Способ измерения параметров поля ионизирующего излучения и устройство для его осуществления
Область использования: ядерная физика , а именно способы для измерения параметров полей ионизирующих излучений (дозиметрия) и устройства для их реализации . Сущность изобретения: для уменьшения погрешности измерения параметров поля ионизирующего излучения, связанной е энергией поля, при расширении границ энергетического диапазона регистрации, и расширения функциональных возможностей путем разделения всего энергетического диапазона регистрации выбранного параметра поля на ряд поддиапазонов и, тем самым формирования заданного числа параллельных каналов обработки, задания в каждом канале обработки соответствующего коэффициента прореживания при измерении параметра поля, импульсные сигналы с выхода спектрометрического детектора излучений, имеющие один из параметров (амплитуда или длительность), пропорциональный энергии принятого кванта поля, селектируют по каналам обработки в соответствии с величиной параметра селекции (амплитуда или длительность), в каждом канале обработки импульсные последовательности прореживают в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и затем объединяют прорежение последовательности всех каналов в одну импульсную последовательность, у которой измеряют интенсивность как величину, пропорциональную параметру поля ионизирующего излучения, выбранному для измерения. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. СО С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Т 1/02
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
ОПИСАНИЕ ИЗОБр т НИя/
К ПАТЕНТУ (21) 5003869/25 (22) 11.07.91 (46) 30.03.93. Бюл, М 12 (76) К,В.Дроздов, А.В.Иванов и Г.Н.Кайдановский (56) Матвеев В.В.. Хазанов Б.И. Приборы для измерения ионизирующих излучений.
M.: Атомиздат, 1972, с, 78 — 86.
Прибор сцинтилляционный геологоразведочный СРП-68-01. ТО и ИЭ ЖШО.
280.004.ТО, Паспорт ЖШ2.807.459 ПС, Схемы ЖШ2.807,459 ОП, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ПОЛЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Область использования: ядерная физика, а именно способы для измерения параметров полей ионизирующих излучений (дозиметрия) и устройства для их реализации, Сущность изобретения: для уменьше.ния погрешности измерения параметров поля ионизирующего излучения, связанной сэнергией поля,,при расширении границ энергетического диапазона регистрации, и
Изобретение относится к области ядерной физики, а именно, к способам и устройствам для измерения мощностей доз (экспозиционной, эквивалентной и поглощенной) ионизирующего излучения, Данный класс измерений ионизирующих излучений относится к области дозиметрических измерений, т.е, используется для измерения энергий, переносимых ионизирующими излучениями или передаваемых объектам, находящимся в полях излучений, ... Ы „1806385 АЗ расширения функциональных возможностей путем разделения всего энергетического диапазона регистрации выбранного параметра поля на ряд поддиапазонов и, тем самым формирования заданного числа параллельных каналов обработки, задания в каждом канале обработки соответствующего коэффициента прореживания при измерении параметра поля, импульсные сигналы с выхода спектрометрического детектора излучений, имеющие один из параметров (амплитуда или длительность), пропорциональный энергии принятого кванта поля, селектируют по каналам обработки в соответствии с величиной параметра селекции (амплитуда или длительность), в каждом канале обработки импульсные последовательности прореживают в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и затем объединяют прорежение последовательности всех каналов в одну импульсную последовательность, у которой измеряют интенсивность как величину, пропорциональную параметру поля ионизирующего излучения, выбранному для измерения. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.
Наиболее близким по сущности заявляемому способу является способ измерения параметра поля ионизирующего излучения, служащем для измерения, в данном случае, мощности экспозиционной дозы (ЫЭД).
Способ-прототип содержит следующую последовательность операций; перед измерением МЗД задают минимальный порог энергетического диапазона регистрации поля ионизирующего излучения в виде напряжения постоянного тока и выбирают
1806385 необходимый диапазон измерения МЭД, при измерении с помощью спектрометрического детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергии квантов поля, преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электричевский сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии кванта поля, селектируют импульсы сигналов по амплитуде в соответствии со значением минимального порога, нормируют отселектированные импульсы по амплитуде и длительности, измеряют интенсивность нормированной импульсной последовательности, пропорциональной величине МЭД, и индицируют результат измерения.
Работу способа-прототипа рассмотрим на примере его реализации в приборе СРП68, Структура устройства приведена на фиг.2, где
1 — спектрометрический детектор излучений (Сди), 1,1 — сцинтилляционный датчик;
1.2 — фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
2 — усилитель-преобразователь (УП), 3 — блок параметрической селекции
,Бп С), 7 — формирователь измерительных импульсов (Фии), 9 — интегратор, 10 — управляемый аттенюатор (УА), 11 — блок измерения постоянной составляющей (БИСП), 12 — индикатор, 13 — задатчик диапазона измерения (ЗДИ), 14 — задатчик порога (ЗП), П вЂ” порог, Hll — нижний порог.
Отметим следующие особенности, СДИ
1 состоит из оптически связанных сцинтилляционного датчика 1.1 и ФЭУ 1.2, выход которого является выходом детектора 1.
