Способ ограничения регистрации энергий гамма-квантов

Авторы патента:

Зайцев Сергей Николаевич (RU)

Архипов Сергей Юрьевич (RU)

Васильев Артем Владимирович (RU)

Пагин Дмитрий Юрьевич (RU)

Орехов Роман Владимирович (RU)

G01T1/36 - измерение спектрального распределения рентгеновских лучей или корпускулярных излучений

Владельцы патента RU 2759328:

Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность способа ограничения регистрации энергий гамма-квантов заключается в том, что для реализации аппаратурного, а не программного ограничения спектра регистрируемых энергий гамма-квантов в заданных диапазонах в схему гамма-спектрометра между детектором и многоканальным анализатором импульсов дополнительно включают делитель сигнала и N одноканальных анализаторов, которые настраивают на требуемые диапазоны энергий гамма-квантов, где N - количество заданных диапазонов энергий гамма-квантов, которые необходимо регистрировать. Технический результат – регистрация энергии гамма-квантов в строго определенных диапазонах энергий. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно гамма-спектрометрам, и может быть использовано для решения актуальной задачи по ограничению доступа к конфиденциальной информации, представляемой в виде регистрируемых энергий гамма-квантов по всей полосе регистрации.

В ряде случаев необходимо ограничивать регистрацию энергий гамма-квантов в заданных диапазонах энергий. Например, при проведении инспекции на месте в рамках Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) необходимо ограничивать измерения установлением наличия или отсутствия гамма-излучающих радиоактивных продуктов, имеющих отношение к цели инспекции. Таким образом, используемые при этом гамма-спектрометры требуют модификаций и настройки для работы в ограниченном режиме. Представленный способ регистрации энергий гамма-квантов применяется в гамма-спектрометрах, где регистрируются энергии гамма-квантов в заданных диапазонах энергий. Энергии гамма-квантов в заданных диапазонах накапливаются, отображаются пользователю и позволяют проводить анализ с использованием стандартных процедур гамма-спектрометрии.

Современный гамма-спектрометр состоит из двух основных частей (фиг. 1): детектора (1) и многоканального анализатора импульсов (2), который, в свою очередь, состоит из трех основных блоков: аналого-цифрового преобразователя (3), программируемого блока управления и обработки информации (4), а также блока накопления информации (5), т.е. памяти, содержащей итоговый спектр энергий гамма-квантов.

Для ограничения доступа к конфиденциальной информации, представляемой в виде спектра регистрируемых энергий гамма-квантов по всей полосе регистрации, применяются различные способы. Наиболее простым решением было бы дополнение гамма-спектрометра программным блоком, обнуляющим содержимое каналов полного накопленного спектра энергий гамма-квантов вне заданных диапазонов энергий.

Например, в статье, опубликованной 26.06.2017 г. в Центре ядерных исследований, Израиль, автор Авив, «Метод прикладных измерительных ограничений в детекторе» [1], описан способ ограничения спектральных данных с помощью электронного программируемого ящика «Lynx» и персонального компьютера.

В докладе, представленном 30.06.2003 г. на Семинаре №9 по инспекциям на месте, г. Хиросима Япония, авторы Ю.В. Дубасов, Е.И. Бирюков, С.И. Богачев «Развитие программного обеспечения для гамма-спектрометров с высоким разрешением при ограничении энергии измерения» [2], описан способ по регистрации только определенных радионуклидов в измерениях гамма-спектрометра, без полной гамма-спектральной регистрации. Данный способ реализован с помощью программного обеспечения «WINSPECTRA».

Данные способы можно принять в качестве способов-прототипов.

Указанные способы-прототипы полностью регистрируют спектр энергий гамма-квантов по всей полосе регистрации, а затем с помощью программного обеспечения ограничивают спектр по заданным диапазонам энергий. Основной недостаток способов - прототипов состоит в том, что с помощью специализированного программного обеспечения и проведения ряда операций возможно вернуться от ограниченного спектра регистрируемых энергий гамма-квантов к исходному, содержащему полную информацию.

Сущность способа заключается в разработке аппаратурного, а не программного ограничения спектра регистрируемых энергий гамма-квантов только в заданных диапазонах энергий.

Технический результат достигается тем, что для ограничения регистрируемых энергий гамма-квантов в заданных диапазонах энергий между детектором (1) и многоканальным анализатором импульсов (2) помещают делитель сигнала (6) (по амплитуде или по времени) и N одноканальных анализаторов (7), которые настраиваются на требуемые диапазоны энергий, где N - количество заданных диапазонов энергий гамма-квантов.

