Файл: Рождественская Т.Б. Аппаратура для точного измерения больших сопротивлений, малых постоянных токов и методы ее поверки.pdf

тактной разностью потенциалов двух разнородных металли­ ческих электродов.

Атомные батареи могут обеспечить силу тока Ю - 9 — Ю - 1 4 А при внутреннем сопротивлении порядка 101 2 —10й Ом, созда­ ваемом сопротивлением вакуумного промежутка или сопро­ тивлением использованного диэлектрика. Очевидно из пере­

изотопом служил плутоний-238, внутреннее сопротивление ба­ тареи составляло 1014 Ом.

Цель разработки заключалась в обеспечении измерителей малых токов встраиваемыми калибровочными источниками тока (мерами тока).

Изготовлением подобных атомных батарей (для других целей) занимается также ряд зарубежных фирм. Однако дан­ ных о долговременной стабильности этих источников, о пове­

рассчитанных на ряд фиксированных значений выходного то­ ка, однако необходимо исследование их стабильности во вре­ мени.

Генератор малых постоянных токов на основе ионизационной камеры

Ионизационные камеры давно применяются в технике как устройства для изучения ионизационного эффекта различных радиоактивных изотопов.

Этому вопросу посвящен ряд монографий [1, 17, 87, 88], в которых приводятся основные теоретические зависимости, связывающие выходной ток камеры с плотностью отрицатель­

Принцип действия ионизационной камеры заключается в следующем. Если между пластинами конденсатора, к кото-

рым приложена разность потенциалов (рис. 38), поместить радиоактивный изотоп, то под действием радиации в газе (например, в воздухе) появляются ионы. При наличии элект­ рического поля ионы начинают перемещаться, образуя иони­ зационный ток, регистрируемый прибором А. Общий вид вольт-амперной характеристики ионизационной камеры, по­ лученный при постоянной интенсивности изотопа, представ­ лен на рис. 39.

Остановимся кратко на физической сущности процессов, происходящих в ионизационной камере. При работе иониза­ ционной камеры ионы газа, образующегося в результате из­ лучения изотопа, перемещаются как под действием электри­ ческого поля, так и в результате диффузии, причем во втором случае перемещение может быть направлено против действия •сил поля, вследствие чего возможно попадание ионов на од­ ноименный электрод. Кроме того, в процессе движения ионы рекомбинируют друг с другом, образуя нейтральные моле­ кулы.

Эффект рекомбинации зависит от характера распределе­ ния ионов между электродами камеры, от давления газа, на­ полняющего камеру, от напряженности электрического поля. Учесть все явления при выводе общего уравнения кривой вольт-амперной характеристики затруднительно. Однако в не­ которых случаях при определенных условиях и ограничениях могут быть выведены теоретические зависимости для тока ионизационной камеры. В частности, эти зависимости установ­ лены для ионизационных камер, представляющих собой плос­ копараллельный конденсатор с пластинами большого размера, электрическое поле которого можно считать однородным в ионизированном объеме.

Однако для расчета ионизационного тока на практике ими трудно пользоваться, поскольку в реально существующих

100

удобных для работы камерах равномерного облучения мож­ но достичь только в некоторой части рабочего объема, равно как и создания равномерного электрического поля.

Необходимо отметить, что количественные выражения не­ равномерности электрического поля, эффектов диффузии, ре­ комбинации и других, влияющих на величину выходного ионизационного тока, несущественны, когда речь идет о ме­ рах тока на основе ионизационной камеры, ибо в последнем случае важно не столько абсолютное значение тока, которое можно определить тем или иным методом, сколько его ста­ бильность во времени.

Из рис. 39 следует, что на участке CD, где ток не зависит от напряжения, все образующиеся в газе ионы попадают на электроды. Поэтому, измеряя ток насыщения Іи, можно опре­ делить число пар ионов /г, образованных данным изотопом в единицу времени. / н и п связаны между собой следующим со­

Ионизационные камеры могут использоваться и в качест­ ве стабильных источников малого постоянного тока с боль­ шим внутренним сопротивлением. Действительно, в области

d/H-»-0 #в и -»-оо. Практически оно имеет конечное значение, а при определении общего сопротивления камеры надо учиты­ вать также сопротивление изоляции электродов. Однако при всех условиях работы камеры в режиме насыщения можно получить достаточно высокое выходное сопротивление — по­ рядка 101 3 Ом и выше. Положительным качеством ионизаци­ онной камеры при использовании ее в области тока насыще­ ния является также независимость выходного тока (в боль­ шом диапазоне) от колебаний напряжения, питающего элект­ роды.

101

В настоящее время в ряде организаций продолжаются разработки генераторов на основе ионизационной камеры. Генераторы отличаются назначением, конструкцией и типом используемого излучения.

Так, в 1967 г. была окончена разработка встраиваемых в соответствующие приборы ионизационных источников тока, в результате которой созданы малогабаритные источники для диапазона Ю- 9 —10~1 3 А, каждый на одно фиксированное значение.

В качестве изотопов использовались плутоний-239 (а-излучение) и углерод-14 (ß-излучение). Временная неста­ бильность источников тока в указанном диапазоне составля­ ла ± 2 , 5 % в год.

Аналогичные разработки осуществляются в настоящее время за рубежом [128].

Если обратиться к требованиям, предъявляемым к генера­ торам тока как к мерам, то можно убедиться, что описанный тип генератора удовлетворяет этим требованиям и может лечь в основу создания мер тока: диапазон выходных значе­ ний токов таких мер 10~9 —Ю- 1 3 А, внутреннее сопротивление составляет 1014 —1016 Ом.

Меры, основанные на принципе ионизационной камеры (как на фиксированные значения, так и регулируемые), бы­ ли также разработаны авторами в процессе решения постав­ ленной задачи. Более подробные сведения о них приведены ниже.

Генератор токов на основе источника регулируемого напряжения и набора высокоомных сопротивлений

В состав генератора тока входят регулируемый источник на­ пряжения, делитель и набор переключаемых резисторов но­ минальными значениями 105—1012 Ом [119].

Значение и стабильность выходного тока генератора на­ ходятся в прямой зависимости от используемых высокоомных

сопротивление генератора Rr, определяемое номинальным значением использованного высокоомного сопротивления, должно быть всегда больше сопротивления внешней цепи Яг>^внЭто ограничивает применение описанного генерато­ ра. Подобный генератор применялся в метрологической прак­ тике ВНИИМ.

102

в режиме насыщения. Величина анодных токов регулируется путем изменения тока накала. На рис. 40 показана кривая зависимости анодного тока от тока накала, которая характе­ ризуется крутым наклоном, т. е. при требуемой стабильности выходного тока 1%-ный ток накала должен быть стабилизиро­

В [121] не приводятся погрешности воспроизведения вы­ ходных токов генератора во всем диапазоне. Однако из имею­ щихся данных можно сделать следующие выводы:

погрешность генератора в области малых значений вы­ ходных токов составляет ± 1 0 0 % для тока Ю - 1 4 А, ± 1 0 % для тока Ю - 1 3 А, ± 2 % Для тока Ю - 1 2 А;

меры тока на основе этого генератора могут быть выпол­ нены только до значения Ю - 1 2 А, воспроизводящегося с наи­ меньшей погрешностью;

поскольку диапазон выходных значений токов рассмот­ ренных выше типов генераторов аналогичен диапазону рас­ сматриваемого генератора, а их погрешность воспроизведе­ ния меньше, очевидно, выполнять меры тока на основе диода с вольфрамовым катодом нецелесообразно.

103