Устройство контроля радиоактивного загрязнения
Использование: изобретение относится к области контрольно-измерительных приборов радиационной защиты, а именно к стационарным устройствам для радиометрического контроля поверхностного загрязнения персонала, предназначенным оповещать визуально или звуком, или и тем и другим, о том, что некая величина превышает определенное значение наличия радиоактивного загрязнения на теле (включая лицо, ступни ног, поверхности кистей рук и голову), спецодежде, спецобуви, и других средствах индивидуальной защиты), а также измерять значения величин в заданном диапазоне. Сущность: в устройство, содержащее детекторы бета, детекторы гамма излучений, регистрирующее устройство дополнительно введены фосвич детекторы комбинированной регистрации бета и гамма излучения и регистрирующие устройства с разделением каналов сигналов бета и гамма излучения, при этом фосвич детектор состоит из двух сцинтилляционных пластин с различными временами высвечивания, равной площадью, соотношением толщины 1:4, планарно соединенных между собой и ФЭУ, закрепленного в геометрическом центре поверхности сцинтилляционных пластин, а в регистрирующее устройство включена схема раздельного счета импульсов по бета и гамма каналам измерения и автоматической компенсации фонового гамма излучения; расположение детекторов выполнено по схеме сплошной поверхности чувствительной части с максимальным (сплошным) охватом контролируемой поверхности загрязнения; сборка бета-сцинтилляционной и гамма-сцинтилляционной пластин в фосвич детекторе выполнена с одинаковыми телесными углами измерения. Технический результат: повышается точность определения уровня загрязнения как бета-, так и гамма-радионуклидами, осуществляется идентификация типа излучения, охват зоной контроля как можно большей поверхности тела человека, уменьшение времени контроля, понижение зависимости измеряемых величин от изменяющегося гамма фона.
Изобретение относится к области контрольно-измерительных приборов радиационной защиты, а именно к стационарным устройствам для радиометрического контроля поверхностного загрязнения персонала, предназначенным оповещать визуально или звуком, или и тем и другим, о том, что некая величина превышает определенное значение наличия радиоактивного загрязнения на теле (включая лицо, ступни ног, поверхности кистей рук и голову), спецодежде, спецобуви, и других средствах индивидуальной защиты), а также измерять значения величин в заданном диапазоне.
Известно стационарное сигнально-измерительное устройство контроля радиоактивного загрязнения персонала, предназначенное для сигнализации о превышении установленных пороговых уровней загрязненности кожных покровов и спецодежды бета-активными радионуклидами «Установка контрольная РЗБ-05» (Проспект, Пятигорский завод "Импульс").
Установка состоит из двух стационарных устройств детектирования УДЗБ-03И 350×420×280 мм и УДЗБ-04И 500×630×170 мм и одного выносного блока детектирования 140×355×65 мм, устройства обработки информации. Установка позволяет осуществлять контроль загрязненности рук, ног и, с помощью выносного блока детектирования, поверхностей тела и одежды персонала бета-активными радионуклидами, а также выдачу сигналов о превышении или не превышении заданного уровня загрязненности.
Недостатками известного устройства является то, что имеется только два детектора с маленькой суммарной площадью, вследствие чего автоматический контроль загрязнения осуществляется только для рук и ног и нет возможности одновременного контроля поверхности всего тела, а ручной контроль с помощью выносного блока детектирования требует длительного времени и субъективен в процессе проведения измерения. Кроме того, устройство не позволяет измерять гамма-излучение, имеет узкий диапазон контролируемых значений плотности потока 
-частиц, высокое значение порога обнаружения загрязнения вследствие низкой чувствительности бета-детекторов. и не имеет автоматической компенсации гамма-фона.
Другим известным техническим решением является «Установка контроля поверхностного загрязнения персонала РЗБ-204» (Проспект фирмы «RADICO»), предназначенная для контроля наличия бета-загрязнения у персонала, покидающего зону контролируемого доступа. Данная установка имеет существенно улучшенную геометрию расположения детекторов по сравнению с предыдущим аналогом, позволяющую охватить большую часть контролируемой поверхности тела.
