(hù)極的寬度為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的1.5倍。
[0035]實施例3
[0036]與實施例1不同的是，陽極和保護(hù)極之間留有Icm的間隙，保護(hù)極的寬度為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的0.5倍。
[0037]實施例4
[0038]與實施例1不同的是，陽極和陰極之間的距離為常壓下α在電離室工作氣體中射程的5倍，陽極和保護(hù)極之間填充有0.5cm的絕緣材料。
[0039]實施例5
[0040]與實施例1不同的是，陽極和陰極之間的距離為常壓下α在電離室工作氣體中射程的2倍，陽極和保護(hù)極之間填充有0.5cm的絕緣材料。
【主權(quán)項】
1.超低本底α電離室，其特征在于，該電離室包括一個圓柱形的腔體和屏蔽體，其中腔體位于屏蔽體內(nèi)且位于屏蔽體底部的中心位置；腔體頂部的下表面設(shè)置有圓形的陽極和圓環(huán)形保護(hù)極，陽極和保護(hù)極的工作電壓相同且均作為收集極，陽極、保護(hù)極及圓柱形腔體頂部的圓心位置一致，保護(hù)極位于陽極的外側(cè)且與陽極之間絕緣；腔體的底部設(shè)置有樣品托，同時也作為陰極；陽極和陰極之間的距離為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的2?5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低本底α電離室，其特征在于，陽極、保護(hù)極及陰極的材質(zhì)為金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超低本底α電離室，其特征在于，陽極、保護(hù)極及陰極的材質(zhì)為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低本底α電離室，其特征在于，腔體的材質(zhì)為塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低本底α電離室，其特征在于，屏蔽體的材質(zhì)為不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的超低本底α電離室，其特征在于，腔體的材質(zhì)為尼龍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低本底α電離室，其特征在于，腔體底部的樣品托為抽屜式結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低本底α電離室，其特征在于，陽極和保護(hù)極之間留有0.1?Icm的間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低本底α電離室，其特征在于，保護(hù)極的寬度為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的0.5?1.5倍。
【專利摘要】本發(fā)明屬于放射性測量技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于測量超低本底α樣品的超低本底α電離室。該電離室包括一個圓柱形的腔體和屏蔽體，其中腔體位于屏蔽體內(nèi)且位于屏蔽體底部的中心位置；腔體頂部的下表面設(shè)置有圓形的陽極和圓環(huán)形保護(hù)極，陽極和保護(hù)極的工作電壓相同且均作為收集極，陽極、保護(hù)極及圓柱形腔體頂部的圓心位置一致，保護(hù)極位于陽極的外側(cè)且與陽極之間絕緣；腔體的底部設(shè)置有樣品托，同時也作為陰極；陽極和陰極之間的距離為常壓下α粒子在電離室工作氣體中射程的2～5倍。該電離室具有能夠?qū)﹄婋x室本身材料的α發(fā)射率進(jìn)行甄別和剔除、用于測量超低本底α樣品的特點。
【IPC分類】H01J47-02, G01T7-00
【公開號】CN104576285
【申請?zhí)枴緾N201410741259
【發(fā)明人】姚順和, 楊巧玲, 姚艷玲, 呂曉俠, 刁立軍, 陳細(xì)林, 汪建清, 郭曉清, 孟軍, 邢雨
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月8日