计数管原理和制造

《计数管原理和制造》由陈遥关、任祖武、刘汝焘合编，上海科学技术出版社出版，据源文件名标注为1959年，OCR前20页未见版权页，版本信息暂缺；书前“前言”署“一九五八年国庆”。前言述及二十世纪已进入原子时代，和平利用原子能已在实现中并取得巨大成就，苏联在原子能发电站、原子能破冰船、示踪原子应用于探矿、医疗、工业、农业及科学研究等方面做出杰出榜样；我国解放前因旧社会制度在科学技术上大大落后于世界先进水平，解放后在党的领导下向科学技术文化进军，党的八大二次会议决议指出使我国工业在十五年或更短时间内赶上和超过英国、使我国科学技术在实现十二年科学发展规划基础上尽快赶上世界最先进水平；1958年5月1日起在苏联无私援助下我国第一个原子能重水型反应堆及回旋加速器开始投入工作，使我国进入原子时代；在利用原子能及研究原子的各项过程中少不了探测放射电离质点的工具，测量电离质点的仪器中采用充有气体的盖革计数管记录电离辐射具有两个基本优点：一是计数管对辐射的反应易转变为可用普通仪器度量的电讯号，二是计数管结构和制造工艺比较简单，因此得到最广泛采用；本书介绍计数管工作简单原理和制造一般过程以及应用，使读者了解用怎样的工具测量电离质点。目录显示，全书共四章：第一章计数管的工作原理，包括放射现象、计数管的工作原理、计数管的类型、计数管的工作特性；第二章计数管的加工工艺和制造方法，包括外形结构、加工顺序、材料选择、零件加工、封口和退火、清洁处理、排气操作过程、性能测试；第三章计数管的应用，包括使用计数管的基本原理、计数管在各方面的应用；第四章计数管在制造及使用中的安全问题，包括安全问题的重要性、放射性物质的电离辐射对人体的影响、电离辐射的防护；书末有附录1“若干种放射性物质的性质”和附录2“常用计数管特性表”。正文前20页可见第一章和第二章开头部分。第一章从放射现象的发现讲起，述及1896年法国物理学家贝克勒尔发现铀的化合物能使放在附近包裹中黑纸里面的底片感光，断定铀能不断放射出某种看不见的、穿透力相当强的射线，这种现象叫天然放射现象；随后波兰物理学家居里夫人发现大多数含铀矿石的放射性强度和矿石含铀量成正比，又发现一种沥青铀矿的放射性比按含铀量计算出的放射性大四倍多，认为其中含有比铀放射性大得多的放射性物质，居里夫妇经过几年艰苦工作从三十吨沥青铀矿中提出二毫克放射性很强的氯化物，将该元素命名为镭，并填入门捷列夫周期表98号元素的定位上；居里夫妇又发现另一种放射性很强的新元素，为纪念居里夫人的祖国波兰命名为钋；后来又发现镅、镤等新放射性元素；说明原子序数在84以后的所有元素都具有天然放射性，原子序数在84以前的某几种元素也同样具有天然放射性；以镭放射线在强电场中分为三束说明甲种、乙种、丙种射线，分别述其电荷、速度、电离能力和穿透能力；说明射线使物质原子变为离子的现象叫电离，射线这种作用叫电离作用，计数管基本原理就是利用放射性元素放出的射线对气体原子的电离作用；述及计数管计数作用，接近阳极周围电场强度很大，离子进入此空间因碰撞造成大批新离子，离子电荷被收集在电极上使电极电位下降，电位降到一定数值后阳极周围电场减弱不能产生放电，放电终止，聚集电荷从电阻R上漏掉，电场恢复到原有强度准备第二次计数，一次放电在电阻R上产生一次脉冲，可输出到放大系统放大后用机械方法记录；说明计数管放电运用在气体放电特性曲线前面一部分，按放电区域分居于汤姆逊放电区，特点是放电电压很高但放电电流很小，放电是非自持的，由气体中原有带电粒子在电场中得到能量产生加速运动并与其余原子碰撞电离而形成放电，去掉放射源且不考虑宇宙射线电离影响则放电立刻停止；说明电子“繁流”与极间距离、气体因素等有关；按计数管特性将其工作区域分为电离室区、正比区、正比极限区、盖革区四部分，分别说明各区域特点，如电离室区原始粒子没有繁流作用、电流很小，正比区有气体放大作用、气体放大系数基本不变，可