Устройство детектирования индивидуального дозиметра

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК г

09 01) (5))5 001 Т 1 02

ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.вжо

ИНЕИТИО- Т

ЬИБЛИ

К ABTOPCH0lVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.09. 90. Бюл. 11 36 (21) 3760109/24-25 (22) 05.07.84 (72) В.Г.Коваленко, Б.В.Поленов и Г.Ф.Слученков (53) 535.214.4(088.8) (56) Патент США Р 3366791, кл. 250-83,6, 1968.

Патент США и 3576995, кл. 259-83,3, 1971.

Патент США М 4292539, кл. 250-374, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

ИНДИВИДУАЛЬНОГО ДОЗИИЕТРА, содержащее детектор,. вход которого соединен с выходом высоковольтного источника, а выход через последовательно соединенные усилитель импульсов и первый формирователь связан с первым входом ключа, а также измерительное устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона измерения мощности дозы, в. устройство введены интег.рирующее устройство, диодный интегратор, схема ИЛИ и второй формирователь, вход которого .соединен с вторым входом ключа и выходом. усилителя импульсов, а выход через диодный интегратор связан с входом управления первого формирователя и через интегрирующее устройство - с вторым входом схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом

Ф ключа, а выход - с входом измери-, тельного устройства.

50! 12171

ИэобретВие касается устройств для измерения ионизирующих излуче.ний, в частности устройств индивидуального дозиметрического контроля ° 5

При проведении индивидуального дозиметрического контроля измеряется доза или мощность дозы. С указанной целью обычно используют карманиые индивидуальные дозиметры 10 с газоразрядными счетчиками в качестве .детекторов. Разработанные на основе газоразрядных счетчиков дозиметры вполне соответствуют предъявляемым к ним жестким требо- 15 ваниям по габаритным размерам и массе. Основным устройством индивидуального даэиметра .является устройство детектирования, в состав которого, кроме детектора, входят устройства преобразования и измерения частоты импульсов. Устройство детектирования определяет один из основных параметров индивидуального дозиметра: динамический диапазон 25 измерения мощности дозы. .При высоких интенсивностях излучения дина-. мический диапазон ограничивается ,возрастающей погрешностью измерений, обусоонленной иелинейностью зависи30 мости .частоты импульсов газоразрядного счетчика от мощности дозы измеряемого излучения. При уменьшении интенсивности излучения пропорциональность зависимости частоты импульсов газораэрядного счетчика от мощности дозы восстанавливается.

В результате динамический диапазон измерения мощности дозы индивидуальным дозиметром составляет обыч40 но менее четырех десятичных порядков, что вынуждает для работы в условиях изменения мощности дозы в больших пределах использовать дозиметры, двух типов, различающиеся только .

45 чувствительностью гаэоразрядных счетчиков °

Для наилучшей компенсации нелинейности газораэрядного счетчика не-, обходимо точно знать время нечувствительности устройства, т.е. наименьший интервал времени с начала импульса формирователя, в течение которого устройство остается нечувствительным к излучению. Время нечувствительности устройства олреде5 ляется с погрешностью и изменяется при эксплуатации газораэрядного

02 2 счетчика. Пропорционально увеличивается пбгрешность с возрастанием частоты импульсов, огранйчивая динамический диапазон устройства.

При. серийном производстве индивидуальных доэиметров выбирается усредненное время нечувствительности, которое отличается от времени нечувствительности отдельного устройства..Поэтому. динамический диапазон такого устройства всего в несколько раз превышает динамический диапазон гаэоразрядного счетчика.

Цель изобретения — увеличение динамического диапазона измерения мощности. дозы.

Блок-схема устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит детектор 1, соединенный с высоковольтным источником 2, и с усилителем 3 импульсов. Выход усилителя 3 импульсов соединен с входом первого формирователя 4, вторым входом ключа 5 и вторым формирователем 6. Выход первого формирователя 4 соединен с пер" вым входом ключа 5, выход которого соединен с первым входом схемы 7

ИЛИ. Второй .формирователь 6 через интегрирующее устройство 8 связан с вторым входом схемы 7 ИЛИ и через диодный интегратор 9 — с входом управления первого формирователя 4.

Выход схемы 7 ИЛИ соединен с изме.рительным устройством 1О.

Устройство работает следующщч образом.