Недостатками этого устройства является отсутствие контроля гамма- излучения и отсутствие автоматической компенсации гамма-фона.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков является «Установка контрольная РЗБ-04-04» (Проспект, Пятигорский завод "Импульс").
Установка предназначена для контроля загрязненности кожных покровов и спецодежды персонала бета- активными радионуклидами и выдачи световых и звуковых сигналов о превышении или не превышении заданного уровня загрязненности. Регистрирует загрязненность следующих участков тела: затылок, лицо, лопатки, грудь, спина, живот, ягодицы, рука левая, рука правая, икра левая, икра правая, колено левое, колено правое, стопа левая, стопа правая.
Устройство содержит отдельные бета-детекторы, гамма-детекторы, расположенные в разных местах и регистрирующее устройство.
Недостатками известного технического решения, принятого за прототип, является то, что бета-детекторы охватывают контролем только лишь отдельные части тела и не позволяют охватить контролем всю поверхность тела, что существенно снижает чувствительность обнаружения загрязнения. Другим недостатком является использование только нескольких гамма-детекторов, расположенных на удалении от бета-детекторов, имеющих разные телесные углы и эффективности регистрации, что не позволяет проводить эффективную автоматическую гамма-компенсацию и снижает чувствительность обнаружения загрязнения гамма-радионуклидами. Кроме того, не осуществляется раздельная идентификация бета- и гамма-тревоги.
Целью изобретения является повышение точности определения уровня загрязнения как бета-, так и гамма-радионуклидами, осуществление идентификации типа излучения, охват зоной контроля как можно большей поверхности тела человека, уменьшение времени контроля, понижение зависимости измеряемых величин от изменяющегося гамма-фона.
Указанная задача (или указанный технический результат) достигается тем, что в стационарное устройство контроля радиоактивного загрязнения, включающем в себя детекторы бета, детекторы гамма-излучений и регистрирующее устройство, введены фосвич-детекторы комбинированной регистрации бета- и гамма-излучения и регистрирующие устройства с разделением каналов сигналов бета- и гамма-излучения, при этом фосвич-детектор состоит из двух сцинтилляционных пластин с различными временами высвечивания, равной площадью, соотношением толщины 1:4, планарно соединенных между собой и ФЭУ, закрепленного в геометрическом центре поверхности сцинтилляционных пластин, а в регистрирующее устройство включена схема раздельного счета импульсов по бета- и гамма-каналам измерения и автоматической компенсации фонового гамма-излучения, а также расположение детекторов выполнено по схеме сплошной поверхности чувствительной части с максимальным (сплошным) охватом контролируемой поверхности загрязнения.
На Фиг.1 показан общий вид панели фосвич-детекторов установки, из которой видно, что конструкция предлагаемых детекторов позволяет реализовать схему их расположения со сплошной чувствительной поверхностью и с максимальным телесным углом детектирования контролируемой поверхности загрязнения. Это достигается тем, что конструкция предлагаемых фосвич-детекторов с расположением ФЭУ в геометрическом центре поверхности сцинтилляционных пластин не имеет каких-либо выступающих элементов за их боковой контур и позволяет установку детекторов вплотную друг к другу с минимальной не чувствительной зоной. При этом бета-сцинтилляционная пластина и гамма-сцинтилляционная пластина имеют одинаковые телесные углы измерения, что существенно при введении автоматической компенсации гамма-фона счета бета-частиц.
На Фиг.2 дано схематическое изображение фосвич-детектора, состоящего из основных узлов:
1) бета-сцинтилляционная пластина,
2) гамма-сцинтилляционная пластина,
3) фотоэлектрический умножитель ФЭУ,
4) регистрирующее устройство с разделением каналов.
