CS257998B1

CS257998B1 - Device for determining the amount of energy absorbed in the accelerated electron irradiated material

Info

Publication number: CS257998B1
Application number: CS867067A
Authority: CS
Inventors: Karel Vacek; Antonin Glanc; Stanislav Safrata
Original assignee: Karel Vacek; Antonin Glanc; Stanislav Safrata
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1988-07-15
Also published as: CS706786A1

Abstract

V ozařovaném materiálu je třeba měřit množství pohlcené energie při jeho průchodu ozařovací zónou. Zařízení má pro tento účel uspořádána na vstupu do ozařovací zóny a na výstupu z ní pyroelektrická čidla, která jsou směrována k transportní dráze. Pyroelektrická čidla jsou přes selektivní zesilovače připojena k ústrojí pro vyhodnocení přírůstku teploty. Zařízení funguje na základě poznatku, že přírůstek teploty ozařovaného materiálu je úměrný množství pohlcené energie urychlených elektronů.The amount of energy absorbed in the irradiated material as it passes through the irradiation zone must be measured. For this purpose, the device has pyroelectric sensors arranged at the entrance to the irradiation zone and at the exit from it, which are directed towards the transport path. The pyroelectric sensors are connected to a device for evaluating the temperature increase via selective amplifiers. The device operates on the basis of the knowledge that the temperature increase of the irradiated material is proportional to the amount of energy absorbed by the accelerated electrons.

Description

Vynález se týká zařízení pro stanovení množství pohlcené energie v materiálu ozařovaném urychlenými elektrony, jejichž působením se záměrně vyvolávají změny fyzikálních, chemických a biologických vlastností ozařovaných materiálů. Stanovení množství pohlcené energie je základním požadavkem technologických postupů, kde se elektronové ozařování užívá, nebot rozsah vyvolaných změn je úměrný množství pohlcené energie.The present invention relates to a device for determining the amount of energy absorbed in a material irradiated by accelerated electrons, the action of which deliberately induces changes in the physical, chemical and biological properties of the irradiated materials. Determination of the amount of energy absorbed is an essential requirement of technological processes where electron irradiation is used, since the magnitude of the induced changes is proportional to the amount of energy absorbed.

Je již známo více druhů zařízení pro stanovení množství pohlcené energie při ozařování materiálu urychlenými elektrony. Za dosud nejpřesnější se pokládá zařízeni využívající kalorimetrické metody. V tomto zařízení se měří rozdíly teplot před a po ozáření pomocí termoělánku nebo termistoru vloženého do kalorimetrického tělesa. Z tabelované nebo jinak zjištěné hodnoty tepelné kapacity kalorimetrického tělesa se pak vypočte množství pohlcené energie.A number of devices for determining the amount of energy absorbed by irradiated material with accelerated electrons are already known. The device using the calorimetric method is considered to be the most accurate so far. In this apparatus, temperature differences are measured before and after irradiation using a thermocouple or thermistor embedded in a calorimetric body. The energy absorbed is then calculated from the tabulated or otherwise determined heat capacity value of the calorimetric body.

Množství pohlcené energie v ozařovaném materiálu je dále známo měřit za pomocí dosimetric ké fólie, chemického dosimetru anebo cestou zjištování intensity proudu urychlených elektronů, což jsou většinou opatření méně přesná, citlivá k vedlejším účinkům, vyhodnotitelná jen se zpožděním a použitelná pouze v omezeném rozsahu pohlcené energie. Mimo to bývá složení ozařovaného materiálu a dosimetru či kalorimetrického tělesa odlišné a je nutno výpočtem provádět pouze přibližné opravy na rozdílné brzdné schopnosti různých materiálů vůči urychleným elektronům. Chyby a nepřesnosti vnášené těmito opravami mohou dosahovat až desítky procent od správné hodnoty.The amount of energy absorbed in the irradiated material is further known to be measured by a dosimetric film, a chemical dosimeter or by means of detecting the intensity of the accelerated electron current, which are usually less accurate, susceptible to side effects, evaluable only with delay and usable only to a limited extent . In addition, the composition of the irradiated material and the dosimeter or calorimetric body is different and only the approximate corrections to the different braking ability of different materials against accelerated electrons need to be calculated. The errors and inaccuracies introduced by these fixes can be up to tens of percent from the correct value.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro stanovení množství pohlcené energie v materiálu ozařovaném urychlenými elektrony při průchodu jeho transportní dráhy ozařovací zónou podle tohoto vynálezu, jehož podstata vynálezu spočívá v tom, že na vstupu do ozačovací zóny a na výstupu z ní jsou uspořádána pyroelektrická čidla směrovaná k transportní dráze a připojená přes impedanční převodníky a selektivní zesilovače k ústrojí pro vyhodnocování přírůstku teploty.These drawbacks are overcome by a device for determining the amount of energy absorbed in the material irradiated by accelerated electrons as it passes through its transport path through the irradiation zone of the present invention, which consists in providing pyroelectric sensors directed towards the inlet and outlet of the treatment zone. a transport path and connected via impedance converters and selective amplifiers to a temperature increment evaluation device.

