RU2000582C1 - Спектрометр-дозиметр - Google Patents

Abstract

Область использовани :  дерна  физика и  дерна  электроника, а именно спектрометри  и дозиметри   дерных излучений, может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах. Суть изобретени : дл  повышени  информативности , увеличени  динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений производитс  одновременна  регистраци  всех видов радиоактивного излучени , а также введение в систему Д Е-Е на полупроводниковых детекторах экрана-заслонки, узла стробируе- мых буферных усилителей, выходы которых соединены с входами буферного регистра, выходы которого соединены с общей шиной центрального процессорного устройства, а выходы аналогово-цифровых преобразователей подсоединены к входам узла строби- руемых буферных усилителей. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к области  дерной физики и  дерной электроники, а именно к спектрометрии и дозиметрии  дерных излучений, и может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах .

Известен спектрометр-идентификатор, содержащий Д Е и Е-детекторы и позвол ющий идентифицировать зар женные частицы с помощью блока пам ти с записанными в него кодами, соответствующими энергетическому интервалу и типу регистрируемой частицы. Также известен

дозиметр с применением пластины из монокристалла , изгиб которой зависит от регист- рируемой дозы и с применением полупроводниковых детекторов.

Однако спектрометр-идентификатор не регистрирует нейтральное излучение, а примененный в нем блок пам ти не позвол ет определ ть дозу излучений, и поэтому в устройстве не реализуютс  все возможности Д Е-Е метода. Дозиметр с применением одного монокристалла не позвол ет регистрировать дозу раздельно от каждого вида радиоактивного излучени  и не обладает

ГО

о о о ел

00

Ю

b

спектрометрическими и идентификационными свойствами, а также не позвол ет регистрировать малые поглощенные дозы. Полупроводниковый дозиметр не регистрирует нейтрального излучени , а также не использует спектрометрические и идентификационные свойства системы полупроводниковых детекторов. Недостатком  вл етс  применение аналоговой обработки сигналов от детекторов, а не цифровой обладающей гораздо большими быстродействием и точностью.

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому изобретению следует считать спектрометр-идентификатор, со- держащий телескоп из А Е-и Е-детекторов, усилители, быстродействующие нелинейные аналого-цифровые преобразователи, блок отбора совпадений, репрограммируе- мый блок пам ти с записанными в него ко- дзми, соответствующими энергетическому интервалу и типу регистрируемой частицы и регистратор. Он имеет общие признаки с предлагаемым устройством по возможност м спектрометрии и идентификации зар - женных частиц и высокому быстродействию.

Однако отсутствие регистрации нейтрального излучени  и отсутствие регистрации поглощенной дозы как по каждому виду излучени , так и по суммарной дозе отличает указанный прототип от предлагаемого изобретени . В прототипе не предусмотрены конструктивные элементы (экран-заслонка ) дл  системы Д Е-Е детекторов, позвол ющий регистрировать у -излучением . 8 нем отсутствует микропроцессорное устройство со специальной программной поддержкой и цеп ми управлени , что о отличии от предлагаемого устройства не по- зволило в спектрометре-идентификаторе реализовать всех возможностей Д Е-Е-сис- темы в части регистрации у излучени  и определени  доз.

Цель изобретени  - повышение инфор- мативности, увеличение динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений при высоком быстродействии за счет максимального использовани  возможностей ДЕ-Е-систе- мы на полупроводниковых детекторах, а именно одновременно измер емых а - /2-й у-радиоактивностей, а также изотопного состава по от-излучению и применени  цифровой обработки. Изобретение позвол ет раздельно регистрировать дозы от разных видов радиоактивности - альфа, бета и гамма в широком динамическом диапазоне, а также суммарную дозу по всем видам излучени . Отдельно следует отметить высокую чувствительность измерени  «-излучени .

Цель изобретени  достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем систему из двух ДЕ-и Е-детекторов. первый и второй выходы которой соединены с входами первого и второго блоков аналоговых измерений соответ- ственно, первый выходы которых соединены с входами первого и второго ана- логово-цифровых преобразователей, снабжена экраном-заслонкой, блоком стробируемых буферных усилителей, выход которого соединен через буферный регистр с общей шиной центрального процессорного устройства, а второй и третий входы подсоединены к выходам первого и второго аналогосо-цифровых преобразователей. Существенным отличием спектрометра  вл етс  одновременное и раздельное измерение потоков и доза, ft и у-радиоактивности , а также малых потоков и доз а- радиоактивиости, что позвол ет определ ть содержание радона при сохранении широкого динамического диапазона измерени  потоков и доз. Получение мощности эквивалентной дозы от изморенных с высокой точностью и быстродействием потоков и спектров всех оидоо излучений позвол ет более точно определ ть дозы излучений. Точность измерени  дозы повышаетс  о несколько раз по сравнению с существующими профессиональными дозиметрами за счет более точного определенил потоков и спектров каждого пида излучений (альфа, бета и гамма). Предлагаемые отличительные признаки в совокупности ранее не за вл лись , л потому предлагаемое решение удовлетвор ет критерию существенные отличил.