Энергетический порог селекции в приборе задается при его изготовлении и соответствует энергии в 25 кэВ. ЗП 14 представляет собой резистивный делитель постоянного напряжения со стабилитроном и подключается к источнику питания прибора. БСП 3 в данном случае является амплитудным селектором и его реализация приведена на фиг,3, где 3,1 — пороговый элемент, 3.6— ключевой элемент. Селектор выполняет операцию! Авх, Авх — НП, Авых
О,Авх< НП, где Алых — амплитуда выходного сигнала
БСП 3, Ааx — амплитуда входного сигнала
БСП 3, Перед измерением МЭД с помощью
ЗДИ 13, коммутирующего резистивные цепи делителя YA 10, задают диапазон измерения измеряемого параметра поля. Затем . включают питание устройства и проводят измерение МЭД. С помощью СДИ 1 принимают кванты поля ионизирующего излуче"0 ния, где они преобразуются в электрические заряды на выходе ФЭУ 1.1. Далее, каждый заряд на выходе СДИ 1 с помощью УП 2 преобразуется в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорцио15 нальна энергии кванта поля ионизирующего излучения. Далее импульсные электрические сигналы с выхода УП 2 поступают на вход канала обработки. состоящего из последолвательно соединенных БПС 3 и
20 ФИИ 7. В БПС 3 осуществляется амплитудная селекция входных сигналов в соответствие с выражением (1), Прошедшие селекцию импульсы поступают на вход ФИИ 7, который состоит из последовательно соединенных усилителя — ограничителя и ждущего мультивибратора (ЖМ). Усилитель-ограничитель используется для "обострения" переднего фронта импульса, по которому осуществляется запуск ЖМ, что необходимо
30 для его стабильного запуска. ЖМ вырабатывает нормированные по амплитуде и длительности измерительные импульсы, Затем измеряют интенсивность нормированной последовательности из14ерительных им35 пульсов, которая пропорцйональна МЭД. В данном устройстве реализован аналоговый метод измерения интенсивности, который основан на выделении постоянной составляющей импульсной последовательности в
40 виде напряжения постоянного тока и его последующего измерения. Данные операции осуществляются с помощью интегратора 9, где выделяется постоянная составляющая. Причем постоянная времени
45 интегрирования интегратора g задается равйой максимально возможному периоду следования импульсов, тогда постоянное напряжение на выходе интегратора 9 будет соответствовать фоновому значению изме50 ряемой МЭД, В УА 10 напряжение с выхода интегратора 9 приводится к необходимому диапазону измерения, on ределяемому
БИСП 11 и индикатором 12, а ЗДИ 13 будет определять заданный диапазон изменения
55 МЭД, в котором проводится измерение. В устройстве операции измерения постоянной составляющей и индикации результатов измерения совмещены. Они осуществляются с помощью стрелочного прибора, объединяющего функции БИСП 11 и индикатора 12, 1806385 который одновременно измеряет величину постоянного напряжения и индицирует результат измерения в виде угла поворота стрелки прибора вдоль шкалы. Таким образом, на индикаторе 12 индицируется измеренное значение МЭД поля ионизирующего излучения.
Рассмотренный способ-прототип измерения параметров поля ионизирующего излучения имеет один основной недостаток— точность измерения (погрешность) существенно зависит от энергетического спектра поля ионизирующего излучения, Это связано с большой разницей между эффективным.атомным номером сцинтилляционного кристалла и воздуха (при измерении МЭД).
Сказанное, иллюстрируется фиг.66, где и ри ведена за вис имость,и1 (Е) — отношен ия массовых коэффициентов истинного поглощения излучения в материале рабочего тела детектора и в воздухе от энергии поля ионизирующего излучения. А погрешность ,измерения МЭД ое, связанная с энергией излучения, пропорциональна р1 (Е). В качестве иллюстрации этого недостатка могут быть .рассмотрены результаты измерения
МЭД на местности, загрязненной в результате аварии на ЧАЭС. Так показания прибора СРП-68-01 в первые несколько недель после аварии превышали истинное значейие МЭД в 3 — 3,5 раза, измерения проводились в правой части кривой,и1 (Е) при больших энергиях поля, Через несколько месяцев, по мере распада и изменения спектрального состава излучения, переход в левую часть кривой, показания прибора
СРП-68 — 01 превышали истинное значение
МЭД в 2 — 2;5 раза, Поэтому минимальную погрешность измерения ое, связанную с энергией поля; способ дает только в середине диапазона. Из-за этого вводится нижний порог измерения по энергии и определяется верхняя граница энергии, причем значения
Emin — пороговой энергии и Emax — максимально допустимой энергии, такие, что