Výhody uvedeného řešení spočívají v kontinuálním měření pohlcené energie při nepřetržitém ozařování materiálu v pásech a trubicích, jakož i upraveném do podoby kabelů apod.The advantages of this solution consist in the continuous measurement of the energy absorbed by the continuous irradiation of the material in strips and tubes as well as in the form of cables and the like.

Dále je výhodné, že výstupní signál v elektronické formě může být využit k přímé regulaci technologie a režimu ozařování v reálném čase.It is further advantageous that the output signal in electronic form can be used to directly control the technology and the irradiation mode in real time.

Na výkrese je zobrazeno příkladné provedeni kde na obr. 1 je schematicky základní uspořádání zařízení ke stanovení množství energie pohlcené v materiálu ozařovaném urychlenými elektrony, na obr. 2 je blokové schéma elektronického zapojení pro toto zařízení a na obr. 3 je opět schematicky zobrazena varianta zařízení s pomocným ozařovaným materiálem.In the drawing, an exemplary embodiment is shown in which: Figure 1 schematically illustrates a basic arrangement of an apparatus for determining the amount of energy absorbed in a material irradiated by accelerated electrons; Figure 2 shows a block diagram of an electronic circuit for this apparatus; with irradiated auxiliary material.

Jako je patrno z obr. 1, probíhá ozařovaný materiál 2 po transportní dráze 9, přičemž na výstupu rozmítacího zařízení 2 urychlených elektronů prochází ozařovací zónou 4_. Po obou stranách rozmítacího zařízeni 2 urychlených elektronů jsou uspořádána pyroelektrická čidla 3, 3Q, směrovaná k transportní dráze ji.As can be seen from FIG. 1, the irradiated material 2 runs along the transport path 9, passing through the irradiation zone 4 at the exit of the accelerated electron scan device 2. On both sides of the accelerated electron scan device 2, pyroelectric sensors 3, 30 directed towards the transport path are provided.

Zařízení účinkuje tak, že předním pyroelektrickým čidlem 2 ^se měří intensita infračerveného záření vysílaného ozařovaným materiálem 2 na vstupu do ozařovací zóny 4, kdežto zadním pyroelektrickým čidlem 3' se měří intensita infračerveného záření vysílaného ozařovaným materiálem 2 na výstupu z ozařovací zóny 4. Rozdíl obou měřených intensit infračerveného zářeni lze matematicky vyjádřit jako funkci množství pohlcené energie urychlených elektronů v ozařovaném materiálu 2.The device works by leading two pyroelectric sensor ^measuring intensity of infrared radiation emitted by the irradiated material 2 at the inlet to an irradiation zone 4, whereas the rear pyroelectric sensor 3 'is measured by the intensity of the infrared radiation emitted by the irradiated material 2 at the exit from the irradiation zone 4. The difference of the two measured the intensity of infrared radiation can be mathematically expressed as a function of the amount of energy absorbed by the accelerated electrons in the irradiated material 2.