Способ заключается в выполнении следующих операций:

1. В схему стандартного гамма-спектрометра дополнительно между детектором (1) и многоканальным анализатором импульсов (2) включают:

- делитель сигнала по амплитуде (6) (последовательно соединенные сопротивления идентичного номинала) или делитель сигнала по времени (6) -электромеханический переключатель (реле, например, шаговый искатель);

- N одноканальных анализаторов (7), по числу диапазонов энергий гамма-квантов - аналоговые приборы, пропускающие сигналы, только укладывающиеся по амплитуде в пределах значений между задаваемыми дискриминаторами верхнего и нижнего уровней.

2. Одноканальные анализаторы (7) настраиваются на заданные диапазоны энергий гамма-квантов.

Сущность способа представлена на фиг. 2.

На фиг. 1 представлена схема гамма-спектрометра без ограничения спектра регистрируемых энергий гамма-квантов, на которой обозначены: детектор (1), многоканальный анализатор импульсов (2), аналого-цифровой преобразователь (3), блок управления и обработки спектров (4), блок накопления информации (5) (спектров).

На фиг. 2 представлена схема гамма-спектрометра с аппаратурным ограничением спектра регистрируемых энергий гамма-квантов по заданным диапазонам энергий, которая включает в себя детектор (1), многоканальный анализатор импульсов (2), делитель сигнала (6) (омический или электромеханическое реле (шаговый искатель)), одноканальный анализатор (7) для заданного диапазона энергии, состоящий из дискриминатора нижнего уровня и дискриминатора верхнего уровня.

Данный способ позволяет регистрировать энергию гамма-квантов в строго определенных диапазонах энергий, что актуально при проведении инспекционных мероприятий, в рамках контроля соблюдения различных международных договоров, например при проведении инспекций на месте в рамках ДВЗЯИ.

Список источников

1. Aviv, A method for applying measurement restrictions in a HPGe detector. // Soreq Nuclear Research Centre, Israel, 2017.

2. E.I. Biryukov, S.I. Bogachev, Yu. V. Dubasov, Software Development for High-Resolution Gamma Spectrometer with Restricting Gamma-Ray Spectrometry. // OSI Workshop-9, Hiroshima, Japan. 2003.

3. B.B. Кадилин, В.Ю. Милосердин, B.T. Самосадный, Прикладная ядерная физика. // МИФИ, Москва, 2007.

Способ ограничения регистрации энергий гамма-квантов, заключающийся в поглощении детектором гамма-спектрометра энергий гамма-квантов по всей полосе регистрации и преобразовании энергий гамма-квантов в токовые импульсы, подаче выходных токовых импульсов на вход многоканального анализатора импульсов, в котором осуществляется измерение амплитуды импульсов и регистрация импульсов в памяти многоканального анализатора, а также ограничение спектра зарегистрированных гамма-квантов по заданным диапазонам энергий, отличающийся тем, что для реализации аппаратурного, а не программного ограничения спектра регистрируемых энергий гамма-квантов в заданных диапазонах в схему гамма-спектрометра между детектором и многоканальным анализатором импульсов дополнительно включают делитель сигнала и N одноканальных анализаторов, которые настраивают на требуемые диапазоны энергий гамма-квантов, где N - количество заданных диапазонов энергий гамма-квантов, которые необходимо регистрировать.

Изобретение относится к альфа-спектрометрическому способу определения изотопного состава урана в сернокислых технологических растворах, заключающемуся в предварительном выделении урана из пробы, приготовлении счетного образца методом электролитического осаждения урана на подложку из коррозионно-стойкой стали, калибровке альфа-спектрометра по энергии регистрируемых альфа-частиц, измерении спектра альфа-излучения полученного счетного образца, расчете площадей пиков альфа-излучения изотопов урана в предварительно заданных энергетических интервалах, причем предварительное выделение урана из пробы осуществляют непосредственно из сернокислотного технологического раствора путем сорбции на анионите с пиридиновыми группами с последующей десорбцией урана раствором десорбции урана, содержащим нитрат натрия (NaNO3) и серную кислоту (H2SO4).

Мишень тормозного излучения электронного ускорителя // 2714883

Изобретение относится к мишени тормозного излучения электронного ускорителя. Мишень содержит расположенные последовательно по ходу излучения, входной и выходной коллиматоры с проходными отверстиями на оси и размещенный между ними конвертер тормозного излучения, выполненный из материала с толщиной, обеспечивающей максимальный выход ТИ в направлении прохождения пучка, и канал охлаждения.

Криогенный спектрометр // 2710095

Изобретение относится к спектрометрам ионизирующих излучений. Криогенный спектрометр содержит полупроводниковый детектор ионизирующих излучений, электронные модули, криостат, устройство перемещения детектора, электронные модули содержат модули обработки сигналов, вход которых подключен к полупроводниковому детектору ионизирующих излучений, а также модуль сохранения оцифрованных сигналов, вход которого подключен к выходу модулей обработки сигналов, криостат включает в себя криогенный сосуд.

