Устройство для определения положения радиоактивных источников в реальном времени

 

Использование: для дистанционного контроля в реальном времени радиоактивных объектов в помещении, в том числе и объектов малой активности. Технический результат: повышение чувствительности устройства, упрощение его регулировки, а также упрощение конструкции устройства. Сущность: в предлагаемом устройстве изображения источников: оптическое и в собственном излучении регистрируются с использованием одного и того же позиционно-чувствительного детектора - ПЗС матрицы, каждая ячейка которой является элементарным детектором с высоким отношением сигнал/шум и который позволяет осуществить счетный режим измерений положения радиоактивных источников в реальном времени. Энергия кванта (частицы) от источника преобразуется в элементе ПЗС матрицы в импульс, непосредственно несущий информацию о положении источника излучения. Чтобы обеспечить необходимую статистическую точность регистрации излучения радиоактивных источников малой активности, импульсы с элементов зон изображений источников могут быть просуммированы и (или) просуммированы полные кадры изображения с ПЗС матрицы. Положительный эффект: повышение чувствительности устройства и упрощение конструкции устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для дистанционного контроля в реальном времени радиоактивных объектов в помещении, в том числе, объектов малой активности.

Известны устройства для локализации радиоактивных источников с использованием камеры - обскуры [1, 2]. В них в камере, стенки которой образуют защитный экран от излучений, напротив обскуры после оптического затвора, прозрачного для излучения источников, размещается пленка. Изображение радиоактивных источников, создаваемое обскурой, регистрируется сначала на пленке, чувствительной к излучению источников, а затем, после ее замены, на пленке, чувствительной к видимому свету из зоны, в которой находятся радиоактивные источники. После проявления и наложения этих пленок источники излучения могут быть локализованы в окружающей среде. Известны также устройства для локализации радиоактивных источников в реальном времени, например, описанные в патентах США [3, 4].

Наиболее близким техническим решением является устройство [3], (патент США N 5204533, 250/361R), для определения радиоактивных источников в реальном времени, содержащее камеру - обскуру с защитным экранам, оптический затвор, соединенный с пультом дистанционного управления, блок цифровой обработки и визуализации изображений. В устройстве [3] вместо пленок используется довольно сложная система регистрации изображений в реальном времени, содержащая сцинтиллятор, электронно-оптический преобразователь ЭОП, телевизионную (ТВ) камеру и средства цифровой обработки и визуализации изображений. Изображение источников в собственном излучении, создаваемое обскурой, преобразуется в сцинтилляторе в видимое изображение, которое проецируется на фотокатод ЭОП. Усиленное изображение с выходного экрана ЭОП при помощи ТВ камеры преобразуется в электрический сигнал, который передается на расстояние и обрабатывается. Оптическое изображение иcточников при открытом затворе через прозрачный в оптическом диапазоне длин волн сцинтиллятор формируется обскурой на фотокатоде ЭОП. Последующие преобразования этого изображения и передача электрического сигнала аналогичны описанным выше. Изображения после обработки могут быть наложены друг на друга и представлены на экране видеоконтрольного устройства.

Недостатком этого устройства является многократное интегральное преобразование энергии в его блоках. В сцинтилляторе излучение источников преобразуется в световые вспышки-сцинтилляции, которые при попадании на фотокатод ЭОП преобразуются в поток электронов. Энергия электронов затем преобразуется в свечение флюоресцентного экрана ЭОП, а свечение экрана - в электрические сигналы при помощи ТВ камеры. Следствием указанных интегральных преобразований является недостаточная чувствительность устройства, а следствием электронно-оптической регистрации и телевизионной передачи изображений их геометрические искажения.

Преобразование изображений, создаваемых обскурой - оптического и в собственном излучении, в указанном устройстве выполняется разными детекторами - фотокатодом ЭОП и сцинтиллятором. Из-за разного удаления детекторов от обскуры возникает разница в масштабе изображений. При наложении изображений эту разницу необходимо учитывать.

Устройство имеет недостаточную чувствительность к слабоинтенсивному излучению источников малой активности, обусловленную интегральным преобразованием энергии. Регулировка чувствительности осуществляется путем подбора и замены сцинтилляторов из разных материалов. При замене сцинтилляторов должны быть учтены различия их эффективности, прозрачности и толщины и качество оптического контакта.

