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 последовательно включенные детектор ионизирующего излучения и схему пересчета, выход которой подключен к первым входам двух элементов И, и таймер. При этом второй вход первого элемента И через инвертор подключен к выходу регистратора, а его выход - к входу регистратора. Выход второго элемента И соединен с входом счетчика импульсов. Выход таймера подключен к шинам установки в «ноль» регистратора и счетчика импульсов. Кроме того, сигнализатор содержит дополнительный элемент И, инвертор, делитель частоты и два индикатора верхнего и нижнего уровней. При этом один вход дополнительного элемента И соединен с выходом схемы пересчета, второй - с выходом регистратора и индикатором нижнего уровня, третий - через инвертор с выходом делителя частоты, входом второго элемента И и индикатором верхнего уровня. Шина установки в «ноль» делителя частоты подключена к выходу таймера, а вход - к выходу дополнительного элемента И. Технический результат: повышение надежности сигнализации. 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 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.

Из известных радиометрических устройств наиболее близким по технической сущности, прототипом, является радиометрический сигнализатор, авт. св. № 1839959, 1980 г. СССР. Этот сигнализатор содержит детектор ионизирующего излучения, схему пересчета, выход которой подключен к первым входам двух логических элементов И, причем, второй вход первого логического элемента И через инвертор подключен к выходу, а выход - к входу регистратора, выход второго логического элемента И соединен со входом счетчика импульсов; таймер, выход которого подключен к шинам установки в "ноль" регистратора и счетчика импульсов.

В схеме этого сигнализатора регистрация излучения осуществляется по принципу измерения скорости счета за время усреднения, задаваемое таймером, за вычетом установленного уровня порога радиационного фона.

Установление заданного уровня порога сигнализации в этой схеме производится по показаниям первых разрядов счетчика импульсов.

При установке уровня порога сигнализации по величине естественного радиационного фона имеют место два случая:

- первый - уровень порога сигнализации устанавливается по показаниям счетчика импульсов, имеющих большую точность. В этом случае имеется вероятность установления порога по максимуму флюктуации естественного радиационного фона, что снижает достоверность сигнализации, так как потоки малой интенсивности излучения маскируются шумами фона. А при установке порога по минимуму флуктуации фона повышает вероятность появления ложных сигналов, что также снижает достоверность сигнализации;

- второй - уровень порога сигнализации устанавливается по "грубым" показаниям счетчика импульсов. В этом случае уменьшается чувствительность регистрации излучения над уровнем порога в обратной пропорциональной зависимости от цены деления показаний счетчика импульсов и, следовательно, возможность регистрации сигналов излучения малой интенсивности также уменьшается.

Однако недостатком схемы этого сигнализатора является низкая надежность сигнализации излучения малой интенсивности на уровне флюктуации естественного радиационного Фона.

Указанный недостаток не дает возможность 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 отыскивать радиоактивные препараты и источники, интенсивность излучения которых соизмерима с флюктуацией естественного радиационного фона. Причем время анализа наличия излучения в практике служб весьма ограничено, что не позволяет использовать время усреднения, задаваемое таймером, более одной - две секунд.

Потому, что 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, подход к которым ограничен, при этом поиск их должен производиться скрытно от окружающего населения.

Низкая надежность сигнализаций в этой схеме не дает возможность с требуемой вероятностью зарегистрировать излучение, интенсивность которого меньше или соизмерима с уровнем флюктуации естественного радиационного фона, что не допустимо в условиях надзора.

Таким образом, целью изобретения является повышение надежности сигнализации.

Поставленная цель достигается тем, что в схему дополнительно введены логический элемент И, инвертор, делитель частоты и два индикатора верхнего и нижнего уровней, причем один вход дополнительного логического элемента И соединен с выходом схемы пересчета, второй - с выходом регистратора и индикатором нижнего уровня, третий - через инвертор с выходом делителя частоты, входом второго логического элемента И и индикатором верхнего уровня; шина установки в "ноль" делителя частоты подключена к выходу таймера.

Изобретение будет понято из следующего описания и приложенных к нему чертежей.

Фиг.1. Структурная схема предлагаемого радиометрического сигнализатора;

Фиг.2. Эпюры, поясняющие процесс регистрации излучения в схеме сигнализатора.

