Способ измерения высоких уровней мощности дозы гамма-излучения и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков. Способ измерения высоких уровней мощности дозы гамма-излучения заключается в том, что измерения проводят с применением газоразрядного счетчика, питающегося от источника линейно изменяющегося высокого напряжения, при этом сформированные на счетчике импульсы при регистрации гамма-кванта поступают на пересчетную схему после амплитудной дискриминации, осуществляемой двухуровневой пороговой схемой.

 

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков, в частности к индивидуальному дозиметрическому контролю, включающему в себя измерение дозы, а также мощности дозы. Изобретение может быть, в частности, применено в индивидуальных дозиметрах, при проведении радиационной разведки на следе облака ядерного взрыва или при ликвидации последствий радиационных аварий, а также при работе персонала с источниками ионизирующего излучения или обслуживании ядерных энергетических установок.

Газоразрядные счетчики определяют один из основных параметров индивидуального дозиметра: динамический диапазон измерения мощности дозы. При больших значениях мощности дозы ионизирующего излучения динамический диапазон ограничивается возрастающей погрешностью измерений, обусловленной нелинейностью частотной зависимости газоразрядных счетчиков от мощности дозы.

Известен способ измерения мощности дозы и устройство для его осуществления (Nuclear Instrument and Method, V.189, №2,3, 1981, c.503-509, A.R. Jones, R.M. Holford). Способ заключается в том, что формируют дополнительный сигнал каждый раз, когда интервал между сигналами газоразрядного счетчика становится меньше фиксированного промежутка времени, значение которого выбирают большим мертвого времени газоразрядного счетчика. Устройство, реализующее этот способ, содержит последовательно соединенные узел питания газоразрядного счетчика, газоразрядный счетчик, усилитель и формирователь. Выход формирователя соединен с первым входом схемы И-НЕ, а выход усилителя соединен со вторым входом схемы И-НЕ и посредством первой дифференцирующей цепочки связан с первым входом схемы ИЛИ-НЕ, а выход схемы И-НЕ через вторую дифференцирующую цепочку связан со вторым входом схемы ИЛИ-НЕ. Выход схемы ИЛИ-НЕ соединен со входом узла регистрации. Задний фронт сигнала с усилителя запускает формирователь, сигнал с выхода которого поступает на первый вход схемы И-НЕ. Длительность сигнала формирователя выбирают больше мертвого времени газоразрядного счетчика. Если до окончания сигнала формирователя приходит второй сигнал с газоразрядного счетчика, тогда он пропускается схемой И-НЕ. Поскольку первая дифференцирующая цепочка пропускает передний фронт сигнала газоразрядного счетчика на первый вход схемы ИЛИ-НЕ, а вторая дифференцирующая цепочка пропускает задний фронт сигнала с выхода схемы И-НЕ, поэтому на выходе схемы ИЛИ-НЕ происходит сложение сигналов газоразрядного счетчика и дополнительных сигналов досчета. Однако такой способ не дает возможность существенно увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы, поскольку на каждые два сигнала газоразрядного счетчика формируется не более одного дополнительного сигнала досчета. При этом устройство отличается повышенными сложностью и массогабаритными характеристиками.

Известен также способ измерения мощности дозы и устройство для его осуществления (FR 2531784, G01T 1/18, 1984 г.). Способ заключается в том, что значение мертвого времени газоразрядного счетчика выражают в двоичном кодированном виде, вводят его в память, производят счет сигналов газоразрядного счетчика в течение заданного периода времени и вычисляют скорректированную частоту сигналов по формуле:

no=n/{1-n·τ),

где

no - скорректированная частота сигналов;

n - частота сигналов газоразрядного счетчика;

τ - мертвое время газоразрядного счетчика.

По вычисленному значению скорректированной частоты определяют мощность дозы. Устройство, реализующее этот способ, включает в себя последовательно соединенные узел питания газоразрядного счетчика, газоразрядный счетчик, усилитель-формирователь, последовательно-параллельный регистр, микропроцессорное устройство и индикатор, а также включает в себя схему цифрового кодирования, подключенную к микропроцессорному устройству. Основным недостатком известного способа является необходимость определять значение мертвого времени газоразрядного счетчика, которое изменяется при увеличении частоты сигналов, что приводит к значительному увеличению погрешности, ограничивая динамический диапазон измерения мощности дозы.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения мощности дозы гамма-излучения и устройство для его осуществления (US 4605859, G01T 1/18, 1986 г.). Способ заключается в том, что особым образом регулируют напряжение питания газоразрядного счетчика и одновременно измеряют интервал времени между моментом изменения напряжения питания и моментом поступления сигнала газоразрядного счетчика. Величина, обратная среднему значению интервала, измеренному за фиксированный период, равна частоте сигналов газоразрядного счетчика, а поскольку при этом исключено мертвое время газоразрядного счетчика, указанная частота сигналов и есть скорректированная частота сигналов газоразрядного счетчика. Устройство, реализующее данный способ, включает в себя газоразрядный счетчик, вход которого через высоковольтный переключатель соединен с первым и вторым выходами узла питания газоразрядного счетчика, а выход через усилитель-формирователь связан со входом устройства управления, выход которого соединен с первым входом счетчика сигналов и входом управления высоковольтного переключателя. Второй вход счетчика сигналов соединен с выходом генератора, а выход счетчика сигналов и вход табло соединены с первым выходом микропроцессорного устройства, к второму выходу которого подсоединен вход управлении устройства управления.

