Радиометрический сигнализатор
Изобретение относится к области техники регистрации ионизирующего излучения, в частности к радиометрическим устройствам для сигнализации о наличии источников ионизирующего излучения, интенсивность которых превышает установленный уровень радиационного фона. Сущность: сигнализатор содержит детектор ионизирующего излучения, импульсный усилитель, схему пересчета, таймер и регистратор, к выходу которого подключен счетчик импульсов. Кроме того он содержит три схемы И, одна из которых подключена первым входом к выходу схемы пересчета, вторым входом через инвертор - к выходу, а выходом - ко входу регистратора. Две другие схемы И включены последовательно так, что первый вход второй схемы И соединен с выходом схемы пересчета, второй вход - с выходом регистратора, а выход подключен к первому входу третьей схемы И, второй вход которой подключен через инвертор к выходу, а выход - ко входу счетчика импульсов. Технический результат: повышение точности установления уровня порога сигнализации ионизирующего излучения. 2 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к области техники регистрации ионизирующего излучения, в частности к радиометрическим устройствам для сигнализации о наличии источников ионизирующего излучения, интенсивность которых превышает установленный уровень радиационного фона.
Изобретение может быть использовано подразделениями Органов Внутренних Дел СССР при поиске утерянных или похищенных радиоактивных источников малой активности, а также службами санинспекции и геологоразведки при анализе радиоактивной загрязненности окружающей среды и различных материалов.
Известны устройства для регистрации и исследования ионизирующего излучения (см. В.В.Матвеев, Б.И.Хазанов "Приборы для измерения ионизирующих излучений", изд.2, Атомиздат, М., 1972 г. "Аппаратура для регистрации и исследования ионизирующих излучении", справочник, Атомиздат, 1965 г.; Л.С.Горн, Б.И.Хазанов, А.В.Шифрин "Радиометрические приборы, блоки и узлы", Атомиздат, М., 1976 г. "Радиометрический стационарнвй сигнализатор РМГЗ-02, Проспект Всесоюзного Объединения "Изотоп", СССР, 1976 г.).
Из известных радиометрических устройств наиболее близким по технической сущности (прототипом) является радиометрический стационарный сигнализатор РМГ0З-02 (Проспект Всесоюзного Объединения "Изотоп", СССР, 1976 г.). Этот сигнализатор содержит детектор ионизирующего излучения, импульсный усилитель, схему пересчета, регистратор, к выходу которого подключен счетчик импульсов, таймер.
В схеме этого сигнализатора регистрация излучения осуществляется по принципу измерения скорости счета за время усреднения, задаваемое таймером, кратное значению установленного значения радиационного фона.
В зависимости от частоты следования импульсов с выхода детектора ионизирующего излучения и периода усреднения в схеме имеет место два случая.
Первый - частота следования мала и регистратор не успевает заполниться за период усреднения Т. В этом случае счетчик импульсов показывает "ноль".
Второй - частота следования такова, что регистратор успевает заполниться за период усреднения Т. При этом импульсы с высшего разряда, соответствующие количеству оборотов регистратора, считываются в счетчике импульсов.
Показания счетчика в этой схеме можно представить выражением
где f - частота счета над уровнем порога, Т - время усреднения, n-m - заданное число уровня порога.
Уровень порога сигнализации в этой схеме устанавливается по показанию первого разряда счетчика импульсов, когда скорость счетчика с вывода детектора ионизирующего излучения за время усреднения сравнима с заданным числом.
Погрешность установления уровня порога в этой схеме может быть определена из выражения
где Nn и Nn-1 - показания старшего и предыдущего разрядов счетчика импульсов;
n - коэффициент деления схемы пересчета;
m - емкость счета регистратора за один оборот.
Однако недостатками схемы этого сигнализатора являются следующие.
1. Погрешность установления уровня порога этой схемы составляет 30%.
2. Низкая точность установления уровня порога сигнализации.
Перечисленные недостатки не дают возможности производить надлежащий надзор, возложенный в соответствии с правилами ОСП-72 на органы санитарной инспекции и внутренних дел, за использованием радиоактивных материалов. Так как в практике надзора необходимо стискивать радиоактивные препараты и источники малой активности по их излучению, интенсивность которых соизмерима с уровнем естественного радиационного фона. Радиоактивные препараты и источники в силу различных причин оказываются утерянными, преднамеренно скрытыми или похищенными и могут находиться за различными преградами, в тайниках или захоронениях, а также в труднодоступных местах, к которым доступ на близкое расстояние ограничен.