В предлагаемом устройстве устранены указанные недостатки.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение чувствительности устройства и упрощение ее регулировки, а также упрощение конструкции устройства.

Технический результат в устройстве для определения положения радиоактивных источников в реальном времени, содержащем камеру - обскуру с защитным экраном, оптический затвор, соединенный с пультом дистанционного управления, и блок цифровой обработки и визуализации изображений, достигается тем, что в устройство введены ПЗС матрица, расположенная в камере напротив обскуры, блок ввода изображений, блок суммирования кадров, блок суммирования импульсов с элементов ПЗС матрицы, причем информационные выходы ПЗС матрицы соединены со входами блока ввода изображений, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом ПЗС матрицы, информационные выходы блока ввода изображений соединены с соответствующими входами блока суммирования кадров и блока суммирования импульсов с ПЗС матрицы, выходы которых соединены с соответствующими входами блока обработки и визуализации изображений, связанного кодовой шиной с блоком ввода изображений.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве изображения источников - оптическое и в собственном излучении регистрируются с использованием одного и того же позиционно-чувствительного детектора - ПЗС матрицы, каждая ячейка которой является элементарным детектором с высоким отношением сигнал/шум и который позволяет осуществить счетный режим измерений положения радиоактивных источников в реальном времени. Энергия кванта (частицы) от источника преобразуется в элементе ПЗС матрицы в импульс, непосредственно несущий информацию о положении источника излучения. Чтобы обеспечить необходимую статистическую точность регистрации излучения радиоактивных источников малой активности, импульсы с элементов зон изображений источников могут быть просуммированы и (или) просуммированы полные кадры изображения с ПЗС матрицы.

На фиг.1 изображена схема устройства для определения положения радиоактивных источников 1 в реальном времени. На фиг.2 показана схема проецирования изображений источников.

Устройство содержит камеру-обскуру 2, которая имеет обскуру 3 и защитный экран 4, оптический затвор 5 и ПЗС матрицу 6, пульт 7 дистанционного управления оптическим затвором 5, блок 8 ввода изображений с ПЗС матрицы 6, блок 9 суммирования кадров, блок 10 суммирования импульсов с элементов ПЗС матрицы 6 - зон источников и блок 11 цифровой обработки и визуализации изображений, выполненный на основе стандартных компьютера - ПК и видеоконтрольного устройства - ВКУ. Оператор с клавиатуры ПК может задавать необходимые режимы работы устройства: время накопления в ПЗС матрице, команды визуализации полного кадра, его выделенной части или суммы нескольких кадров. Блок 8 связан с ПЗС матрицей 6, с блоком 9 суммирования кадров, блоком 10 суммирования импульсов с элементов ПЗС матрицы 6 - зон источников и блоком 11 цифровой обработки и визуализации изображений. Расстояние от источников до камеры 2 подбирается так, что каждый из источников 1 проецируется на элементы ПЗС матрицы 6 своей неперекрываемой зоны данного источника.

Камера 2 с защитным экраном 4 и оптическим затвором 5 защищает позиционно-чувствительный детектор ПЗС матрицу 6 от фоновых и неинформативных излучений. Обскура 3 проецирует источники 1 в плоскость ПЗС матрицы 6 (создает их изображение в собственном излучении, а при открытом оптическом затворе 5 создает их оптическое изображение). ПЗС матрица 6 преобразует изображение источников 1 в кадры изображения электрических зарядов. С пульта 7 дистанционного управления оператор управляет открыванием оптического затвора 5 на время экспозиции для создания оптического изображения.

В предлагаемом устройстве может быть использована стандартная ПЗС матрица, имеющая ячейки накопления, запоминающую секцию, выходной регистр, управляющий и информационные входы. Введенные блоки 8, 9 и 10 построены с использованием традиционных методов цифровой техники и стандартной элементной базы. Блок 8 ввода изображений с ПЗС матрицы 6 вырабатывает сигналы, позволяющие задавать время накопления, обеспечивать ввод в ПК информацию о кадрах, запоминание полного кадра изображения в буфере блока; обмен информацией с блоками суммирования 9 и 10, а также визуализацию на ВКУ буфера памяти в виде полного кадра или его выделенной части или суммы нескольких кадров.

