Устройство для контроля мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения

Полезная модель относится к устройствам для контроля величины мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения путем преобразования потока фотонного излучения в последовательность электрических импульсов напряжения. Цель полезной модели - создание устройства, имеющего малый собственный фон, широкий динамический диапазон измерения мощности дозы (10⁸), малую анизотропию чувствительности в телесном угле не менее 300°, возможность контроля работоспособности без ИИИ, возможность контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) путем замены одной внешней детали (фильтра). Поставленная цель достигается за счет создания устройства, представляющего собой моноблок с двумя измерительными каналами, обеспечивающими общий динамический диапазон измерений не менее 10⁸; использования кремниевых детекторов, что позволяет обеспечить малый собственный фон устройства; использования импульсного усилителя с короткой постоянной формирования и селектора амплитуды, формирующего короткие логические импульсы, что позволяет обеспечить частоту выходного сигнала до 5·10 ⁵с^-1 и динамический диапазон измерительного канала 10⁷; использования двух кремниевых детекторов различных размеров, что позволяет получить разную чувствительность к фотонному излучению и обеспечить динамический диапазон устройства не менее 10⁸; компактного размещения детекторов на одной подложке, которая удалена от электронного тракта и других конструктивных элементов, что обеспечивает малую анизотропию чувствительности; использования генератора световых импульсных сигналов на основе светодиода, что позволяет проводить контроль работоспособности без использования ИИИ; использование внешних легкосъемных фильтров из меди различной толщины для контроля мощности поглощенной дозы или эквивалентной дозы. 2 з.п.ф., 1 фиг.

Полезная модель относится к техническим средствам для построения систем радиационного контроля (СРК) и автоматизированных систем контроля радиационной обстановки (АСКРО), а именно к устройствам для контроля величины мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения путем преобразования потока фотонного излучения в последовательность электрических импульсов напряжения.

Технические средства для построения современных СРК и АСКРО должны соответствовать ряду специальных требований в части метрологических параметров, радиационной стойкости, устойчивости к внешним дестабилизирующим факторам. Наиболее значимыми параметрами, определяющими конкурентоспособность устройств для контроля величины мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения являются метрологические и эксплуатационные параметры, а именно:

- широкий диапазон измерений при минимальном значении основной относительной погрешности;

- минимальная анизотропия чувствительности;

- минимальная энергетическая зависимости чувствительности;

- минимальный собственный фон;

- минимальная температурная и временная нестабильность коэффициента преобразования;

- наличие возможности контроля работоспособности устройства без использования источников ионизирующего излучения (ИИИ);

- возможность контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) без увеличения предела основной относительной погрешности измерений.

По техническому назначению наиболее близкими аналогами предлагаемого устройства являются блоки детектирования типа БДМГ-08Р⁽¹⁾ и БДРГ-17С1 ⁽²⁾. Блоки детектирования типа БДМГ-08Р и БДРГ-17С1 включают в себя детектор, электронные схемы формирования выходного сигнала и источник питания.

К сожалению, эти устройства обладают рядом недостатков: так, использование газоразрядного счетчика не позволяет получить динамический диапазон измерений более 5·10³. Для обеспечения большего динамического диапазона требуется использовать несколько блоков детектирования с разной чувствительностью, что приводит к увеличению числа измерительных каналов верхнего уровня, снижению надежности систем контроля в целом за счет увеличения количества используемых устройств. Кроме того, блоки детектирования на основе газоразрядных счетчиков обладают ярко выраженной анизотропией даже в телесном угле 180°, большим собственным фоном и низкой временной стабильностью. Для контроля работоспособности требуются устройства с ИИИ (бленкеры). Для контроля мощности эквивалентной дозы (Зв/час) требуется изменение конструкции.

Достаточно большим динамическим диапазоном (до 10⁶) обладают блоки детектирования на основе ионизационных камер (типа БДРГ-15С⁽³⁾). Однако, для обеспечения приемлемого нижнего диапазона измерений мощности дозы требуется большой объем камеры и габариты устройства сдерживают его широкое применение для построения систем радиационного контроля. Контроль работоспособности осуществляется с помощью ИИИ. Для контроля мощности эквивалентной дозы (Зв/час) требуется изменение конструкции.

Цель полезной модели - создание устройства, имеющего малый собственный фон, широкий динамический диапазон измерения мощности дозы (10⁸), малую анизотропию чувствительности в телесном угле не менее 300°, возможность контроля работоспособности без ИИИ, возможность

контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) путем замены одной внешней детали (фильтра). Принимая во внимание, что срок службы действующих на предприятиях СРК и АСКРО составляет не менее 30 лет, необходимо реализовать определенные размеры устройства, позволяющие установить его во внешний корпус из нержавеющей стали диаметром 65 мм. Это позволит на действующих объектах проводить прямую замену установленных блоков детектирования типа БДМГ-08Р и аналогичных на предлагаемое устройство, используя существующие элементы крепления и свинцовые защиты.