+E (+Emax Известные способы устранения этих недостатков не снимают проблемы зависимо45 55 способа-прототипа. Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения параметров поля ионизирующего излучения, связанной с энергией поля, при расширении границ энергетического диапазона регистрации, и. расширение функциональных возможностей путем измерения мощностей поглощенной и эквивалентной доз излучения.. Для достижения указанной цели в способ измерения параметров поля ионизирующего излучения, основанный на том, что перед измерением мощности экспозиционной дозы излучения задают минимальный порог энергетического диапазона регис грации поля в виде напряжения постоянного тока и выбирают необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поля, при измерении с помощью спектрометрическости vE (Е), а только, в той или иной степени, ослабляют ее. Самый простой способ — это создание детектора, чувствительный обьем которого заполняет вещество, адекватное 5 по своим физическим свойствам веществу, в котором необходимо измерить соответствующий эффект. Но создание такого детектора сложно и практически невозможно, так как получается, что для каждого вида веще10 ства необходимо иметь свой детектор, а это нереально. Второй способ — введение соответствующего управления регистрацией импульсов. Но для этого надо знать функциональную связь параметров выход15 ных сигналов детектора с энергией излуче-. ния, то есть необходима априорная информация о энергетическом спектре поля ионизирующего излучения, Ее обычно нет, а если необходимо получить, то ис20 пользуются другие способы. получения, например, радиометрические, что требует дополнительных аппаратных и временных затрат. Способ-прототип является компромисом между двумя описанными методика25 ми, так как не требует подбора детекторов и обеспечивает усредненную погрешность измерения по,энергии во всем диапазоне реги трации, но на краях диапазона эта погрешность существенно возрастает; что яв30 ляется крупным недостатком способа. Кроме того; для измерения других дозиметрических параметров, например, мощности или поглощенной,или эквивалентной дозы, .способ-прототип требует смены детектора. 35 Например, при измерении мощности эквивалентной дозы требуется применение тканеэквивалентного детектора или проведение дополнительной обработки результатов измерения. Это существенно сни40 жает функциональные возможности 1806385 го детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергиям квантов поля, преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии кванта поля, селектируют импульсы сигналов в соответствии со значением минимального порога, нормируют отселектированные импульсы по амплитуде и длительности, измеряют интенсивность нормированной импульсной последовательности, пропорциональной величине измеряемого параметра поля, и индицируют результат измерения, введены следующие операции; перед измерением разделяют заданный энергетический диапазон регистрации поля ионизирующего излучения на ряд энергетических поддиапазонов с помощью порогов в виде напряжений постоянноготока, формируя соответствующее число параллельных каналов обработки, и задают в каждом канале обработки коэффициент проре>кивания, при измерении параметра поля проводят параметрическое преобразование электрических зарядов, соответствующих энергиям принятых квантов поля, в импульсные электрические сигналы, амплитуда (или длительность) которых пропорциональна величине заряда, а длительность (или амплитуда) — фиксированная, одновременно в каждом канале обработки проводят параметрическую селекцию импульсов электрических сигналов по амплитуде (или длительности), сравнивая ее с порогами канала обработки, прореживают импульсы отселектированной последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и, после нормировки, перед измеренирм интенсивности потока, объединяют прореженные нормированные последовательности импульсов всех каналов обработки в одну импульсную последовательность электрических сигналов. Введение новых операций в известный способ измерения параметра поля ионизирующего излучения позволяет снизить погрешность измерения, связанную с энергией поля, расширить энергетический диапазон регистрации и выбрать необходимый для измерения параметр поля, а именно, мощность или поглощенной, или экспозиционной или эквивалентной дозы. Сравнительный анализ операций заявляемого способа и способа-прототипа приведен в таблице. В известных технических решениях не имеется признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа. Наличие новой совокупности признаков в заявляемом способе измерения параметров поля ионизирующего излучения позволяет обеспечить уменьшение, связанной с энергией поля, погрешности измерения параметров поля при расширении границ энергетического диапазона регист1 рации и расширение функциональных возможностей. Рассмотрим теоретическое основание заявляемого способа. Физическую сущность заявляемого способа поясним на примере измерения такого параметра поля 10 ионизирующего излучения (гамма-излучения) как мощность экспозиционной дозы (МЭД). Воэможность применения различных детекторов, (датчиков) — Д, ионизирующего излучения для цели измерения МЭД с теоретической точки зрения достаточно известны. Для Д, вырабатывающих один выходной электрический импульс на каждый поглощенный в рабочем теле квант поля ионизирующего излучения, справедливо соотношение M/0 = А,и,у,дет / из,возд =A pl, (2) где М вЂ” зарегистрированное число импульЗО сов, 0-истинное значениеэкспозиционной дозы (ЭД),,и хдет и,и,хвозд — массовые коэффициенты истинного поглощения излучения в материале рабочего тела Д и в воздухе, соответственно, А — некоторый коэффициЗ5 ент„и1 — отношение массовых коэффициентов. Чем сильнее меняется отношение,и1 от энергии в пределах выбранного энергетического интервала регистрации излучения, тем больше ошибка измерения. Сказанное 40 поясняется фиг.6б — сплошная кривая, где приводится зависимость и = pl (Е) для пары материалов