Устройство работает следующим образом. Обскура 3 создает изображение радиоактивных источников 1 в плоскости ПЗС матрицы 6 в собственном излучении, а при открытом затворе 5 и оптическое изображение. Изображение источников 1, созданное обскурой 3 в плоскости ПЗС матрицы 6, в период накопления зарядов в соответствующих ячейках ПЗС матрицы 6 преобразуется в изображение электрических зарядов, которое в конце периода накопления передается в запоминающую секцию ПЗС матрицы 6. В течение следующего периода накопления, когда формируется новый кадр зарядового изображения, первый кадр изображения из запоминающей секции ПЗС 6 считывается выходным регистром ПЗС матрицы 6 и в виде кодированной последовательности импульсов поступает на вход блока 8. По команде оператора информация с выхода блока 8 полными кадрами изображения может быть передана на вход блока 9 суммирования кадров изображения и далее на экран видеоконтрольного устройства ВКУ. Оператор в зависимости от активности источников 1 может задать время накопления в ПЗС матрице 6 и количество суммируемых кадров изображения в блоке 9 и вывести отдельный или суммарный кадр изображения на экран. На экране на кадре оптического изображения оператор может выделить зоны источников 1. В случае малой активности источников 1 информация с выделенных зон кадра изображения источников 1 в собственном излучении с выхода блока 8 может быть передана в блок 10 для суммирования импульсов со всех элементов ПЗС матрицы 6 - зон источников для повышения статистической точности измерения.

В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, в котором осуществляется многократное преобразование энергии с использованием сцинтиллятора, электронно-оптического преобразователя, ТВ - камеры и средств их оптической стыковки, изображения источников регистрируются в одном масштабе при помощи одного позиционно-чувствительного детектора - ПЗС матрицы. Устройство по сравнению с прототипом менее сложно. Благодаря прямому дискретному преобразованию энергии в элементах ПЗС матрицы, устройство имеет более высокую чувствительность, т. к. регистрируется каждый квант, провзаимодействовавший с материалом ПЗС матрицы. Приемлемой статистической точности регистрации слабоинтенсивного излучения достигают как суммированием в блоке 10 импульсов со всех элементов ПЗС матрицы зон источников одного кадра изображения, так и суммированием кадров в блоке 9. В отличие от прототипа, в котором регулировка чувствительности осуществляется подбором и заменой сцинтилляторов, в предлагаемом устройстве чувствительность регулируется установкой периода накопления ПЗС матрицы 6 и количества суммируемых кадров изображения.

Таким образом, благодаря введению новых блоков и конструктивных связей в предлагаемом устройстве достигнут технический результат, заключающийся в повышении чувствительности устройства и его упрощении.

Использованные источники информации 1. Патент США N 3107276, 10/1963, Cohen, НКИ 358/110.

2. Патент США N 4797701, 1/1989 Lannes, НКИ 354/288.

3. Патент США N 5204533, 4/1993 Simonet, НКИ 250/361R (прототип).

4. Патент США N 5557107, 9/1996 Carcreff and Thellier, МКИ G 01 T 1/29.

Формула изобретения

Устройство для определения положения радиоактивных источников в реальном времени, содержащее камеру-обскуру с защитным экраном, оптический затвор, соединенный с пультом дистанционного управления, блок цифровой обработки и визуализации изображения, отличающееся тем, что в устройство введена ПЗС матрица, расположенная в камере напротив обскуры, блок ввода изображений, блок суммирования кадров, блок суммирования импульсов с элементов ПЗС матрицы - зон источников, причем информационные выходы ПЗС матрицы соединены со входами блока ввода изображений, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом ПЗС матрицы, информационные выходы блока ввода изображений соединены с соответствующими входами блока суммирования кадров и блока суммирования импульсов с ПЗС матрицы, выходы которых соединены с соответствующими входами блока обработки и визуализации изображений, связанного кодовой шиной с блоком ввода изображений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2