Схема прибора представлена на фиг, 1.

Полупроводниковый спектрометр-дозиметр состоит из системы Д Е- и Е-детекторов с коллиматором и экраном-заслонкой 1, двух идентичных каналов, содержащих в себе блок аналоговых измерений (БАИ) 2 и аналого-цифровой преобразопзтель (АЦП) 3, блока стробируемых буферных, усилителей (ББУ) 4, блока управлени  (БУ) 5, буферного регистра (БР) 6, блока индикации (БИ) 7, блока клавиатуры (БК) 8, центрального процессорного устройства (ЦПУ) 9, банка пам ти программ и констант (БППК) 10, банка оперативной пам ти (БОП) 11. Первый и второй выходы системы из доух полупроводниковых детекторов соединены с входами соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений 2. первые выходы которых соединены с первыми входами соответственного первого и второго АЦП 3, а

вторые выходы подключены соответственно к второму и третьему входам блока управлени  5. Первый, второй и третий выходы БУ 5 соединены соответственно с вторыми выходами первого и второго АЦП 3 и первым входом блока буферных усипите- лей 4. Выходы первого и второго АЦП 3 соединены с вторым и третьим выходами блока стробируемых буферных усилителей 4 соответственно, выход ББУ соединен через буферный регистр б с общей шиной центрального процессорного устройства, с которой св заны блок пам ти программ и констант, блоке оперативной пам ти, индикатор , клавиатура и первый выход блока управлени .Принципработы спектрометра-дозиметра заключаетс  в разной величине потерь энергии т желых (а -частиц) и легких частиц (электронов) в кремнии разной толщины. Применение двух расположенных друг под другом Д Е- и толстого Е-детекторов позвол ет легко отделить регистрацию одного типа излучени  от другого. Регистраци  «-излучени  осуществл етс  тонким А Е детектором, в то врем  как регистраци  у-излучени  производитс  в толстом Е-детекторе. / -частицы с энергией 100 кэВ энерговыделение в тонком счетчике очень малое и не регистрируетс  в нем, так как электрический порог регистрации у-излучени  превышает в несколько раз уровень шумов и потерь электронов . Дл  отделени  у -излучени  от /7 -излучени  используетс  экран-заслонка из алюмини  толщиной в несколько мм, устанавливаема  на коллиматора детекторной системы 1. Анализ изотопного состава таких элементов как радон,по у-излучению производитс  с помощью электронных цифровых схем, осуществл ющих операцию перемножени  импульсов от Д Е- и Е-детекторов. Спектрометр-дозиметр работает следующим образом. При регистрации какого-либо излучени  (альфа, бета или гамма ), на выходе системы ДЕ-Е-детекторов 1 по вл етс  электрический импульс, величина которого пропорциональна либо энергии зарегистрированной частицы, либо ее потер м , Эти импульсы усиливаютс  в БАИ 2 и поступают на АЦП. На выходе АЦП формируетс  четырехр дный код. Преобразование в каждом из каналов происходит независимо. Сформированные коды с выходы АЦП 3 (каналы Д Е и Е) поступают на ББУ 4, служащий дл  передачи кодов в БР 6. Управление АЦП 3 и ББУ 4 с целью исключени  наложений реализуетс  при помощи БУ 5 и ЦПУ 9. Блок управлени  (фиг. 2) содержит двухвходовые элементы ИЛИ 1, 6.

Ю, одновибраторы 2 и 3. два тактируемых триггера 4 и 5. RS-триггер 9 и две двухвходовые схемы И 7, 8. Вторые выходы первого и второго блоков аналоговых измерений со- 5 единены с D-входами триггеров 4 и 5 соответственно и с входами элемента ИЛИ 1. Q-выходы триггеров 4 и 5 обьединены схемой ИЛИ 10, выход которой подключен к первому входу блока буферных стробируе0 мых усилителей. Q-выходы триггеров 4 и 5 через схемы совпадений И 7 и 8 подключены к вторым выходам первого и второго АЦП соответственно. Входы сброса R-триггеров 4 и 5 и вход установки S RS-триггера 9 соединены с общей шиной центрального процессорного устройства.