детектор/воздух. Из графика видно, что максимальная погрешность измерения ЭД присутствует на границах 45 энергетического диапазона. Традиционно уменьшение погрешности достигалось подбором такого материала рабочего тела Д, у которого,изыдет =,и возд максимально в широком диапазоне энергий. Но подо50 брать такой материал, особенно для энергий Е < 50 кэВ, — задача практически невозможная. В способе-прототипе поэтому можно указать только усредненную во всем диапазоне погрешность измерения с7е, хотя из фиг.66 видно, что oíà минимальна только в середине диадпазона энергий. При больших энергиях она растет пропорционально Е, а в области малых энергий, Е < 50 кэВ, поведение погрешности стано1806385 10 вится непредсказуемым, Поэтому в устройстве, реализующем способ-прототип, введен НП вЂ” нижний порог, ниже которого излучение не регистрируется, а для энергий Е > 25 кэВ величина погрешности сте меняется от 5 Omax дО Omln . ИСПОЛЬЗОВаНИЕ ВНОВЬ ВВЕДЕНных операций заявляемого способа позволяет добиться того, чтобы сделать значение ,и1 (Е) = const в пределах всего диапазона РЕГИСтРаЦИИ (Emln, Emaxj, ИЛИ Чтс тО жЕ СаМОЕ Х kiMi = D. 1=1 (10) где ое может быть задано перед измерением. Обычно беРУт или cJE = (теп п или ое = oE, где OE — среднее значение погрешности измерения во всем диапазоне энерГИй РЕГИСтРаЦИИ, а OEml„— МИНИМаЛЬНО достижимое значение погрешности измере- 20 ния. В общем случае О= (OEmin OE 1 ° (4) 25.N D =Х М /ki 1=1 55 Ст(Е) = OE, Е < (Ев!п Emaxj (3) Покажем возможность этого утверждения. Разобъем диапазон регистрации энергий поля ионизирующего излучения на N поддиапазоно в: Emin = НП = П1 П2,...,Пь...,Пд, Пи+1 = ВП = Emax. Причем Л Е1 = П +1- Пь i e (1, Nj, (5) — ширина l-ro поддиапазона, а следовательно, и Пь выбирается таким образом, чтобы в пределах Л Е (ширины поддиапазона) и1 (Л Ei) = const = pi, (6) Величина oi определяется значением выбранной ое из (4). B общем случае величина oj определяет влеичину ojE в каждом h,Ei. Для того, чтобы все oiE были одинаковы О1 =И =.° .° . =ON =OE . P) необходимо выполнение следующего условия A5"! б,и1(е) !/d е l AEl l — (8) пропорциональность ширины поддиапазона среднему значению модуля первой производной отношения массовых коэффициентов по энергии в пределах поддиапазона. Такое разбиение позволяет в каждом поддиапазоне задавать нормирующий коэффициент kl, при использовании которого выполняется соотношение Ь,и1 (A El) = 1 (9) (пунктирная кривая на фиг.бб). Тогда, если произвести подсчет импульсов Mi в каждом поддиапазоне Л Ei, умножить íà kl u просуммировать по всем поддиапазонам, то получим значение D с заданной (те . Анализ кривой и1 (Е) показывает, что. величина Л Ei зависит от крутизны и, в общем случае Л Ei Ф Л Ei+1, т.е. при приближении к Emax или вблизи Emin число поддиапазонов велико, а их ширина мала. В середине диапазона энергий AEi значительно увеличивается. Кроме того ki 1, следовательно из-за дискретного характера воздействия поля ионизирующего излучения можно задавать ki* = 1/ki 1,— коэффициент прореживания импульсных сигналов в Л Ei, тогда Такой подход к измерению ЭД позволяет не только уменьшить энергетическую составляющую погрешности измерения и сделать ее заданной во всем диапазоне энергией, но и расширить диапазон энергий регистрации, т.е. вместо (Emin, Emaxj ПОЛУЧИТЬ (Emln, Emaxj ГДЕ Emln1 < Emln И Emax1 > Emax, путем введения дополнительных Л Ei с соответствующими kj, пользуясь (6), (8) и (9). Далее, на фиг.ба приведена зависимость и1(Е) для пары детектор/вода, Анализ этой кривой показывает, что для достижения аналогичной cd разбиение и1 (Л Ei) на поддиапазоны требует более частого выставления порогов Пь т,к. крутизна кривой вданном случае большая. Объединив случаи кривых а и б вместе, сформулируем следующие положения: для достижения заданной погрешности измерения ЭД ое по энергии необходимо выполнение одного условия: — число-разбиений N зависит от крутизны кривой,и1 (Е); при увеличении энергетических границ регистрации необходимо вводить новые поддиапазоны со своими коэффициентами. Отметим, что для заявляемого способа ЕП,1п зависит только от чУвствительности Д, а Emax определяется радиационной стойкостью прибора, реализующего данный способ. 1806385 Есг>и теперь перейти к мощности экспозиционной дозы, которая определяется через интенсивность импульсной последовательности или через скорость счета M и > > в (2), то обозначив через M<— измеренную скорость счета, а через D<— истинное значение МЭД. получим аналогичное выражение М>/0 = А pi (Е). (12) Для выражения (12) справедливы все вышеизложенные выкладки. Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что при его реализации тем же устройством можно измерять и другие виды мощности дозы, а именно, поглощенную и эквивалентную, Для этого необходимо по соответствующим кривым р1 (Е) для выбранного вида мощности дозы определить N, Л Еь i c (1, N) и к>* Перед измерением выбирают вид параметра поля ионизирующего излучения для измерения (мощность или поглощенной,или экспозиционной>или эквивалентной дозы) и энергетический диапазон регистрации параметра, разделяют заданный. энергетический диапазон на ряд энергетических поддиапазонов с помощью порогов в виде напряжений постяонного тока, формируя соответствующее чиело параллельных каналов обработки, задают в каждом канале обработки коэффициент прореживания и выбира>от необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поля, при измерении с помощью спектрометрического детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергиям квантов поля, проводят параметрическое преобразование электрических зарядов в импульсные электрические сигналы, амплитуда (или длительность) которых пропорциональна величине заряда, а длительность (или амплитуда) — фиксированная, одновременно в каждом канале обработки проводят параметрическую селекцию импульсов электрических сигналов по амплитуде (или длительности), сравнивая ее с порогами канала обработки, прореживают импульсы отселектированной последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания, нормируют по амплитуде и длительности импульсы прореженной последовательности электрических сигналов, объединяют нормированные последовательности импульсов всех каналов в одну импульсную последовательность, измеряют интенсивность объединенной импульсной последовательности, пропорциональной величине измеряемого параметра, и индицируют результат измерения. Работу заявляемого способа рассмот5 рим на примере устройства, его реализующего. Структурная схема устройства приведена на фиг,1, где 1 >- спектрометрический детектор излу10 чений, 1.1 — сцинтилляционный датчик, 1.2 — фотоэлектронный умножитель, 2 — усилитель-преобразователь, 3 — блок параметрической селекции, 15 4 — блок амплитудной нормировки, 5 — счетчик-делитель, 6 — схема совпадений, 7 — формирователь измерительных импульсов, 20 8 — блок суммирования, 9 — интегратор, 10 — управляемый аттенюатор, 11 — блок измерения постоянной составляющей, 25 12 — индикатор, 13 — задатчик диапазона измерения, 14.1 — 14М+1 — задатчики порогов селекции, 15.1-15.N — задатчики коэффициентов 30 прореживания, П>, Ф(1, N+ 1) — 1-й порог селекции, ВП> — l-й верхний порог селекции (1, N), НП> — 1-й нижний порог селекции, (1, N), 35 ВП> = П(>+ 1), l (1, N),, НП> = П(>), l (1, N). Устройство, реализующее заявляемый способ измерения параметров поля ионизи40 рующего излучения, содержит последовательно соединенные спектрометрический детектор излучений 1, состоящий из оптически связанных сцинтилляционного датчика 1,1 и фотоэлектронного умножителя 1,2, вы45 ход которого является выходом детектора 1, и усилитель-преобразователь 2, N каналов обработки, блок суммирования 8, последовательно соединенные интегратор 9, вход которого соединен с выходом блока сумми50 рования 8, управляемый аттенюатор 10, блок измерения постоянной составляющей 11 и индикатор 12, задатчик диапазона измерения 13, выход которого соединен с управляющим входом управляемого 55 аттенюатора 10, задатчики порогов селекции 14,1-14.(М + 1), причем выход каждого эадатчика порога селекции 14.(, начиная со второго и по N-й, соединен с первым опорным входом каждого, соответствующего по номеру канала обработки и со вторым опор13 1806385 14 нырял входом каждого предыдущего канала обработки, выход зэдатчика порога селекции 14,1 соединен с первым опорным входом первого канала обработки, а выход задатчика порога селекции 14.(К + 1) — c вторым опорным входом N-го канала обработки, задатчики коэффициентов прореживания 15.1-15.N, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих по номеру каналов обработки, выходы которых соединены с соответствующими по номеру входами блока суммирования 8, а входы каналов объединены и соединены с выходом усилителя-преобразователя 2, каждый канал обработки содержит последовательно соединенные блок параметрической селекции 3, вход которого является входом канала, а опорные входы являются соответственно первым и вторым опорными входами канала, блок амплитудной нормировки 4 и счетчик-делитель 5, схему совпадений 6 и формирователь измерительных импульсов?, выход которого является выходом канала обработки, а вход объединен с входом "Сброс" счетчика-делителя 5 и соединен с выходом "Равно" схемы совпадений 6, сигнальная группа входов которого соединена с соответствующими выходами счетчика-делителя 5, а опорная группа входов является управляющим входом канала. Рассмотрим работу устройства, Предварительно отметим следующее, В данной реализации параметрическая селекция импульсов в кадом канале обработки проводится по амплитуде. Структурная схема блока селекции 3 приведена на фиг.4. Блок содержит пороговые элементы 3.1 — 3.1.2, усилитель-ограничитель 3,2, ждущий мультивибратор 3.3, сумматор 3.4, селектор отрицательной полярности 3,5, ключевой элемент 3.6 и линию задержки 3.7. Выходной сигнал блока 3 формируется в соответствии с выражением ° ° Uex(t), НП 4АвхбВПь вых(1) = О,.