CC BY
17<Тешетневс^ие чтения. 2016
sistemy] // Proceedings of the universities. Physics. 2014. Vol. 57, № 8/2. P. 196-202 (in Russ.).
4. Ponomarev S. V., Rikkonen S., Azin A., Karavatskiy A., Maritskiy N., Ponomarev S. A. The applicability of acoustic emission method to modeling the endurance of metallic construction elements // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015, 71, DOI: 10.1088/1757- 899X/71/1/012056.
5. Ponomarev S. V., Rikkonen S. V, Azin A. V. [Modelirovanie kolebatel'nykh protsessov
p'ezoelektricheskogo preobrazovatelya] // Reporter of TSU. A series of mathematics and mechanics. 2015. № 2(34). P. 86-95 (in Russ.).
© Азии А. В., Пономарев С. В., Рикконен С. В., Храмцов А. М., 2016
УДК 621.59.04
ЭЛЕКТРОИСКРОВАЯ ТИТАНОВАЯ ОЧИСТКА КСЕНОНА И ЕГО СМЕСЕЙ
В. В. Ананьев1, В. В. Дмитренко2, К. Ф. Власик2, С. Е. Улин2, 3. М. Утешев2
1000 НПП «Медгаз» Российская Федерация, 121471, г. Москва, Можайское шоссе, 29 E-mail: vvanord@yandex.ru ^Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Российская Федерация, 115409, г. Москва, ул. Каширское шоссе, 31 E-mail: vvdmitrenko@gmail.com
Дано описание электроискровой очистки ксенона рабочего тела гамма-спектрометра до содержания электроотрицательных примесей не более 10-10-10-10 молярных долей. Для достижения необходимой чистоты газообразной или жидкой фазы использовалась лабораторная система генерации мелкодисперсной титановой пыли в объеме прибора. Чистота газа контролируется по времени жизни электронов в контрольной ионизационной камере.
Ключевые слова: жидкий и газообразный ксенон, детектор, титан, геттер, электроискровая очистка.
SPARK TITANIUM CLEANING OF XENON AND ITS MIXTURES V. V. Ananiev1, V. V. Dmitrenko2, K. F. Vlasik2, S. E. Ulin2, Z. M. Uteshev2
1LLC SPE «Medgas» 29, Mozhaiskoye shosse, Moscow, 121471, Russian Federation E-mail: vvanord@yandex.ru
2National Research Nuclear University «MEPhI»
31, Kashirskoe shosse, Moscow, 115409, Russian Federation
E-mail: vvdmitrenko@gmail.com
The research describes the application of cleaning of Xenon gamma detectors where electronegative impurities
content is not more than 10-10-10~10 mole fractions. In order to achieve the desired purity of gas or liquid phase the
researchers use the laboratory system to generate fine titanium dust in the volume of electric cleaning Xenon. Gas
purity is controlled by the electron lifetime in a control ionization chamber.
Keywords: liquid and gas xenon, detector, titan, getter, spark cleaning.
Ксенон находит все более широкое применение в различных областях науки и техники: космическая техника, медицина, автомобильная промышленность и др. Во многих случаях к чистоте ксенона предъявляются высокие требования. Наиболее распространенным способом очистки ксенона является использование промышленно выпускаемых геттеров. 0дним из их недостатков является ограниченный ресурс работы, особенно в случае очистки сильно загрязненных газов. В 70-е годы в МИФИ [1] был разработан оригинальный способ очистки благородных газов, основанный на генерации мелкодисперсной титановой пыли в объеме, заполненном благородным газом, на-
ходящимся в газообразной или жидкой фазе. Титановая пыль, которая является эффективным поглотителем электроотрицательных примесей, создается в результате электроэрозии титановых электродов, к которым прикладывается высокое напряжение. Преимуществами этого метода очистки является высокая эффективность очистки, простота изготовления установки, длительный срок службы и ремонтнопригод-ность. Электроискровые установки нашли применение в крупных международных экспериментах, направленных на поиск частиц темной материи, в которых используется ксенон в количестве более десяти тонн.