Реализация необходимых функциональных возможностей разработанного фосвич-детектора требовала, чтобы сцинтилляционный фосвич-детектор имел две сцинтилляционные пластины с различными временами высвечивания, равной площадью и имеющих общий оптический контакт с ФЭУ. Основные требования, наложенные на сцинтилляционные пластины - позволить разделить бета- и гамма-радиацию при работе в смешанных полях ионизирующего излучения, а также высокий световыход. В предлагаемом фосвич-детекторе сцинтилляционная пластина, регистрирующая бета-излучение (позиция 1 на Фиг.1) имеет на много большее время высвечивания, чем сцинтилляционная пластина регистрирующая гамма-излучение (позиция 2 на Фиг.1). Кроме того, соотношение толщины сцинтилляционных пластин 1:4 позволяет достигнуть высокой эффективности регистрации как бета-, так и гамма-излучений при оптимальной величине гамма-компенсации счета по бета-каналу.
Для реализации функциональных возможностей разработанного фосвич-детектора в регистрирующее устройство включена схема раздельного счета импульсов по бета- и гамма-каналам измерения и автоматической компенсации фонового гамма-излучения.
На Фиг.3 показана функциональная схема регистрирующего устройства с разделением каналов раздельного счета импульсов по бета- и гамма-каналам измерения и автоматической компенсацией фонового гамма-излучения, где изображено:
1) Быстрый усилитель
2) Спектрометрический усилитель
3) Дискриминатор нижнего уровня гамма-канала
4) Дискриминатор нижнего уровня канала гамма-компенсации
5) Дискриминатор нижнего уровня бета-канала
6) Схема отбора импульсов гамма-канала
7) Схема отбора импульсов гамма-компенсации
8) Схема отбора импульсов бета-канала
9) Схема совпадений гамма-канала
10) Схема совпадений бета-канала
11) Одновибратор гамма-канала
12) Одновибратор бета-канала
13) Цифро-аналоговый преобразователь гамма-канала
14) Цифро-аналоговый преобразователь бета-канала
Импульсы с анода ФЭУ поступают на быстрый усилитель (1), где они усиливаются с максимально возможным сохранением формы и с выхода подаются на входы трех дискриминаторов нижнего уровня ДНУ (3,4,5) и спектрометрический усилитель (2). Спектрометрический усилитель (2) обеспечивает усиление и формирование импульсов для анализа измеряемых спектров с выхода ВыхА амплитудным анализатором импульсов. Дискриминаторы нижнего уровня (ДНУ) осуществляют отбор импульсов с амплитудой большей значения опорных напряжений задаваемых цифро-аналоговыми преобразователями ЦАП (13, 14) и Voп, поступающих на референсные входы ДНУ. С выхода ДНУ (3) импульсы поступают на схему отбора импульсов гамма-канала (6), в которой осуществляется отбор коротких по длительности импульсов, возникающих в результате взаимодействия ионизирующего излучения с гамма-сцинтилляционной пластиной. С выхода ДНУ (5) импульсы поступают на схему отбора импульсов бета-канала (8), которой осуществляется отбор импульсов большой длительности возникающих в результате взаимодействия ионизирующего излучения с бета-сцинтилляционной пластиной. Схема отбора импульсов гамма-компенсации (7) работает также как и схема отбора импульсов гамма-канала (6), осуществляя отбор коротких по длительности импульсов и отличается тем, что импульсы на ее вход поступают с ДНУ канала гамма-компенсации (4), имеющего независимое значение опорного напряжения Vоп. Такое решение позволяет независимо изменять чувствительность регистрации гамма канала и величину гамма-компенсации возможностью раздельной установки значений опорного напряжения.
С выходов схем отбора (6, 8) импульсы поступаьот на входы ВХ1 соответствующих схем совпадений (9, 10), которые пропускают импульсы на входы одновибраторов (11, 12) при отсутствии сигналов запрета на входах ВХ2. Сигнал запрета на ВХ2 схемы совпадения гамма канала (9) поступает во время появления импульса на выходе схемы отбора импульсов бета-канала (8), запрещая при этом счет по гамма-каналу. Сигнал запрета на ВХ2 схемы совпадения бета-канала (10) поступает во время появления импульса на выходе схемы отбора импульсов гамма-компенсации (7), запрещая при этом счет по бета-каналу и обеспечивая автоматическую компенсацию счета гамма-фона при одновременной регистрации гамма-кванта бета-сцинтилляционной пластиной и гамма-сцинтилляционной пластиной. С выходов одновибраторов (11, 12) импульсы необходимой длительности поступают на счетные входы CLKg и CLKb счетчиков микроконтроллера и для стробирования амплитудного анализатора импульсов (строб гамма и строб бета) при измерении амплитудных спектров в режиме совпадений. Таким образом, данная схема обеспечивает раздельный счет импульсов по бета- и гамма-каналам измерения и автоматическую компенсацию фонового гамма-излучения.