Авх < НПИАвх > ВПь (13) где Овых(1) — выходной сигнал блока 3, Usx(t) — входной сигнал 1-го канала обработки, НП и ВП вЂ” соответственно нижний и верхний пороги I-го канала обработки, причем ° ° НП П, ВП1 Пн.1, 1 (1, N), (14) rgb il> — выходной сигнал I-го задатчика порога селекции 14Л, Ь(1, N+ 1); Авх амплитуда импульса электрического сигнала Usx(t) на входе канала обработки, Измерение интенсивности нормированной импульсной последовательности, как измерение параметра поля, в данном устройстве происходит аналогичным образом как и в 5 устройстве, реализующем способ-прототип, а именно, прибором СРП-68, и особых пояснений не требует. Интенсивность последовательности измеряется и индицируется с помощью блоков 9-13 на фиг,1, аналогич10 ных по составу и функциям блокам 9-13 на фиг.2. Перед измерением выбирают вид измеряемого параметра поля ионизирующего излучения. Пусть, например, это будет мощ. ность экспозиционной дозы (МЭД). Затем 15 задаются требуемой cd — погрешностью измерения МЭД, определяемой энергией поля, и определяют вид вещества, у которого будет произведено измерение МЭД. Задаются значениями Emin u Emax — минимальной и 20 максимальной энергиями диапазона регистрации МЭД. По кривым р1 (Е) для данного вещества и МЭД, в соответствии с, изложенной в теоретической части методикой измерения, определяют N и (Л Е }1 — число 25 каналов обработки и величину i-го энергетического поддиэпазона регистрации, l (1, N), и с помощью задатчиков порогов селекции 14,1 — 14,N+1, выставляют соответствующие пороги Пь которые дают НП и ВП для 30 каждого значения Л Еь В каждом канале обработки по Л Ei задают значение ki* — коэффициент прореживания с помощью задатчика коэффициенте прореживэния 15,l, тэк чтобы выполнялось соотношение (9), Структу35 ра спектрометрического детектора излучений 1 также является типовой. С помощью задатчика диапазона измерения 13 задают диапазон изменения МЭД, коммутируя цепи резистивного делителя управляемого ат40 тенюатора 10. После этого устройство готово к проведению измерения, Измерение МЭД происходит следующим образом. Включается питание устройства и с помощью спектрометрического детектора из45 лучений 1 принимаются кванты для ионизирующего излучения. Каждый поглощенный сцинтилляционным датчиком 1.1 квант поля, последовательно преобразуется в поток фотонов света, а затем в фотоэлект50 ронном умножителе 1.2 в электрический заряд, величина которого пропорциональна энергии поглощенного кванта поля ионизирующего излучения. Далее каждый электрический заряд с выхода спектрометрического 55 детектора излучений 1 в усилителе-преобразователе 2 преобразуется в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине заряда и, соответственно, пропорциональна энергии 1806385 16 кванта поля. Затем электрические сигналы поступают на входы каналов обработки. Рассмотрим, например, работу первого канала обработки, В остальных (N - 1) каналах работа происходит аналогичным образом. Каждый электрический сигнал, поступающий на вход первого канала обработки, сравнивается по амплитуде с верхним и нижним порогами в блоке параметрической селекции 3, в соответствии с выражением (13), Для первого канала ue.x(), НП1 A., ВП, О, Авх < НП1/ Авх >ВП1, Uevx(t) = где НП1 = П1, ВП1 =П2, а П1 и П вЂ” выходные сигналы задатчиков порогов селекции 14.1 и 14.2 соответственно, Прошедшие селекцию импульсы с выхода блока 3 поступают на вход блока амплитудной нормировки 4, где каждый импульс усиливается до амплитуды, необходимой для устойчивой работы счетчика-делителя 5. Кроме того, в блоке 4 задается необходимая форма фронтов (переднего или заднего, в зависимости от конкретной реализации счетчика-делителя 5), требуемая для счетчика 5. Счетчик-делитель 5, схема совпадений 6 и задатчик коэффициента прореживания 15.1 образуют в канале обработки компрессор импульсных сигналов, который осуществляет прореживание импульсной последовательности отселектированных электрических сигналов в соответствии с заданным, коэффициентом прореживания k>*, Пусть есть импульсная последовательность с выхода блока амплитудной нормировки 4 (15} х(пТ), и = 0,1,2,..., x(LT) = х(1 mT),! = 0,1,2...„(16) со средним периодом повторения Ч = m T. Операция получения последовательности (16) называется прореживанием, а сама последовательность x(LT ) называется прореженной, В нашем случае значение m будем определяться как m = k>* — коэффициентом прореживания в первом канале и определяться из (10). Пусть, например, k>* - 12. где Т вЂ” средний период повторения. Фактически х(пТ) — это моменты регистрации квантов поля ионизирующего излучения в спектрометрическом детекторе излучений 1. Зададим m — целое, и будем брать только каждый m-й отчет (15), тогда получим последовательность 10 30 с выходов всех каналов обработки объеди55 Тогда на опорном входе схемы совпадений 6 присутствует код числа 12 с выхода задатчика коэффициента прореживания 15.1. Счетчик-делитель 5 проводит подсчет импульсов, поступающих с выхода блока амплитудной нормировки 4, и на его выходах последовательно появляются коды чисел от 1 до 12. При появлении 12-го счетного импульса коды на сигнальной и опорной группах входов схемы совпадения 6 станут равными, и на выходе "равно" схемы 6 появляется сигнал, который сбросит в нулевое состояние счетчик-делитель 5 и, одновременно, поступит на вход формирователя измерительных импульсов 7, Счетчик 5 начнет новый цикл подсчета, и, тем самым, на вход формирователя 7 будет поступать сигнал, соответствующий каждому 12-му отселектированному импульсу первого канала обработки, Формирователь измерительных импульсов 7 по сигналам прореженной последовательности импульсов формирует нормированные по амплитуде и длительности импульсы, необходимые для измерения интенсивности. Аналогично работают остальные каналы обработки. Отличия заключаются только в значениях порогов и коэффициентов прореживания в каждом канале ВПь НП и l МЭД на индикаторе 