利用这段曲线制出正比计数管区别原始电离能力差别很大的粒子，正比极限区正比计数关系被破坏、管子逐步过渡到盖革区，盖革区任何射线或放射性微粒都有相同效应、脉冲大小与原始电离粒子浓度无关、电压继续增加管子将产生自持放电；介绍计数管类型，分正比计数管、盖革计数管、闪烁计数管、晶体计数管等，盖革计数管分自灭和非自灭，自灭计数管按自灭和气体种类分卤族自灭式和有机气体自灭式，本书主要介绍盖革计数管中自灭式计数管；讨论非自灭计数管放电淬灭原理及电阻R的作用和矛盾，介绍耐和与平格林淬灭电路、耐和与哈伯淬灭电路等电子管熄灭电路；讨论自灭式计数管，1937年发现计数管内充入少量有机气体时管子本身可以淬灭，称自灭计数管，因管子本身有淬灭作用线路上不需要高电阻，大大缩短恢复时间，一般称“快速计数管”，基本解决恢复时间和负载电阻矛盾；列出自灭式计数管要求：计数效率高、恢复时间短、坪足够长、坪平坦斜率小、温度系数小、工作寿命长；指出卤素自灭计数管是新发展方向，具有较低工作电压、寿命长和较大工作温度范围；说明自灭式计数管淬灭原因有正离子空间电荷静电淬灭（电阻淬灭）、崩溃中光子淬灭、正离子撞击阳极的二次电子淬灭三种；以氩和酒精电离电位不同说明电子转移和酒精离子分解。又述计数管工作特性，包括起始电压、坪特性、温度范围等，应用上希望计数管有低工作电压、较大电压工作区域、高效率、长寿命、大脉冲、短恢复时间和小温度系数；分别讨论起始电压与自灭与非自灭、气体压力、气体种类、管子几何尺寸等关系；坪的长度和斜率与负离子、真空度、淬灭气体成分性质及充入惰性气体压力和阴极表面情况、线路负载电阻等有关；死时间和恢复时间与运用电压、阴阳极间距离、单位长度正离子空间电荷、线路分布电容、负载电阻等有关；计数管效率与管内气体压力和有效计数面积有关；温度影响方面有机气体或蒸汽计数管对温度变化灵敏，温度下降可使淬灭气体压力减少、淬灭作用无法完成、管子连续放电，或蒸汽受冷凝结在电极表面使通路形成障碍，温度上升太高将导致有机气体分解、坪长变短、坪斜率增大，卤素自灭式适应温度变化性能较好，一般可在-40℃至+50℃之间运用。第二章开头以外形结构为例说明计数管结构，以卤素计数管CTC-8型说明阴极用导引线自一端引出、阳极固定在阴极轴心位置自另一端引出、排气完毕后两端装上铜头并焊锡即为成品；说明因各种计数管性能和要求不同、结构各有差别、加工工艺不同，以CTC-8为例讨论加工过程；材料选择方面，玻璃因所充入的溴对软玻璃有浸蚀作用，要求管子有很好稳定性、维持恒定溴含量，否则很快丧失自灭能力，故采用硬料玻璃比较合适；金属电极引出线要与硬料玻璃封接又要与溴不起作用，应采用铂丝或钨丝；阴极材料着眼点仍要求与溴不起作用，一般采用1X18H9（苏联编号）不锈钢皮，含铬量17—20%、含镍量8—11%，既有很好防锈防腐蚀性能又有很好延展性，厚度0.1毫米较适宜，可减少对能量吸收；用于固定阴极位置的弹簧片可利用阴极边料，既不影响管子性能又利用废料节约成本；阳极丝常用两种，选取标准仍需与溴不起作用，一种是细钨丝直径约0.17毫米，另一种是0.6—0.7毫米直径的镍铬丝，镍铬丝直径较粗、塑性较好，只要在阳极丝一端打一个钩子便可稳妥在轴心位置，钨丝较细无法打钩子，可在丝端烧一个玻璃珠，又因钨丝可能松下来，可用约五六圈弹簧丝埋藏一些预应力，当钨丝松下来时仍可由弹簧弹力将钨丝拉直，同样可固定阳极丝在轴心位置，弹簧丝材料选择有些困难，碳素普通钢丝要与溴起作用，不锈钢丝又难获得，不得不仍选用适当规格钨丝，但弹性较差一些；零件加工方面，玻壳由玻管拉渐吹圆，因熔点较高采用氧氯火焰，排气管也用玻管割断并挤球、吹洞、将里面系住阳极丝的一端烧成圆孔、大小只容许阳极丝穿过。本书为计数管原理和制造工艺的技术著作，对原子能科学技术人员、核探测器研制人员及相关专业师生了解计数管工作原理、制造工艺和应用具有参考价值。本次仅见前20页，后续内容待补。