На Фиг.4 показаны осциллограммы импульсов на входе схемы разделения, при облучении устройства детектирования смешанной бета- и гамма-радиацией. Можно заметить, что различие между спектральными компонентами импульсов весьма значительно, что позволяет разделить их по длительности импульсов.
Различие во временах высвечивания люминесценции и регистрирующее устройство с разделением каналов позволяет отличить следующие ситуации:
- бета-частицы была полностью поглощена тонким сцинтиллятором (1);
- бета-частица сохранила фракцию энергии при прохождении тонкого сцинтиллятора и была полностью поглощена в гамма-сцинтилляторе (2);
- гамма-фотон был полностью поглощен в гамма-сцинтилляторе (2);
- гамма-фотон был частично поглощен в бета-сцинтилляторе и полностью поглощен в гамма-сцинтилляторе.
На Фиг.5 приведены амплитудные спектры источника Cs-137, измеренные в различных режимах:
- суммарный спектр от сцинтилляционных гамма- и бета-пластин,
- бета-спектр с управлением импульсами бета-канала,
- гамма-спектр с управлением импульсами гамма-канала.
Форма суммарного спектра, зарегистрированного сцинтилляционными гамма- и бета-пластинами весьма сложна и обусловлена суммой бета- и гамма-излучений источника Cs-137.
На бета-спектре с управлением импульсами бета-канала отчетливо проявляется пик электронов внутренней конверсии (ЭВК - 512кэВ) и часть спектра, спадающего по интенсивности с увеличением энергии электронов сплошного бета-излучения. На гамма-спектре с управлением импульсами гамма-канала виден комптоновский спектр от гамма-линии (комптон - 662кэВ) источника Cs-137. Таким образом, схема регистрирующего устройства с разделением каналов реализует функции разделения типов излучения и обеспечивает раздельный счет при облучении устройства детектирования смешанной бета- и гамма-радиацией.
Таким образом, технический результат заявляемого изобретения может быть выражен в достижении и улучшении следующих параметров:
- повышение чувствительности R к бета-излучению: отношение показания скорости счета детектора N к измеряемому количеству А (час./см2*мин), R=N/A,
- повышение чувствительности R
к гамма-излучению: отношение показания скорости счета детектора N к измеряемому количеству А (1/Бк), R=N/A,
- повышение пределов регистрации бета излучения при указанном гамма-фоне,
- увеличение зоны контроля поверхности тела человека,
- уменьшение времени контроля,
- реализация раздельной гамма- или бета-тревоги в смешанных гамма-бета-полях радиации,
- повышение эргономики и экономичности при изготовлении и эксплуатации.
1. Устройство контроля радиоактивного загрязнения, включающее в себя детекторы бета, детекторы гамма-излучений, регистрирующее устройство, отличающееся тем, что в устройство введены фосвич-детекторы комбинированной регистрации бета- и гамма-излучения и регистрирующие устройства с разделением каналов сигналов бета- и гамма-излучения, при этом фосвич-детектор состоит из двух сцинтилляционных пластин с различными временами высвечивания, равной площадью, соотношением толщины 1:4, планарно соединенных между собой и ФЭУ, закрепленного в геометрическом центре поверхности сцинтилляционных пластин, а в регистрирующее устройство включена схема раздельного счета импульсов по бета- и гамма-каналам измерения и автоматической компенсации фонового гамма-излучения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расположение детекторов выполнено по схеме сплошной поверхности чувствительной части с максимальным (сплошным) охватом контролируемой поверхности загрязнения.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что сборка бета-сцинтидляционной и гамма-сцинтилляционной пластин в фосвич-детекторе выполнена с одинаковыми телесными углами измерения.
