Методика импульсных измерений

     Существуют  следующие кондукто-(диэлкометрические) методы детектирования короткоживущих частиц и возбужденных состояний вещества при постоянном напряжении на электродах ячейки (при постоянном токе, случай ω→0), на переменном токе, стробирования высоковольтными импульсами, СВЧ-регистрация.

     При детектировании на постоянном токе (ω→0) к электродам ячейки прикладывается постоянное напряжение U₀ (рис. 8). Изменение удельной ЭП, возникающее в растворе под действием импульса ионизирующего излучения, может быть описано уравнением:

в котором  обозначено ∆С_i(t) - изменение концентрации частиц сорта i, Z_i – их заряд, – эквивалентная проводимость, F – число Фарадея, μ_i -подвижность частиц, причем: 

( D - коэффициент диффузии, е - заряд электрона), ∆I- изменение тока через сопротивление нагрузки, R_H и α_c - константа ячейки (рис. 4).

Рис. 8. Схема кондуктометрической регистрации  
при постоянном напряжении в импульсном радиолизе:  
1 – С-ячейка, 2 – усилитель, 3 - осциллограф 

     Разрешающая способность установки (рис. 8) зависит от постоянной времени внешней цепи С-ячейки, т.е (С_э - эквивалентная емкость ячейки). Величина τ может быть оценена с помощью выражения:

из которого следует, что при наиболее часто  встречающихся значениях константы ячейки (α_с= 10 – 100 см) сопротивление нагрузки R_H должно составлять 100- 1000 Ом,

     Недостатки  схемы (рис. 8) обусловлены тремя факторами: поляризацией электродов, возникающей как следствие питания ячейки постоянным напряжением; электролизом, происходящим в силу той же причины и приводящим к значительному градиенту концентраций; паразитным зарядом, создаваемым в ячейке непосредственно зарядом ускоренных (облучающих) электронов, либо вторичных быстрых электронов, образующихся при γ-облучении.

Рис. 9 Блок-схема установки импульсного радиолиза  
с параллельным включением облучаемой (I) и «затемненной» (II) ячеек

     Влияние этого фактора может быть существенно  уменьшено, если в качестве ионизирующего импульса использовать тормозное рентгеновское излучение, генерируемое преобразователем — металлической пластинкой, облучаемой ускоренными электронами. Мешающее влияние паразитного заряда и электролитических факторов может быть также уменьшено с помощью специальной дифференциальной регистрирующей схемы (рис.9) и параллельным включением облучаемой (I) и "затемненной" (II) ячеек.

     При подаче положительного (отрицательного) импульса, следующего с некоторым опережением относительно облучения, через обе ячейки начинают протекать практически равные "темновые" токи, создающие на сопротивлениях нагрузок R_H^’ и R_H^” импульсы напряжения. Последние подаются на блок инверсии (2), с выхода которого они выходят уже в противофазе. После возникновения в облучаемой ячейке (I) тока наведенных лучом частиц на импульсе напряжения (I) образуется положительный (отрицательный) выброс, который после взаимного погашения противофазных импульсов на выходе сумматора (3), подается на вход усилителя (4) и далее на осциллограф (5). Запуск развертки осциллографа осуществляется импульсом, генерируемым блоком задержки (6).

     Если  облучаемая жидкость дает небольшой  импульс проводимости, то особенно важным бывает "собрать " на электродах все образовавшиеся заряженные частицы. С этой целью пользуются так называемым методом стробирования импульсами высокого напряжения, рис. 9.

     Сущность  метода стробирования состоит в  том, что к электродам (ЭЛ) ячейки (5) в определенные моменты времени, синхронизированные с импульсом ионизирующего напряжения, прикладываются высоковольтные импульсы от блока (3) высокого напряжения, питающего кондуктометрическую ячейку. Возникающий в ячейке ток является при этом суммой практически всех короткоживущих заряженных частиц. Их заряд измеряется дифференциальной детектирующей схемой и электрометром (6).

     Установка (рис.10) при надлежащей величине стробирующих импульсов позволяет определять абсолютные концетрации образующихся заряженных частиц и, следовательно, радиационно-химический выход. Кроме того, регулировкой с помощью блока (2) задержки строб-импульсов можно получить данные по кинетике радиационно-химических реакций заряженных частиц.

Рис.10. Блок-схема установки импульсного радиолиза с кондуктометрической дифференциальной ячейкой и стробированием наведенной проводимости импульсами высокого напряжения: 1 - ускоритель, 2 -блок задержки, 3 - генератор импульсов высокого напряжения, 4 -коллиматор, 5 - измерительная ячейка с электродами (ЭЛ), 6 — электрометр;  
7 - измерительный прибор 

     Особенностью  режима работы установок (рис. 8,9) является то обстоятельство, что питающее ячейку напряжение изменяется медленнее по сравнению с нарастанием и спадом электрической проводимости, наведенной облучением. Вместе с тем существуют установки с питанием ячеек переменным током (рис. 6,7). При этом ячейка включается в одно из плечей мостовой схемы. Сигнал наведенный облучением проводимости проявляется как разбаланс моста и может быть обнаружен после соответствующего усиления на экране осциллографа. Временное разрешение метода связано с рабочей частотой моста F соотношением (Гц). Этот метод позволяет проводить измерения всплесков наведенной проводимости в растворах со сравнительно большой начальной (фоновой) ЭП. Поскольку мосты переменного тока могут уверено работать до частоты F порядка 10⁷ Гц, рассматриваемый метод пригоден для исследования в микро- и миллисекундном диапазонах. При этом в микросекундном диапазоне возможным оказывается использование как контактных, так и бесконтактных ячеек.

     Интересной  и весьма чувствительной является схема (рис. 11), в которой кондуктометрические ячейки питаются высокочастотным напряжением (10 МГц). Эта установка позволяет работать в широком диапазоне временных разрешений 10^-6–1с. В ней также возможно использование как контактных, так и бесконтактных ячеек. 

Рис. 7. Блок-схема  установки импульсного радиолиза  с питанием кондуктометрических  ячеек радиочастотным напряжением: 1 - ускоритель, 2 и 4 - ВЧ фильтры,  
3 и 7 - усилители, 5 - синхронно-фазовый детектор, 6 - НЧ фильтр, 8 – осциллограф