Способ гамма-радиографической интроскопии // 2680849

Изобретение относится к области радиографической интроскопии, точнее к гамма-радиографической интроскопии массивных деталей и заготовок из тяжелых металлов. Способ гамма-радиографической интроскопии дополнительно содержит этапы, на которых располагают детекторы на минимальном расстоянии между собой, а изображение просвечиваемого объекта формируют путем накопления координат взаимодействий с тонким координатным детектором-рассеивателем тех прошедших через просвечиваемый объект гамма-квантов, которые одновременно оставили в обоих детекторах суммарную энергию, равную исходной, причем независимо от места поглощения в толстом детекторе полного поглощения гамма-квантов, комптоновски рассеянных тонким детектором.

Способ гамма-радиографической интроскопии // 2680849

Спектрометр ионизирующих излучений // 2673419

Изобретение относится к спектрометрам ионизирующих излучений. Спектрометр ионизирующих излучений содержит германиевый полупроводниковый детектор, устройство перемещения детектора, криостат для охлаждения детектора с помощью жидкого азота, электронные модули обработки и сохранения сигналов, принятых от детектора, контроллер, ультразвуковой дальномер.

Сцинтилляционный гамма-спектрометр // 2646542

Изобретение относится к области сцинтилляционных γ-спектрометров, точнее к спектрометрам энергий на основе сцинтилляторов NaI:Tl, CsI:Tl, CsI:Na, LaCl3:Ce и других, характеризующихся многокомпонентными световыми вспышками с сильной зависимостью постоянных времени высвечивания от температуры кристалла.

Стабилизация спектра с использованием двух точек // 2606697

Изобретение относится к области плотностного каротажа. Сущность изобретения заключается в том, что гистограмма включает в себя множество каналов, которые имеют соответствующие номера каналов, с номером первого канала, представляющим первый пик, который ассоциируется с известной энергией (EA) первого пика.

Способ подавления лавинного шума в спектрометрах с медленными сцинтилляторами и кремниевыми фотоумножителями // 2597668

Изобретение относится к сцинтилляционным спектрометрам ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что сцинтилляционные сигналы и лавинные шумовые импульсы с выхода кремниевого фотоумножителя, прежде чем они попадут на интегратор сцинтилляционных импульсов, разветвляют в основной и вспомогательный каналы и при этом во вспомогательном канале, пользуясь значительным, не менее чем 10-кратным отличием в длительностях сцинтилляционных и лавинных шумовых импульсов, производят укорачивание сцинтилляционных импульсов до длительности, соизмеримой с длительностью исходных лавинных шумовых импульсов, а затем, с помощью нелинейных или время-вариантных преобразований, выделяют модифицированные шумовые импульсы, масштабируют их таким образом, чтобы их площади соответствовали площадям исходных лавинных шумовых импульсов, и подают их на суммирование со сцинтилляционными сигналами и лавинными шумовыми импульсами первого канала с полярностью, противоположной полярности лавинных шумовых импульсов в основном канале, после чего полученный аддитивный поток сцинтилляционных сигналов и лавинных шумовых импульсов из основного канала и модифицированных шумовых импульсов вспомогательного каналов подают на вход интегратора сцинтилляционных сигналов, где происходит окончательная попарная компенсация лавинных шумовых импульсов, прошедших по обоим каналам.

Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра // 2593617

Изобретение относится к гамма-спектрометрам с неорганическими сцинтилляторами, имеющими зависимость световыхода от энергии образованных в них гамма-квантами вторичных электронов. Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра включает преобразование с помощью фотосенсора образуемых гамма-квантами в неорганическом сцинтилляторе световых вспышек в пропорциональные им электрические импульсы, обработку этих импульсов в спектрометрическом тракте, обеспечивающую измерение неискаженных наложениями параметров импульсов пропорциональных энергии сцинтилляционных вспышек и формирование в электронной памяти спектрометра аппаратурного спектра, при этом гамма-кванты регистрируют сборкой из нескольких оптически изолированных между собой сцинтилляторов с индивидуальными фотосенсорами, при этом размеры сцинтилляторов, входящих в сборку, выбирают настолько малыми, чтобы образуемые первичными гамма-квантами вторичные гамма-кванты не поглощались в данном сцинтилляторе, а преимущественно покидали его объем и детектировались другими, соседними сцинтилляторами, составляющими сборку, причем импульсы, обусловленные однократным взаимодействием гамма-квантов со сцинтилляторами в сборке, используют для формирования аппаратурного спектра, а те, которые возникли одновременно на выходах двух и более фотосенсоров, соответствующих соседним сцинтилляторам, исключают из процесса формирования аппаратурного спектра.