Измеритель уровня радиации
Измеритель уровня радиации, содержащий оптически сопряженные лазер, поворотное устройство, светоделитель, сферическое зеркало, линзу, фотоумножитель, электрически связанный через усилитель электрических импульсов с ЭВМ, фотодиод и осциллограф, последовательно соединенные со светоделителем. Между усилителем электрических импульсов и ЭВМ подключен блок формирования спектра импульса света. Технический результат - повышенная чувствительность измерителя для дистанционного мониторинга радиоактивного загрязнения радиационно-опасных предприятий.
Предлагаемое техническое решение относится к области лазерной измерительной техники и может быть использовано при конструировании и производстве дистанционных приборов контроля радиационной опасности.
Известен способ дистанционного определения концентрации радионуклидов в воздушном выбросе радиационно-опасных предприятий и устройство его осуществления (патент РФ 
2299451, МПК G01T 1/167, опубл. 20.05.2007). Устройство содержит устройство детектирования, снабженное детектором, блоком усиления импульсов, соединенным с блоком амплитудно-цифрового преобразования, блоками высоковольтного и низковольтного питания, и анализатор спектра, а также блок амплитудно-цифрового преобразования. Устройство детектирования размещено на легком летательном аппарате, несущем дополнительно дозиметр поглощенной в воздухе дозы гамма излучения и блок бесконтактной дистанционной передачи информации, анализатор спектра размещен на наземном средстве передвижения, снабженном блоком приема измерительной информации, причем летательный аппарат и наземное средство передвижения снабжены блоками определения координат.Недостатком устройства является его сложность, низкая чувствительность дозиметра, что приводит к необходимости использования дорогостоящих наземных и воздушных средств передвижения для размещения устройства вблизи от радиационно-опасных предприятий и невозможность дистанционного мониторинга радиоактивного загрязнения радиационно-опасных предприятий (мишени).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является измеритель уровня радиации (ЭИ Воронина, BE Привалов, АЭ Фотиади, ВГ Шеманин «Лазерные приборы контроля радиоактивного загрязнения воздуха» Учебное пособие, Новороссийск, 2009, 60 с.), включающий оптически сопряженные лазер, поворотное устройство, светоделитель, сферическое зеркало, линзу, фотоумножитель, электрически связанный через усилитель электрических импульсов с ЭВМ, и фотодиод и осциллограф, последовательно соединенные со светоделителем. Измеритель уровня радиации позволяет проводить дистанционный мониторинг радиоактивного загрязнения радиационно-опасных предприятий путем измерения энергии импульса, отраженного от мишени. Однако, при малых загрязнениях и больших расстояниях до мишени энергии импульса уменьшается в 103 -109 раз, становясь соизмеримой с шумами электронных приборов. В результате полезный сигнал может быть неразличим в этих шумах. Недостатком измерителя уровня радиации является низкая чувствительность к малым загрязнениям, которая падает с ростом расстояния до мишени.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка измерителя уровня радиации с повышенной чувствительностью для дистанционного мониторинга радиоактивного загрязнения радиационно-опасных предприятий за счет измерения спектра частот импульса, отраженного от мишени.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что аналогично прототипу измеритель содержит оптически сопряженные лазер, поворотное устройство, светоделитель, сферическое зеркало, линзу, фотоумножитель, электрически связанный через усилитель электрических импульсов с ЭВМ, и фотодиод и осциллограф, последовательно соединенные со светоделителем. В отличие от прототипа, измеритель содержит блок формирования спектра импульса света (ФСИС), рассеянного радиационно-опасным предприятием (мишенью), подключенный между усилителем электрических импульсов и ЭВМ Благодаря перечисленной совокупности существенных признаков измеритель уровня радиации позволяет выявлять даже малые загрязнения над радиационно-опасными предприятиями на большом от них расстоянии путем измерений спектра частот импульса, отраженного от мишени, а не по энергии импульса. Известно, что энергия импульса на эталонном уровне измеряется сегодня с погрешностью в четвертом знаке, а частота - в четырнадцатом знаке. Следовательно, учет спектра частот импульса повышает чувствительность измерителя уровня радиации на несколько порядков.
Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг.1, на которой изображена функциональная схема измерителя, где 1 - лазер, 2 - поворотное устройство, 3 - светоделитель, 4 - фотодиод, 5 - фотоумножитель, 6 - сферическое зеркало, 7 - линза, 8 - усилитель электрических импульсов, 9 - осциллограф, 10 - блок ФСИС, 11 - ЭВМ.
Предлагаемая модель содержит оптически сопряженные лазер 1, поворотное устройство 2 для направления излучения лазера в мишень (радиационно-опасное предприятие), сферическое зеркало 6, линзу 7, фотоумножитель 5. Фотоумножитель 5 электрически связан через усилитель 8 электрических импульсов с ЭВМ 11 для формирования информации об уровне радиации. Между усилителем 8 и ЭВМ установлен блок 10 ФСИС, позволяющий измерять спектр частот импульсов, отраженных от мишени, повышая чувствительность измерителя. Для индикации координат мишени устройство содержит светоделитель 3, последовательно соединенный с фотодиодом 4 и первым входом осциллографа 9, который вторым входом связан с усилителем 8.
Измеритель уровня радиации работает следующим образом. Импульс лазерного излучения из лазера 1 поворотным устройством 2 направляется в сторону мишени. Малая часть излучения по пути к мишени светоделителем - 3 отводится на фотодиод 4, формирующий электрический синхронизирующий импульс, поступающий на вход осциллографа 9. Основная часть излучения достигает мишени и рассеивается ею, формируя информацию об уровне радиации. Рассеянное излучение достигает сферического зеркала 6, отражается и собирается линзой 7 через отражающую поверхность поворотного устройства 2 в фотоумножителе 5, формирующем электрический импульс, усиливаемый усилителем 8. Сигнал с последнего поступает на два параллельных входа: блока ФСИС 10 и осциллографа 9. Сигнал с усилителя 8 в осциллографе 9 преобразуется в сигнал дальности до мишени. Блок 10 ФСИС выделяет спектр частот электрического импульса и подает его на вход ЭВМ 11 для определения уровня радиации по параметрам спектра. Например, в качестве блока ФСИС могут быть использованы промышленные анализаторы спектра С4 - 25 или С4-8.
Определение уровня радиации по параметрам спектра можно осуществлять, например, следующим образом. Опытным путем градуируют измеритель уровня радиации по сигналу, отраженному от источника, уровень радиации которого хорошо известен. Например, в зависимости от расстояния до источника, либо в зависимости от уровня радиации по источнику с переменным уровнем радиации. Градуировка осуществляется по изменению спектра частот импульса, а частота в настоящее время измеряется на десять порядков точнее, чем энергия импульса. Имея градуировочную кривую, определяют уровень радиации неизвестной мишени при достаточно малых амплитудах рассеянного назад сигнала.
В результате применения предлагаемого измерителя уровня радиации появляется возможность дистанционного мониторинга удаленных радиационно-опасных объектов при малых уровнях радиации.
Измеритель уровня радиации, содержащий оптически сопряженные лазер, поворотное устройство, светоделитель, сферическое зеркало, линзу, фотоумножитель, электрически связанный через усилитель электрических импульсов с ЭВМ, фотодиод и осциллограф, последовательно соединенные со светоделителем, отличающийся тем, что между усилителем электрических импульсов и ЭВМ подключен блок формирования спектра импульса света.