12. Рассмотрим подробнее работу и реализацию отдельных блоков устройства, Усилитель-преобразователь может быть реализован по схеме, причем данный усилитель. является универсальным, Так, если используется амплитудная селекция импульсов, то сигнал снимается с эмиттера транзистора VT1. При селекции импульсов по длительности выходной сигнал усилителя снимается с эмиттера транзистора VT6, в данном случае величина заряда на выходе спектрометрического детектора излучений 1 будет пропорциональна длительности импульса электрического сигнала, а амплитуда фиксированная. Реализация блока амплитудной нормировки 4 для случая, когда счетчик — делитель 5 срабатывает по переднему фронту импульса приведена на фиг,5 и содержит последовательно соединенные уси литель-ограничитель 4.1, вход которого— вход блока 4, и ждущий мультивибратор 4,2, выход которого — выход блока 4, Усилительогрвничителл 4.1 производит нормировку 1806385 45 55 импульсов по амплитуде, до уровня, необходимого для работы счетчика 5, а ждущий мультивибратор 4.2 формирует фронты импульса, необходимые для устойчивого срабатывания счетчика 5. Формирователь измерительных импульсов 7 может быть реализован на основе ждущего мультивибратора, времязадающие цепи которого определяют необходимую длительность измерительного импульса. Блок суммирования 8 реализует операцию обьединения импульсных последовательностей каналов обработки в одну последовательность и может быть реализован на основе N-входовой схемы ИЛИ. Выбор элементной базы для реализации заявляемого устройства не является в данном случае критичным. Технические преимущества заявляемого способа и устройства, его реализующего, заключается в снижении погрешности измерения, связанной с энергией поля ионизирующего излучения, за счет разбиения энергетического диапазона измерения на ряд поддиапазонов, число которых и протяженность зависит от требуемой точности измерения и задания в каждом поддиапазоне коэффициента прореживания, что обеспечивает постоянство погрешности измерения в поддиапазонах, Это, в свою очередь, зависит от крутизны кривой р (Е) в каждом поддиапазоне, Единственное требование на величину поддиапазона Л Ei — крутизна в нем должна быть постоянной, с точностью до заданной погрешности измерения. Данный подход обеспечивает постоянство основной погрешности измерения во всем диапазоне регистрации, Кроме того, появляется воэможность "управления" погрешностью измерения. При "грубых" оценках параметра поля, когда не требуется большая точность измерения, можно использовать меньшее число каналов, задавая усредненные коэффициенты прореживания по нескольким поддиапазонам, Использование заявляемого способа позволяет легко изменять границы энергетического диапазона регистрации как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, меняя соответствующим образом значения порогов селекции. Данная особенность заявляемого способа позволяет проводить спектрометрические исследования, заключающиеся в измерении параметра поля в узком диапазоне энергий, когда данный диапазон энергий разбивается на участки, для которых постоянство крутизны кривой р< (Е) выполняется точно. Это особенно важно в области малых энергий поля ионизирующего излучения (см. фиг,ба, б), Способ-прототип обеспечить такое измерение принципиально не может. Расширение функциональных воэможностей заявляемого способа заключается в способности измерять другие параметры поля только за счет изменения коэффициентов прореживания, что в случае реализации способа в заявляемом устройстве позволяет иметь один прибор для измерений, а не три, как в устройстве-прототипе, для измерения всех параметров поля. Анализ кривой,и (Е) на фиг.6а показывает, что деление диапазона энергий регистрации поля на 4 поддиапаэона позволяет снизить общую погрешность измерения с 10% (что является паспортным значением для прибора СРП-68) до 6%, за счет снижения энергетической составляющей погрешности измерения с 8% до 4%. Выигрыш по точности измерения составляет 2 раза. Формула изобретения 1. Способ измерения параметров поля ионизирующего излучения, основанный на том, что перед измерением мощности экспозиционной дозы излучения задают минимальный порог энергетического диапазона регистрации поля ионизирующего излучения в виде напряжения постоянного тока и выбирают необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поля, при измерении с помощью спектрометрического детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергиям квантов поля, преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии кванта поля, селектируют импульсы сигналов в соответствии со значением минимального порога, нормируют отселектированные импульсы по амплитуде и длительности, измеряют интенсивность нормированной импульсной последовательности, пропорциональной величине измеряемого параметра поля, и индицируют результат измерения, отличающийся тем, что перед измерением разделяют заданный энергетический диапазон регистрации поля ионизирующего излучения на ряд энергетических поддиапазонов с помощью порогов в виде напряжений постоянного тока, формируя соответствующее число параллельных каналов обработки, и задают в каждом канале обработки коэффициент прореживания, при измерении параметра поля проводят параметрическое преобразование электрических