I Постоянное напряжение, не завися.". щее от интенсивности излучения, подается на детектор 1 с высоковольт- ного источника 2. Импульсы с детектора 1 поступают на усилитель, 3 им-! пульсов, имеющий незначительное входное сопротивление для исключения их интегрирования. С выхода усилителя 3 импульсов импульсы поступают одновременно на вход первого формирователя 4, на второй вход ключа 5 и второй формирователь 6. Формирователь 4 формирует импульсы, длительность Т . каждого из которых превышает время нечувствительности . устройства, причем начало импульса на выходе формирователя 4 совпадает с окончанием входного импульса. Сформированное по длительности импульсы поступают с выхода формирователя 4 на первый вход клюI

Э 1217102

30

„(2 е-л (Т-")) л (2) 35

45

50 ча 5, на выходе которого формируется импульс только лри наличии импульсов одновременно иа обоих его входах. Импульс на выходе формирователя 4 и инициировавший его импульс на его входе по времени не совпадают. Поэтому при их поступлении на вход ключа 5 на его выходе импульс отсутствует. С импульсом на выходе формирователя 4 может совпасть только следующий импульс, поступающий с выхода детектора 1. В результате на выходе ключа 5 формируется импульс досчета, поступающий на первый вход схемы 7 ИЛИ. Вероятность.

P поступления следующего импульса

;детектора 1 через интервал времени . равна

Р=1-е ю (1), где л — частота импульсов газоразрядного счетчика в предположении отсутствия просчетов.

Импульсы.досчета формируются на выходе ключа 5 только в интервале времени (> — ) относительно начала импульса формирователя 4. Поэтому частота импульсов досчета, равная произведению частоты импульсов де.тектора 1, определяемой известным выражением для газоразрядных счетчиков ч /(1 +я ) на вероятность

P для интервала времени (Т-Т ), составляет ь,(1-е " "J/(1 + л, ). . Частота импульсов досчета вносит существенный вклад только лри зна- чительных мощностях дозы.. Формирователь 6 формирует импульсы, длительности каждого из которых меньше, времени нечувствительности 0 устройства, причем начало импульса на выходе формирователя 6 совладает, как и для формирователя 4, с окончаниея .входного импульса. Однако, каждый импульс на выходе формирова. I теля 6 оканчивается раньше, чем. ,приходит на его вход следующий импульс, и по времени с ним не совпадает. Импульсы с выхода формирователя 6 поступают на входы интегрирующего .устройства 8 и диодного интегратора 9 ° Интегрирующее устройство 8 имеет постоянную интегрирования, меньшую длительности импульса формирователя 6, и преобразует прямоугольные входные импульсы в трапецеидальные. Импульсы с выхода интегрирующего устройства 8 поступают на второй вход схемы 7 ИЛИ, имеющего порог срабатывания, приблизительно равный половине амплитуды импульса.

Импульсы досчета на выходе ключа,5 оканчиваются одновременно или раньше импульса, поступившего иа его второй вход. В свою очередь начало импульса иа выходе интегрирующего устройства 8 совладает с окончанием .импульса на втором входе ключа 5.

В связи с тралецеидальной формой импульс, поступающий с выхода интегрирующего устройства 8, достигает порога срабатывания схемы 7 ИЛИ заве1 домо после окончания, импульса досчета, поступившего на первый вход схемы 7 ИЛИ. Поэтому импульсы, посту° .лающие на первый и второй входы схе- . мы 7 ИЛИ соответственно с выходов ключа 5 и интегрирующего устройства

8, никогда не совпадают по времени. В результате-.частота импульсов на выходе схемы 7 ИЛИ равна сумме частот. импульсов, поступающих на его входы.

ЧастоТа импульсов на выходе интег" рирующего устройства 8 равна частоте импульсов детектора 1. Следовательно, частота импульсов п,.поступающая на вход измерительного устройства

10, .определяется выражением

При незначительной мощности дозы частота импульсов л поступающих на вход измерительного устройства 10, равна частоте импульсов Л детектора 1. При возрастании мощности дозы увеличивается частота импульсов досчета, компенсируя в определенных пределах нелинейность детектора 1.

Степень компенсации нелинейности де-. тектора 1 определяется выбором длительности импульса формирователя

4, причем с увеличением длительности импульса формирователя увеличивается динамический диапазон устр эйства. Однако, как следует из выражения (2), для исключения лерекомпенсации длительность импульса формирователя 4 при значениях частоты импульсов л-, меньших, чем 0,5/С, ° должна быть меньше 32. Указанное значение накладывает ограничение на

1 начальную длительность импульса формирователя 4. Диодный интегра-. .тор 9 преобразует частоту импульсов детектора 1 в пропорциональной часо " о

> (3) 1 — и (1+ с } где I — градуировочный коэффициент; — относительная погрешность определения. времени нечув- . ствительности.

Считая; для.определенности, что погрешность при изменении частоты импульсов составляет t 10X верхний предел диапазона частот прототипа, определенный иэ выражения (3), ограничивается отношением 0,1/((0,1+

+ 1 k)м3.

При ошибке в определении времени нечувствительности или при отклонении от усредненного времени нечувствительности, равном +20X, верхний предел диапазона частот прототипа не превосходит 1/3, а при, ошибке или отклонении, равном + 10X, не превосходит 1/22.