Поставленная цель (технический результат) достигается за счет:

- создания устройства, представляющего собой моноблок с двумя измерительными каналами, обеспечивающими общий динамический диапазон измерений не менее 10⁸;

- использования в качестве измерительных преобразователей кремниевых детекторов, что позволяет обеспечить малый собственный фон устройства (менее 0,05 имп.·с ^-1·см^-2);

- использования импульсного усилителя с короткой постоянной формирования (0,2 мкс) и селектора амплитуды, формирующего короткие (1-2 мкс) логические импульсы, что позволяет обеспечить частоту выходного сигнала до 5·10⁵ с^-1 и динамический диапазон измерительного канала 10⁷;

- использования двух кремниевых детекторов различных размеров (толщиной 0,3 мм и с площадью чувствительной поверхности 5 и 250 мм² ), что позволяет получить разную чувствительность к фотонному излучению и обеспечить динамический диапазон устройства не менее 10⁸;

- компактного (максимально близкого к друг другу) размещения детекторов на одной подложке, которая удалена от электронного тракта и других конструктивных элементов, что обеспечивает малую анизотропию чувствительности в телесном угле до 300°;

- использования в устройстве генератора световых импульсных сигналов на основе светодиода, что позволяет проводить контроль работоспособности без использования ИИИ;

- использование внешних легкосъемных фильтров из меди толщиной 1,6 мм и 1,0 мм, что обеспечивает возможность контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) без увеличения предела основной относительной погрешности измерений.

Конструкция устройства приведена на рисунке 1. Устройство состоит из узла детекторов (1), фильтра (7), узла комбинированного (2) и узла питания (3).

Узел детекторов (1) содержит два кремниевых ионно-имплантированных детектора толщиной 0,3 мм, площадью 250 мм² и 5 мм ² и один светодиод. Детекторы и светодиод размещены в металлическом корпусе и залиты кремнийорганическим компаундом. Металлический корпус обеспечивает защиту детекторов от помех. Фильтр (7) надевается на узел детекторов и обеспечивает выравнивание чувствительности детекторов по энергиям фотонов.

Узел комбинированный (2) содержит: двухканальный импульсный усилитель, два амплитудных селектора, два магистральных импульсных усилителя, один генератор импульсных сигналов. Все элементы узла комбинированного размещены на печатной плате и защищены от помех металлическим экраном (8). На печатной плате узла комбинированного (2) также установлен выходной разъем узла - вилка IDC BH-16R «TYCO» (4).

Узел питания (3) содержит DC\DC преобразователи и фильтры входной и выходной цепей питания. DC\DC преобразователи и фильтры питания помещены в металлический экран (8).

Узел детекторов (1), узел комбинированный (2) и узел питания (3) закреплены на шасси (5). На шасси (5), со стороны выходного разъема, также

закреплен фланец (6) из изолирующего материала. Фланец (6) предназначен для крепления устройства к внешнему корпусу.

Размеры устройства (длина 203 мм, диаметр 43 мм) обеспечивают возможность его установки во внешний металлический корпус диаметром 65 мм.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

1. Использование в качестве измерительных преобразователей кремниевых детекторов позволяет обеспечить малый собственный фон устройства (менее 0,05 имп.·с^-1 ·см^-2).

2. Использование импульсного усилителя с короткой постоянной формирования (около 0,2 мкс) и селектора амплитуды, формирующего короткие (1-2 мкс) логические импульсы, позволяет обеспечить частоту выходного сигнала до 5·10 ⁵ с^-1 и динамический диапазон 10⁷ .

3. Использование двух кремниевых детекторов различных размеров (с площадью чувствительной поверхности 5 и 250 мм²) позволяет получить разную чувствительность к фотонному излучению и расширить динамический диапазон устройства до 10⁹.

4. Компактное, то есть максимальное близкое друг к другу, размещение детекторов на одной подложке, которая удалена от электронного тракта и других конструктивных элементов, обеспечивает малую анизотропию чувствительности в телесном угле до 300°.

5. Использование в устройстве генератора импульсных сигналов со светодиодом позволяет проводить контроль работоспособности без использования ИИИ.

6. Использование внешних легкосъемных фильтров из меди толщиной 1,6 мм и 1,0 мм обеспечивает возможность контроля мощности поглощенной дозы

(Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) без увеличения предела основной относительной погрешности измерений.

Работает устройство следующим образом.

Детекторы, включенные в счетном режиме, преобразуют энергию гамма-квантов в электрический заряд, который усиливается, преобразуется в импульс напряжения и подается на селектор амплитуды. На выходе селектора амплитуды формируется сигнал по длительности и амплитуде, усиливается магистральным усилителем по мощности и поступает на выходной разъем устройства.

В режиме контроля функционирования, при подаче на вход устройства напряжения постоянного тока от 5 В до 12 В, включается генератор импульсных сигналов, к выходу которого подключен светодиод, и на выходах устройства появляются сигналы со скоростью счета 1500±500 с-1.

Литература

1) http://www.pzi.ru/ ОАО «Пятигорский завод «Импульс»

(2) http://www.sniip.ru/produkt/bdrg-17sl.htm ОАО «НИЦ СНИИП»

(3) http://www.sniip.ru/produkt/bdrg-15s.htm ОАО «НИЦ СНИИП»

1. Устройство для контроля мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения, состоящее из металлического корпуса, содержащего детектор и комбинированный узел, состоящий из печатной платы с электронными схемами; фильтра и узла питания, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит еще один детектор, оба детектора выполнены из кремния и имеют площадь чувствительной поверхности 5 и 250 мм² и толщину 0,3 мм; комбинированный узел содержит два импульсных усилителя с короткой постоянной формирования, составляющей 0,2 мкс, два селектора амплитуды, настроенных на формирование логических импульсов длительностью не более 2 мкс; устройство также содержит генератор импульсных сигналов, к выходу которого подключен светодиод; узел детекторов, комбинированный узел и узел питания закреплены на шасси, к которому со стороны выходного разъема закреплен фланец из изолирующего материала; фильтр, фиксируемый к узлу детекторов, выполнен легкосъемным из меди.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для контроля мощности поглощенной дозы Гр/ч используется фильтр толщиной 1,6 мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для контроля мощности эквивалентной дозы Зв/ч используется фильтр толщиной 1 мм.