зарядов, соответствующих энергиям принятых квантов поля, в импульсные электрические сигналы, ампли1806385 Сравнительный анализ операций, выполняемых заявляемым способом и способом-прототипом Заявляемый способ Способ-прототип И и/и Задают минимальный порог энергетического диапазона регистрации поля ионизирующего излучения в виде напряжения AocTQRHHofo тока Задают (Н-1) порогов в виде напряжений постоянного тока, разделяя энергетический диапазон регистрации поля ионизирукщего излучения íà N энергетических поддиапазонов, формируя, тем самым, Л параллельных каналов обработки, Выбирают вид измеряемого параметра поля Задают в каждом канале обработки коэффициент прореживания Выбирают необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поли. Принимают с помснцью спектрометрического детектора излучений кванты поля ионизирующего излучения. Преобразуют каждый принятый квант в электрический заряд, величина которого пропорциональна энергии кванта. туда (или длительность) которых пропорциональна величине заряда, а длительность (или амплитуда) зафиксирована, одновременно в каждом канале обработки проводят параметрическую селекцию импульсов электрических сигналов по амплитуде (или длительности), сравнивая ее с порогами канала обработки, прореживают импульсы отселектированной последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и после нормировки импульсов перед измерением интенсивности потока объединяют нормированные прореженные последовательности импульсов всех каналов обработки в одну импульсную последовательность электрических сигналов. 2. Устройство для измерения параметров поля ионизирующего излучения, содержащее последовательно соединенные спектрометрический детектор излучений, состоящий иэ оптически связанных сцинтилляционного датчика и фотоэлектронного умножителя, выход которого является выходом детектора, усилитель-преобразователь и первый канал обработки, состоящий иэ блока параметрической селекции, информационный вход которого является информационным входом канала, а первый опорный вход — первым опорным входом канала, и. формирователя измерительных импульсов, выход которого является выходом канала, а также последовательно соединенные интегратор, управляемый аттенюатор, блок измерения. постоянной составляющей и индикатор, а также задатчик диапазона из мерения, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора, и первый задатчик порога, соединенный с первым опорным входом канала, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что введены N - 1 идентичные каналы обработки, информационные входы которых соединены с информационным входом первого канала, блок суммирования, первый — N-й входы которого соединены с выходами соответственно первого — N-го каналов обработки, а выход — с входом интегратора, (N — первый) — (N+ первый) задатчики порогов и первый — N-й задатчики коэффициентов прореживания, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого — N-ro каналов обработки, причем первый опорный вход (N— первого) — N-го канала соединен соответственно с выходом (N — первого) — N-го задатчика порога, и, кроме того, (N — первый) — (N + первый) эадатчик порога соединен с вторым опорным входом соответственно (Nпервого) — N-го канала, а в каждый канал введены блок амплитудной нормировки, вход которого соединен с выходом блока параметрической селекции, счетчик-делитель и схема совпадений, причем счетный вход счетчика-делителя соединен с выходом блока амплитудной нормировки, а выходы— с первыми входами элемента совпадений, выход "Равно" которого соединен с объединенными входом "Сброс" счетчика-делителя и входом формирователя измерительных импульсов, а группа опорных входов элемента совпадений является управляющим входом канала, второй опорный вход блока параметрической селекции является вторым опорным входом канала. 1806385 22 Продолжение таблицы Сравнительный анализ операций, выполняемых заявляемым способом и способом-прототипом Способ-прототип Р и/и Заявляемый cnocob Преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электрический сигнал, амплитуда котороГо пропорциональна энергии кванта, а длительность фиксированная, или длительность которого пропорциональна энергии кванта, а амплитуда - фиксированная. 9 Селектируют импульсы электрических сигналов в соответствии со значением минимального порога. В каждом канале одновременно: Проводят параметрическую селекцию импульсов, сравнивая его амплитуду (или длительность) с порогами канала. Прореживают импульсы отселектированной последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания. 12 Нормируют по амплитуде и длительности импульсы электрических сигналов. Объединяют нормированные импульсные последовательности. всех каналов в одну импульсную последовательность 15 Индицируют результат измерения. 14 Измеряют интенсивность импульсной последовательности, пропорциональную величине измеряемого параметра поля ионизируоцего излучения. 1806385 1806385 р,(8emsrmop/ Ь) 195 4 ..е май Е, кэд ЮО gl3 5О е ° е ,т,/и (бевукппр/Воздух) 1234 7 Е, кэВ 3000 1050 1300 1 ох Я min Редактор Н.Коляда Заказ 975 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1 13035. Москва. Ж 35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Ц Составитель Г.Кайдановский Техред M.Ìîðlåêòàë Корректор М.Керецман