Для погрешности при изменении частоты импульсов, составляющей .3 12 тоте ток, поступающий на вход управления формирователя 4 и управляющий плительностью его импульса. При частоте импульсов n, меньших значения О, 1/, ток на выходе диодного интегратора 9 почти равен нулю и не влияет иа работу формирователя

4 . С увеличением частоты импульсов и начинает возрастать ток, посту" пающий с выхода диодного интегратора 9 и одновременно возрастает длительность импульсов формирователя

4,,дополнительно компенсируя нелинейность детектора 1. В результате управления длительностью импульса формирователь 4 исключает перехомпенсацию при незначительных мощностях дозы и увеличивает динамический диапазон устройства по мощности дозы.

Нетрудно убедиться, что при одинаковой точности. определения времени нечувствительности предлагаемое устройство имеет больший динамический диапазон частот и, следовательно, динамический диапазон по мощности дозы по сравнению с этим показателем прототипа. В прототипе посредством подбора номинальных эначениц токоэадающих резисторов возможно зависимость тока 1, поступающего в измерительное устройство, от частоты импульсов привести к выражению

1 7102. 4 также е 10Х, верхний предел дианаэона частот настоящего устройства вычисляется иэ составленного на основе выражения (2) уравнения:

4D

35 т+ 0,9 ° йод= l 1 . (4)

Для предлагаемого устройства при номинальных значениях величины Т, равных для нижней и верхней границ динаиического диапазона соответственно 22 и 2,5, и при ошибках или отклонениях от усредненного времени нечувствительности, равных и 20 и «+ 10X, соответственно наименьшие значения верхнего предела диапазона частот,-определенные иэ уравнения (4), составляют 1/2 i и 3/о< .

Из .приведенных примеров видно, что при одинаковой точности опреде.ления времени нечувствительности предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет в 1 5 раза . больший динамический диапазон частот и соответственно в 1,5 раза больший динамический диапазон по мощности дозы. Дополнительным преимуществом устройства является также

его универсальность. Устройство одинаково пригодно для построения измерителей мощности дозы и измерителей дозы. Прототип разработан только для измерителя мощности дозы. При измерении дозы в прототип необходимо дополнительно установить аналого,-цифровой преобразователь, что значительно ус. ложняет устройство и делает его неп-, ригодным для индивидуальных дози- . метров.

На основе предлагаемого устройства было выполнено устройство детектирования индивидуального дозиметра.

В качестве детектора 1 установлен гаэоразрядный счетчик, на анод которого подавалось положительной полярности напряжение с высоковольтного источника 2. Катод газоразрядного счетчика соединен с базой транзистора, который вместе .с резисторами базы и коллектора, подсоединенными соответственно к потенциалу корпуса и шине питания, составляют усилитель 3 импульсов, Первый формирователь 4 и второй формирователь 6 представляют собой выполненные на основе микросхем н времязадающих резисторов и конденсаторов одновиб-раторы.

102

Составитель М.Данилов

Редактор Н.ушакова Техред,О.Ващишина Корректор А.Тяско

Заказ ЗЗЗЗ Тираж 357 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-33, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент" ° г.ужгород, ул.Проектная, 4

1217

Ключ 5 и схема 7 ИЛИ являются ло- . гическими элементами. Схема ИЛИ построена на основе логического ssieмента на КИОП-транзисторах С порогом срабатывания, равным половине напряжения питания.

Интегрирующее устройство В состоит иэ резистора и интегрирующего конденсатора. Диодный интегратор

9 представляет собой интегрирующий 10 контур обычного измерителя средней

;частоты импульсов и cocToHT Hs до .зирующего и интегрирующего конденсаторов, двух диодов соответствен:но разрядки и зарядки укаэанных 15 конденсаторов и токоэадающего резистора. Токоэадающий резистор соединяет интегрирующий конденсатор диодного интегратора 9 и времяэадающий конденсатор первого формирова- 20 теля 4. Напряжение на интегрирую-.щем конденсаторе диодного.интегратора 9 пропорционально частоте импульсов детекторе 1. Указанное напряженке преобразуется в ток, умень-. шающий ток зарядки времязадающего конденсатора .первого 4юрмирователя

4, что увеличивает его длительность

Т импульса с первоначального значения, равного 2 f,, до 2,5ь .

Проведение испытания с .10 гаворазрядными счетчиками, имевшими время нечувствительности около 3 х х 1(Г с, показалй, что при дополни 5

1тельной погрешности с изменением частоты импульсов не более Й10Х верхний предел диапазона частот устройства составляет не менее

1,5.10 имп/с,.а.для прототипа - не

Менее 10 имп/с. Соответственно верхний предел диапазона по мощности дозы предлагаемого устройства s 1,5

pass больше, чем для прототипа.

Следовательно, по сравнению с прототипом устройство имеет в 1,5 раза больший динамический диапаЭОН ПО МОЩНОСТИ ДОЗЫ °