Низкая точность установления уровня порога сигнализации не дает возможность зарегистрировать излучение, интенсивность которого меньше или соизмеримо с установленным уровнем порога, а это увеличивает вероятность пропуска источника при его поиске, что недопустимо в условиях надзора.
Таким образом, целью изобретения является повышение точности установления уровня порога сигнализации ионизирующего излучения.
Поставленная цель достигается тем, что в схему сигнализатора введены три схемы И, одна из которых подключена первым входом к выходу схемы пересчета, вторым входом через инвертор к выходу, а выходом - к входу регистратора, две другие схемы И включены последовательно так, что первый вход второй схемы И соединен с выходом схемы пересчета, второй вход - с выходом регистратора, а выход подключен к первому входу третьей схемы И, второй вход которой подключен через инвертор к выходу, а выход к входу счетчика импульсов.
Изобретение будет понято из следующего описания и приложенных к нему чертежей:
Фиг.1. Структурная схема предлагаемого радиометрического сигнализатора.
Фиг.2. Кривая показаний счетчика в зависимости от скорости счета импульсов при постоянной времени усреднения таймера.
Предлагаемый радиометрический сигнализатор содержит детектор 1, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы с частотой следования, пропорциональной интенсивности; импульсный усилитель 2, усиливающий и формирующий по амплитуде и длительности электрические импульсы; схему пересчета 3, изменяющую частоту следования импульсов; схему 2И 4, выполняющую роль управляемого вентиля, сигнальный вход которого соединен с выходом схемы пересчета 3, управляемый вход через инвертор 5 с выходом, а выход - со входом регистратора 6; регистратор 6, предназначенный для установления заданного числа счета (уровня порога сигнализации) за время усреднения; схему 2И 7, выполняющую функцию управляемого вентиля, сигнальный вход которого подключен к выходу схемы пересчета 3, управляемый вход - к выходу регистратора 6; схему 2И 8, выполняющую функцию управляемого вентиля, сигнальный вход которого подключен к выходу схемы 7, управляемый вход через инвертор 9 к выходу, а выход - ко входу счетчика импульсов 10; счетчик 10 предназначен для индикации установления уровня порога сигнализации и его превышения за время усреднения; таймер 11 предназначен для установления начального состояния схемы пересчета 3, регистратора 6 и счетчика импульсов 10 через интервал времени усреднения.
Радиометрический сигнализатор работает следующим образом.
Предлагаемая схема построена по принципу измерения скорости счета за время усреднения, задаваемое таймером, и вычитания заданного числа, определяемого емкостью счета регистратора.
В исходном положении импульс сброса переводит схему пересчета 3, регистратор 6 и счетчик импульсов 10 в начальное состояние, при котором на их выходах устанавливается нулевой "0" потенциал (наличие потенциала отмечается символом "1"), при этом потенциалы соответственно будут на входах схемы 4 - сигнальный - "0", управляемый - "1", схемы 7 - "0" и "0" и схемы 8 - "0" и "1".
Импульсы измерения с выхода детектора 1 через импульсный усилитель 2 и схему пересчета 3 поступают на сигнальный вход схемы 4. Так как на ее управляемом входе потенциал "1", то импульсы проходят на вход регистратора 6, в котором они считываются за время усреднения, задаваемое таймером 11. В этот промежуток времени схема 7 закрыта "0" потенциалом и импульсы с выхода схемы пересчета 3 не поступают в счетчик импульсов 10.
В зависимости от частоты следования импульсов измерения, периода сброса и емкости счета регистратора 6 в схеме имеет место два случая.
Первый - частота следования импульсов мала, и регистратор 6 не успевает заполниться за интервал времени усреднения. В этом случае счетчик импульсов 10 показывает "ноль", так как импульсы измерения не проходят через схему 7, а накопленное число в регистраторе 6 "стирается" импульсом сброса.
Второй - частота следования импульсов такова, что регистратор 6 успевает полностью заполниться за интервал времени усреднения. При этом на высшем разряде регистратора возникает потенциал "1", который открывает схему 7 и через инвертор 5 закрывает потенциалом "0" схему 4.