Vzhledem k tomu, že pyroelektrická čidla 2» 3' pracují trvale a s okamžitou odezvou na infračervené záření, lze snadno registrovat každou nepravidelnost v toku urychlených elektronů a vhodně zavedeným zpětnovazebním signálem příslušnou chybu opravit.Since the pyroelectric sensors 2 ' 3 ' operate continuously and with immediate response to infrared radiation, any irregularity in the accelerated electron flux can be easily detected and a corresponding error corrected by an appropriately introduced feedback signal.

Základní elektrické zapojení podle obr. 2 pro uvedené zařízení obsahuje dva impedanční převodníky 7, 7' připojené vstupy k pyroelektrickým čidlům 2, 2' ^a výstupy k selektivním zesilovačům 2> · Výstupy selektivních zesilovačů 2, 1 jsou zavedeny do ústrojí 2 pro vyhodnocování přírůstku teploty.The basic electrical circuit according to FIG. 2 for said device comprises two impedance converters 7, 7 'connected by inputs to pyroelectric sensors 2, 2' ^and outputs to selective amplifiers 2. · The outputs of selective amplifiers 2, 1 are introduced into the temperature increment evaluation device 2. .

Elektrioké signály z pyroelektrických čidel 2, 3' jsou v impedančních převodnících 2» 2” upraveny do nízkoimpedančního stavu, odolnějšího proti rušení vnějšími vlivy a snáze zpracovatelného, načež jsou zesíleny v selektivních zesilovačích 2, 2*· Ostrojí 2 pro vyhodnocování přírůstku teploty zpracovává trvale oba výstupní signály ze selektivních zesilovačů 2» 2 cestou fyzikálního modelování matematické funkce, vyjadřující vztah mezi intensitou infračerveného záření a odpovídající teplotou ozařovaného materiálu 2.The electrical signals from pyroelectric sensors 2, 3 'in the 2 »2” impedance transducers are adjusted to a low impedance state, more resistant to external interference and easier to process, then amplified in selective amplifiers 2, 2 * · both output signals from selective amplifiers 2 »2 by physical modeling of the mathematical function, expressing the relationship between the intensity of infrared radiation and the corresponding temperature of the irradiated material 2.

Je-li známý i vztah mezi přírůstkem teploty ozařovaného materiálu 2 a množstvím pohlcené energie urychlených elektronů, lze odečítat na ukazateli ústrojí 2 pro vyhodnocování přírůstku teploty přímo velikost dávky pohlceného záření urychlených elektornů.If the relationship between the temperature increase of the irradiated material 2 and the amount of energy absorbed by the accelerated electrons is also known, the dose rate of the absorbed radiation of the accelerated electrons can be read directly on the indicator of the temperature gain evaluation device 2.

Namísto selektivních zesilovačů 8, 2 mohou být jako funkčně ekvivalentní technický prostředek použity neznázorněné obvody synchronní detekce, které mohou zpracovávat střídavé signály vysílané z pyroelektrických čidel 2> 2*· Tato pyroelektrické čidla 2> 2*3^alc známo potřebuji ke správné technické funkci periodicky přerušovaný tepelný tok, čehož se dosahuje obvykle elektromechanickým přerušovačem, který na výkrese není znázorněn.Instead of selective amplifiers 8, 2, functionally equivalent technical means (not shown) of synchronous detection circuits which can process alternating signals transmitted from pyroelectric sensors 2> 2 * may be used as functionally equivalent technical means. These pyroelectric sensors 2> 2 * 3 ^{alc are} known heat flux, which is usually achieved by an electromechanical interrupter, not shown in the drawing.

Elektromechanický přerušovač může ovšem souběžně poskytovat také elektrické synchronisační impulsy pro spouštění obvodů synchronní detekce, které pracují pouze při příchodu signálů, z pyroelektrických čidel 2, 2 ^av^ak jsou neúčinné v době mezi těmito signály, čímž se potlačuje rušení, šumy, neužitečné náhodné impulsy atd. Podobně účinkují i selektivní zesilovače 2, 2' které z celého spektra elektrických frekvencí na svém vstupu reagují pouze na signály o frekvenci shodné s nastavenou frekvencí elektromagnetického přerušovače, kdežto náhodné signály na jiných frekvencích nezesiluji.The electromechanical circuit breaker may, however, simultaneously also provide electrical synchronisační pulses for triggering circuit synchronous detection, which only at the arrival of signals from the pyroelectric sensor 2, 2 ^and ^ and are ineffective in the time between these signals, thereby suppressing interference noises useless random pulses etc. Similarly, selective amplifiers 2, 2 'which, from the whole spectrum of electrical frequencies at their input, only respond to signals with a frequency identical to the set frequency of the electromagnetic interrupter, while random signals at other frequencies do not amplify.