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
Дано описание электроискровой чистки, которая используется в НИЯУ МИФИ для очистки ксенона, необходимого для наполнения гамма-спектрометров. Эти спектрометры обладают высоким энергетическим разрешением (1,5 % при энергии гамма-кванта 1 МэВ), способны работать при температурах до 200 о С, могут иметь рабочий объём от 0,2 до 20 литров, имеют значительно более высокую радиационную стойкость по сравнению с кристаллическими и германиевыми гамма-детекторами.
Для достижения высокого энергетического разре-щения детектора требуется иметь ксенон, в котором количество электроотрицательных примесей составляет не более 10-10 молярных долей, что соответствует времени жизни электронов до захвата молекулами электроотрицательных примесей порядка 1 мс.
Lzzzzzl-
Устройство электроискровой титановой чистки ксенона:
1 - корпус; 2 - вывод сигнального электрода; 3 - фланец; 4 - вывод титанового высоковольтного электрода; 5 - собирающий электрод; 6 - цилиндрический титановый высоковольтный электрод; 7 - плоский титановый электрод; 8 - дно корпуса
Для достижения необходимой чистоты газа использовалась лабораторная система электроискровой очистки ксенона. Принцип работы электроискровой чистки заключается в следующем: на титановые электроды через керамический ввод подается высокое напряжение, при котором возникает искровой заряд, сопровождающийся образованием мелкодисперсной титановой пыли. Поверхность каждой пылинки представляет собой чистую металлическую поверхность, которая связывает, главным образом химически, моле-
кулы электроотрицательных примесей, находящихся в очищаемом объеме, а также поглощает адсорбированные (физически связанные с внутренними поверхностями чистки) газы [2; 3].
За несколько часов работы электроискровой чистки ксенон очищается до чистоты, соответствующей времени жизни электронов до их захвата электроотрицательными примесями более 1 мс. Чистота газа контролируется по времени жизни электронов в контрольной ионизационной камере.
Схема электроискровой чистки приведена на рисунке.
Контроль за чистотой газа (временем жизни электронов) осуществляется непосредственно в рабочем объеме устройства очистки. Для этого под верхним фланцем смонтирована токовая ионизационная камера, объем которой через окно с уменьшенной толщиной стенки облучается импульсной рентгеновской трубкой, и по параметрам электрического импульса с сигнального электрода определяется время жизни электронов.
Библиографические ссылки
1. Ободовский И. М., Покачалов С. Г., Шилов В. А. Новый метод очистки жидких благородных газов от электроотрицательных примесей // ЖТФ. 1980. Т. 50, вып. 9. C. 2028-2030.
2. Дмитренко В. В., Романюк А. С., Утешев З. М. Сжатый ксенон как рабочее вещество для регистрации гамма-квантов малых энергий // Элементарные частицы и космические лучи : сб. Вып. 5. М. : Атом-издат, 1980. C. 72-83.
3. Bolotnikov A. E., Dmitrenko V. V., Chernyshe-va I. V., Galper A. M. et al. Properties of Compressed Xe Gas as the Detector Medium for High-Pressure Xe Spectrometer // IEEE Nuclear Science Symposium. Conference Record. 1994. Vol. 1. Р. 74-78.
References
1. Obodovskiy I. M., Pokacalov S. G., Shilov V. A. A new method for cleaning liquid noble gases of electronegative impurities // Journal of Technical Physics. 1980. Vol. 50, iss. 9. Р. 2028-2030.
2. Dmytrenko V. V., Romanyuk A. S., Uteshev Z. M. Compressed Xenon gas as working material for registration of gamma-quantum small energies // Sat. Elementary particles and cosmic rays. Iss. 5. Moscow : Atomizdat, 1980. Р. 72-83.
3. Bolotnikov A. E., Dmitrenko V. V., Chernyshe-va I. V., Galper A. M. et al. Properties of Compressed Xe Gas as the Detector Medium for High-Pressure Xe Spectrometer // IEEE Nuclear Science Symposium. Conference Record. 1994. Vol. 1. P. 74-78.
© Ананьев В. В., Дмитренко В. В., Власик К. Ф., Улин С. Е., Утешев З. М., 2016