Таким образом, импульсы измерения с этого момента поступают в счетчик импульсов 10, а регистратор 6 закрыт для дальнейшего считывания. Такое состояние сохраняется до прихода импульса сброса. После чего процесс измерения повторяется с интервалом времени Т.
В случае, если счетчик импульсов 10 за время измерения Т войдет в насыщение, то на его высшем разряде возникает потенциал "1", который через инвертор 9 закроет схему 8 и тем самым перекроет поступление импульсов в счетчик импульсов 10, т.е. сохранит его показания от самопроизвольного сброса.
Показания счетчика импульсов 10 в предполагаемой схеме можно представить в виде
где f - частота счета над уровнем порога,
T - время усреднения,
n - коэффициент деления схемы пересчета.
Уровень порога сигнализации устанавливается по показанию первого разряда счетчика импульсов 10 при выбранных значениях коэффициента деления "n" схемы пересчета 3, емкости счета m регистратора 6 и времени усреднения "Т" таймера 11.
Погрешность установления уровня порога сигнализации предлагаемого радиометрического сигнализатора может быть определена из выражения
где Nn и Nn-1 - показания старшего и предыдущего разрядов счетчика импульсов 10;
m - емкость счета регистратора 6.
Сравнение выражений 2 и 4 показывает, что в предлагаемой схеме погрешность установления уровня порога сигнализации может быть уменьшена в Nn /(m+Nn) раз.
Сравнение же выражений 1 и 3 при одинаковых значениях параметров T, n, m и N показывает также, что достигается возможность зарегистрировать излучение с меньшей скоростью счета в m раз.
Использование нового элемента введением трех схем И, одна из которых подключена первым входом к выходу схемы пересчета, вторым входом через инвертор к выходу, а выходом - к входу регистратора, две другие схемы И включены последовательно так, что первый вход второй схемы И соединен с выходом схемы пересчета, второй вход - с выходом регистратора, а выход подключен к первому входу третьей схемы И, второй вход которой подключен через инвертор к выходу, а выход - к входу счетчика импульсов, выгодно отличает предлагаемый радиометрический сигнализатор от указанного прототипа, т.к. повышением точности установления уровня порога сигнализации достигается увеличение чувствительности регистрации излучения низкой интенсивности.
В результате открывается возможность создания портативных радиометрических сигнализаторов с погрешностью установления уровня порога сигнализации в 9 раз ниже, чем у прототипа.
Реализация изобретения позволит обеспечить службы внутренних дел и санитарной инспекции малогабаритными носимыми высокочувствительными сигнализаторами для осуществления надзора за радиоактивными материалами и загрязненностью окружающей среды.
По данному техническому предложению на предприятии п/я Р-6303 изготовлен макет прибора, в котором в качестве детектора ионизирующего излучения использован сцинтилляционный детектор.
Испытание макета прибора показали, что при установлении порога сигнализации над уровнем естественного радиационного фона (10 мкР/ч) с погрешностью 5% удается зарегистрировать радиоактивный источник активностью 2 мКюри на расстоянии 25 м, что эквивалентно регистрации излучения, превышающего установленный уровень пороге сигнализации менее 10%.
Стабильность установления уровня порога сигнализации обеспечивает бесподстроечную работу прибора в течение 12 часов при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40°С.
Диаграмма показаний счетчика импульсов в зависимости от скорости счета излучения при постоянной времени усреднения, представленная на фиг.2 (прототип - кривая I, предлагаемое изобретение - кривая 2), получена в результате реализации предлагаемого изобретения и подтверждена данными эксперимента и расчета по формулам 1 и 3 при значениях параметром n=8 и m=8.
Формула изобретения
Радиометрический сигнализатор, содержащий детектор ионизирующего излучения, импульсный усилитель, схему пересчета, регистратор, к выходу которого подключен счетчик импульсов, таймер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности установления уровня порога сигнализации ионизирующего излучения, в него введены три схемы И, одна из которых подключена первым входом к выходу схемы пересчета, вторым входом через инвертор к выходу, а выходом - к входу регистратора, две другие схемы И включены последовательно так, что первый вход второй схемы И соединен с выходом схемы пересчета, второй вход - с выходом регистратора, а выход подключен к первому входу третьей схемы И, второй вход которой подключен через инвертор к выходу, а выход - к входу счетчика импульсов.
РИСУНКИ