Блок управлени  работает следующим образом. В исходном состо нии триггеры 4 и 5 сброшены, RC-триггер установлен. При

0 по влении одновременно или по любому из входов 2 или 3 управл ющего сигнала с БАИ запускаетс  одновибратор 2 и задним фронтом импульса отрицательной пол рности передает информацию с D-входа на Q-Q5 выходы. RS-триггер сбрасываетс  и блокирует одновиЬратор 2. одновременно запуска  одновибратор 3. Импульс с одновибрэтора 3 через схемы совпадени  7 или 8 запускает АЦП того канала, в котором

0 произошла регистраци  частицы. О-выходы триггеров 4 и 5 через схему ИЛИ 10 разрешают выход данных с ББУ. П осле чтени  БР процессор формирует сигнал Сброс, который возвращает БУ в исходное состо ние,

5 разблокиру  одновибратор 2. С выхода ББУ 4 данные в виде коды поступают и защелкиваютс  в БР 6. С БР 6 коды поступают на внутреннюю шину и считываютс  ЦПУ 9, которое осуществл ет накопление спектра,

0 перевод интенсивности излучени  в дозу и анализ изотопного состава по а -излучению . Режим работы задаетс  оператором при помощи нажати  соответствующих управл ющих клавиш блока клавиатуры 8 и

5 установлени  экрана-заслонки на коллиматор системы Д Е-Е 1 (либо его сн ти ). В соответствии с заданной программой измерений ЦПУ 9 осуществл ет управление работой прибора и производит накопление

0 информации в БОП 11. По завершении накоплени  и обработки данных отображаютс  в блоке индикации 7. Применение микропроцессора совместно с набором подпрограмм, хран щихс  в БППК 10, по5 звол ет оперативно измен ть алгоритм обработки данных, а также осуществл ть управл емый вывод данных на БИ 7. Наличие двух независимых каналов ( Д Е и Е) позвол ет одновременно регистрировать

разные виды радиоактивного излучени , э четырехразр дный код, получаемый с помощью АЦП 3 после преобразовани  аналогового сигнала, позвол ет вести измерени  с разбиением диапазона энергий регистрируемых частиц на 16 градаций, т. е. выполн ть функции спектрометра. Так как поглощенна  доза, как правило, пропорциональна интенсивности излучений, спектрометр-дозиметр позвол ет, в отличии от существующих дозиметров, проводить измерени  доз раздельно по каждому виду излучений, что значительно повышает информативность , быстродействие и точность измерений. Предусмотрена регистраци  и суммарной поглощенной дозы. Алгоритм умножени , необходимый дл  определени  поглощенной дозы и изотопного состава по а -излучению, реализован на программном уровне и в виде двоичных кодов, находитс  в БППК 10. Спектрометр-дозиметр позвол ет проводить регистрацию потоков и доз: а) а -излучени  с энергией 1-20 МэВ/нуклон и активностью, начина  с 1-2 беккерелей/л и эффективностью, близкой к 100%; 6) /9 -излучени  с энергией 0,1-2,0 МэВ с эффективностью 80%, fi -излучени  с энергией 2,0-5,0 МэВ с эффективностью 50% и с активностью 2-5 беккерел /л; в) у-излучени  с энергией 0,05-2,0 МэВ. начина  с фоновых значений мощности эквивалентной дозы 0,15 мк3/ч (15 мкР/ч). Диапазон регистрируемых потоков излучений составл ет от начальных (фоновых) значений до 105 частиц/см с. Определ етс  также суммарна  мощность эквивалентной от всех видов излучений.

Предлагаемый полупроводниковый спектрометр-дозиметр по сравнению с аналогами обладает многофункциональностью и высокой информативностью. Он сочетает в себе одновременно функции спектрометра зар женных частиц и идентификатора частиц по массе, а также выполн ет функции дозиметра, причем раздельно по каждому виду радиоактивного излучени  (альфа, бета и гамма). Прибор может определ ть и суммарную поглощенную дозу. Спектрометр- дозиметр обладает большим динамическим диапазоном измер емых потоков и доз и

может определ ть малые дозы радиоактивного излучени , например содержание радона в помещени х, что важно в медицинских и экологических цел х. Экономическа  эффективность изобретени  предполагаетс  очень высокой благодар  многофункциональности и в несколько раз превышает эффективность по сравнению с примен емыми промышленными дозиметрами ,

Claims (2)

1.Спектрометр-дозиметр, содержащий индикатор, блок пам ти программ и контакт из двух полупроводниковых детекторов,

первый и второй выходы которой соединены с входами соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений, первые выходы которых св заны с первыми входами соответственно первого и второго аналогоцифрового преобразовател , от л и ч а ю щ- и и с   тем, что, с целью повышени  информативности , увеличени  динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений точности измерений путем одновременной регистрации всех видов радиоактивного излучени , в него введены блок оперативной пам ти, центральное процессорное устройство, клавиатура, буферный регистр, блок управлени  и блок стробируемых буферных усилителей, выход которого соединен через буферный регистр с общей шиной центрального процессорного устройства , с которой св заны блок пам ти программ и констант, блок оперативной пам ти , индикатор, клавиатура и первый вход блока управлени , второй и третий входы которого подключены к вторым выходам соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений, первый - третий

выходы блока управлени  св заны соответственно с вторыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей и первым входом блока стробируемых буферных усилителей, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго аналого- цифровых преобразователей.

2.Спектрометр - дозиметр по п. 1, о т- личающийс  тем. что система из двух

полупроводниковых детекторов снабжена экраном-заслонкой.

0й/х. 3