Při rozhodování mezi použitím selektivních zesilovačů 2, 2 nebo obvodů synchronní detekce je třeba mít na zřeteli, že obvody synchronní detekce účinněji vylučují ze zpracování rušivé impulsy přicházející v době mezi signály z pyroelektrických čidel 2, 2» což 3® však vyváženo složitostí jejich připojení k elektromechanickému přerušovači a zajištění dlouhodobé stability jejich synchronního řízení.When deciding between using selective amplifiers 2, 2 or synchronous detection circuits, it should be borne in mind that synchronous detection circuits more efficiently eliminate interfering pulses coming in between signals from pyroelectric sensors 2, 2 »which is balanced by the complexity of their connection to electromechanical breaker and ensure long-term stability of their synchronous control.

V některých případech dochází působením urychlených elektronů na ozařovaný materiál 2 ke změnám jeho fyzikálních, chemických nebo biologických vlastností, v důsledku čehož mezi množstvím pohlcené energie a změnou teploty ozařovaného materiálu 2 může vzniknout velice složitý a matematicky nesnadno popsatelný vztah. Tak se mohou inicialisovat v ozařovaném materiálu 2 řetězové reakce jako polymerisace, oxidace aj.In some cases, the accelerated electrons on the irradiated material 2 change its physical, chemical or biological properties, and as a result a very complex and mathematically difficult to describe relationship can occur between the amount of energy absorbed and the temperature change of the irradiated material 2. Thus, chain reactions such as polymerization, oxidation, etc. can be initiated in the irradiated material 2.

Pro tyto případy je vhodná varianta zařízení podle obr. 3, kde souběžně s ozařovaným materiálem 2,_ vykazujícím výše zmíněné složité odezvy na pohlcování energie urychlených elektronů, je veden na transportní dráze 2 pomocný ozařovaný materiál 2, výhodně kovový pásek, na který jsou zaměřena obě pyroelektrické čidla 3, 3'· známo, že energie pohlcená při ozařováni kovů urychlenými elektrony se beze zbytku mění v teplo. Pyroelektrické čidla 2< 2 ^v takovém případě měří intensitu infračerveného záření vysílaného z pomocného ozařovaného materiálu 2 ^na vstupu do ozačovací zóny 4 a na výstupu z ní.For these cases, a variant of the device according to FIG. 3 is suitable, wherein, in parallel to the irradiated material 2 having the above-mentioned complex responses to the energy absorption of the accelerated electrons, an auxiliary irradiated material 2, preferably a metal strip, is targeted. both pyroelectric sensors 3, 3 'are known that the energy absorbed by irradiation of metals with accelerated electrons is completely converted into heat. ^In this case, the pyroelectric sensors 2 < 2 measure the intensity of the infrared radiation emitted from the irradiated auxiliary material 2 ^{at the} inlet and outlet of the marking zone 4.

Z obdržených signálů pyroelektrických čidel 2< 2 ^se snadno vyhodnotí energie pohlcená v pomocném ozařovaném materiálu 2 ^a odtud se na základě známých nebo experimentálně zjištěných vztahů určí velikost dávky zářeni pohlceného v ozařovaném materiálu 2·From the received signals of the pyroelectric sensors 2 <2 ^{, the} energy absorbed in the irradiated auxiliary material 2 ^is readily evaluated ^{and the} dose of radiation absorbed in the irradiated material 2 is determined based on known or experimentally established relationships.

Claims

Apparatus for determining the amount of energy absorbed in a material irradiated by accelerated electrons as its transport path passes through an irradiation zone, characterized in that pyroelectric sensors (3, 3 ') directed towards the transport zone are arranged at the inlet and outlet of the irradiation zone (4). and connected via impedance transducers (7, 7 ') and selective amplifiers (8, 87) to the temperature increment evaluation device (9).