Основными недостатками известного способа являются недостаточное увеличение динамического диапазона измерения мощности дозы, а также сложность устройства, реализующего этот способ. Ограничение диапазона измерения мощности дозы обусловлено увеличением погрешности измерения интервала времени между моментом изменения напряжения питания и моментом поступления сигнала газоразрядного счетчика при уменьшении указанного интервала до нескольких микросекунд, а сложность устройства - необходимостью в течение менее чем одной микросекунды изменять напряжение примерно на 100 В. Для этого требуется дополнительно вводить в состав устройства высоковольтный переключатель и устройство управления, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы дозиметра.

Задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение динамического диапазона измерения мощности дозы с помощью газоразрядного счетчика, обеспечение измерений в большом диапазоне мощности дозы посредством одного детектора без необходимости введения в устройство второго детектора, упрощение устройства, уменьшение его габаритных размеров и массы.

Техническим результатом от применения изобретения является увеличение верхнего предела диапазона измерения мощности дозы до значений более чем в тысячу раз, превышающих верхний предел диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, и упрощение устройства, реализующего данный способ, уменьшение его массогабаритных характеристик.

Поставленная цель достигается следующим образом: питание на газоразрядный счетчик подается от генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). В момент достижения на выходе ГЛИНа напряжения, равного напряжению начала счета, счетчик становится чувствительным к ионизирующему излучению. При этом, если гамма-квант попадает в счетчик сразу же в этот момент времени, то величина электрического импульса, сформировавшегося на положительном электроде счетчика, будет минимальной. Если же гамма-квант попадет в счетчик несколько позже, то на выходе ГЛИНа и, соответственно, на электроде счетчика в этот момент времени напряжение будет выше, чем напряжение начала счета и следствием этого будет то, что амплитуда импульса с выхода счетчика составит величину, равную разности между напряжением ГЛИНа в момент прихода гамма-кванта и напряжением начала счета.

Очевидно, что чем больше запаздывание гамма-кванта, тем больший импульс будет наблюдаться на газоразрядном счетчике.

Сформированные таким образом импульсы с газоразрядного счетчика поступают на двухуровневую пороговую схему. Уровень первого порога настроен на регистрацию минимальных сигналов, возможных при регистрации гамма-кванта, и должен обеспечивать отсекание шумов. Второй пороговый уровень регулируется в пределах нескольких вольт.

Выходные сигналы пороговой схемы поступают на логическую схему антисовпадений, которая вырабатывает импульс в том только случае, когда сигнал газоразрядного счетчика превысит уровень первого порога и не достигнет уровня второго порога. То есть на результирующий счет не проходят малые импульсы шумов и наоборот, большие импульсы газоразрядного счетчика, сформированные гамма-квантами, пришедшими с запозданием, или другими словами - по истечению некоторого разрешенного интервала времени. Этот интервал времени, в свою очередь, определяется уровнем второго порога и скоростью нарастания выходного напряжения ГЛИНа.

Изменяя напряжение второго порога, можно менять разрешенный интервал времени и, тем самым, регулировать количество зарегистрированных гамма-квантов при одной и то же мощности дозы. Тем самым можно осуществлять окончательную подстройку градуировки всего прибора.

При любом срабатывании пороговой схемы напряжение ГЛИНа обнуляется или устанавливается на начальный низкий уровень, величина которого ниже рабочего напряжения газоразрядного счетчика. Повторное включение ГЛИНа осуществляется с постоянной частотой, независимо от момента попадания гамма-кванта в газоразрядный счетчик.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что временной фильтр реализован не с использованием таймера, что технически сложно, а на двух триггерах Шмитта, являющихся основой пороговой схемы.

Привязка разрешенного интервала времени к моменту начала работоспособности газоразрядного счетчика происходит автоматически без использования каких-либо дополнительных следящих схем.

Кроме того, наличие мертвого времени у газоразрядного счетчика не оказывает никакого влияния на чувствительность схемы, так как все восстановительные процессы в счетчике происходят во время паузы между срабатываниями ГЛИНа.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемые устройство и способ дают возможность увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы на 3 порядка, а также позволяют упростить устройство.

Способ измерения высоких уровней мощности дозы гамма-излучения, заключающийся в том, что измерения проводят с применением газоразрядного счетчика, питающегося от источника линейно изменяющегося высокого напряжения, отличающийся тем, что сформированные на счетчике импульсы при регистрации гамма-кванта поступают на пересчетную схему после амплитудной дискриминации, осуществляемой двухуровневой пороговой схемой.



 

Похожие патенты:

Использование: для преобразования воздействия ионизирующего излучения в электрический сигнал. Сущность изобретения заключается в том, что на полированной пластине, вырезанной из слитка сверхчистого кремния n-типа проводимости формируется сенсор, для чего последовательно производятся первая химическая отмывка пластины в растворе поверхностно активных веществ, содержащих комплексоны, формирование слоя окисла кремния термическим окислением в атмосфере сухого кислорода с добавлением хлорсодержащих компонентов, имплантация ионов примеси р-типа проводимости в рабочую сторону пластины и ионов примеси n-типа проводимости в нерабочую сторону пластины при температуре не менее 50°С с энергией имплантации не более 200 кэВ и с дозой имплантации не более 1000 мкКл/см2, повторная химическая отмывка пластины в растворе поверхностно активных веществ, содержащих комплексоны, формирование слоя окисла кремния термическим окислением в атмосфере сухого кислорода с добавлением хлорсодержащих компонентов, повторная имплантация ионов примеси р-типа проводимости в рабочую сторону пластин и ионов примеси n-типа проводимости в нерабочую сторону пластин при температуре не более 25°С с энергией имплантации не более 200 кэВ, нанесение слоя алюминия на обе стороны пластин, формирование омического контакта путем вжигания алюминия и осаждение пассивирующего покрытия на рабочую сторону пластин, а затем проведение двухстадийного постимлантационного отжига.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования ионизирующего излучения в электрический сигнал. Сущность изобретения заключается в том, что матричный сенсор (чувствительный элемент) ионизирующего излучения представляет собой p-i-n структуру, выполненную по планарной технологии.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике. Эмиссионный калориметр для измерения энергии частиц представляет собой сандвич из поглотителя и активных элементов, расположенных перпендикулярно падающим частицам, при этом активные элементы состоят из двух электродов, разделенных газовым зазором около 100 мкм при атмосферном давлении, один из электродов подключен к источнику напряжения порядка 50 кВ/см, а другой электрод подключен к блоку амплитудного анализа.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования ионизирующего излучения в электрический сигнал, измерение которого позволяет определить уровень радиации и набранную дозу гамма-, протонных, электронных и альфа-излучений.

Изобретение относится к космической технике, в частности для регистрации микрометеороидов и заряженных частиц ионосферы. Устройство контроля герметичности элементов конструкции космического аппарата содержит приемник ионов, установленный на расстоянии от контролируемой поверхности космического аппарата, спутниковый модем, устройство формирования сигнала, при этом спутниковый модем, устройство формирования сигналов и приемников ионов заключены в одном защитном корпусе, вход приемника ионов соединен с устройством формирования сигнала, выход которого соединен со входом спутникового модема, соединенного с антенной, фокусирующую сетку, прикрепленную к защитному корпусу, устройство ионизации потока газовых частиц, прикрепленное со стороны фокусирующей сетки к защитному корпусу, в защитном корпусе установлен фотоэлектронный умножитель, а на контролируемой поверхности космического аппарата установлен пьезодатчик, соединенный с помощью усилителя с устройством формирования сигнала, при этом на поверхности космического аппарата установлены измерительные антенны не менее трех штук, которые дополнительно снабжены антенными усилителями, соединенными с устройством формирования сигнала.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано в установках физики элементарных частиц и в исследованиях, проводимых ядерно-физическими методами в потоках заряженных частиц или рентгеновского излучения.

Изобретение относится к координатным газонаполненным детекторам излучения и может быть использовано в области экспериментальной физики, для работ в высокоинтенсивных потоках заряженных частиц, а также в геологии, археологии, а также для радиографического контроля и томографических исследований крупномасштабных объектов.

Изобретение относится к способу определения эффективных масс закладок делящегося вещества. .

Изобретение относится к ионизационным многопроволочным координатным детекторам и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для регистрации ядерного излучения.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике. .
Наверх