Предлагаемый радиометрический сигнализатор содержит:

детектор ионизирующего излучения 2, выход которого через схему пересчета 3 соединен с первыми входами логических элементов И 4, 9, 12;

регистратор 5, вход которого подключен к выходу логического элемента "2И" 4, а выход - через инвертор 1 ко входу элемента 4, к индикатору нижнего уровня 6 и второму входу логического элемента "3И" 9;

делитель частоты 10, вход которого соединен с выходом логического элемента "3И" 9 а выход - через инвертор 7 к третьему входу элемента 9, индикатору верхнего уровня 11 и входу логического элемента 2И 12;

счетчик импульсов 13, вход которого подключен к выходу логического элемента 2И 12;

таймер 8, выход которого подключен к шинам установки в "ноль" регистратора 5, делителя частоты 10 и счетчика импульсов 13.

Радиометрический сигнализатор работает следующим образом.

В исходном положении импульса установки в "ноль" (формируемый таймером 8 через период Т) переводит регистратор 5, делитель частоты 10 и счетчик импульсов 13 в начальное состояние, при котором на их выходах устанавливается нулевой "0" потенциал (наличие потенциала отмечается символом "1"). При этом в других элементах будут следующие состояния: на входах элемента 4 - сигнальный - "0", управляемый - "1"; на входах элемента 9 - сигнальный - "0", второй - "0", третий (управляемый) - "1"; на входах элемента 12 - сигнальный - "0", управляемый - "0", индикаторы 6 и 11 показывают "0".

Импульсы с выхода детектор 2 через схему пересчета 3 поступают на сигнальные входы элементов 4, 9, 12. Так как на управляемом входе элемента 4 потенциал "1", то импульсы проходят через него и считываются за время усреднения Т в регистраторе 5. Пока заполняется регистратор 5, элементы 9 и 12 закрыты потенциалом "0" и импульсы с выхода схемы пересчета через них на вход делителя частоты 10 и счетчика 13 не поступают.

После заполнения емкости счета регистратора 5 на его выходе вырабатывается потенциал "1", которым через инвертор 1 закрывается элемент 4 и открывается элемент 9. Регистратор 5 при этом сохраняет на выходе потенциал "1", о чем сигнализирует индикатор 6.

Импульсы с выхода схемы пересчета 3 через открытый элемент 9 поступают в делитель частоты 10, после заполнения которого на его выходе вырабатывается потенциал "1", которым через инвертор 7 закрывается элемент 9 и открывается элемент 12. Делитель частоты при этом сохраняет на выходе потенциал ″1″, о чем сигнализирует индикатор 11.

В результате импульсы с выхода схемы пересчета 3 через открытый элемент 12 считываются в счетчике 13.

Этот процесс будет продолжаться до прихода импульса установки в "ноль", после чего схема приходит в первоначальное состояние.

В зависимости от частоты следования импульсов измерения, времени усреднения и емкости счета регистратора 5 и делителя частоты 10 в схеме имеет место два случая:

Первый - установка порога сигнализации. В этом случае частота следования импульсов с выхода детектора 2 мала и за время усреднения Т регистратор 5 успевает заполниться, а делитель частоты 10 - нет. В результате элемент 12 остается закрытым и счетчик импульсов 13 показывает "ноль", так как импульсы измерения не проходят через элемент 12, а накопленное число в регистраторе 5 плюс количество считанных импульсов в делителе частоты 10 "стирается" импульсом установки в "ноль".

Установка уровня порога сигнализации в этой схеме осуществляется при выбранных величинах чисел N ₀ регистратора 5 и M₀ делителя частоты 10 таким образом, чтобы индикатор 6 выдавал сигнал сигнализации о достижении нижнего уровня, а в индикаторе 11 сигнализация отсутствовала.

Величина N₀ нижнего уровня выбирается из условия среднего значения фона, по которому устанавливается порог сигнализации, а величина M₀ из размаха флюктуации фона, которая ограничивает верхний уровень порога сигнализации.

Процесс выбора заданных чисел N₀ и M₀ по величине фона изображен на фиг.2 в виде эпюр: 1 - изменение частоты следования импульсов на выходе схемы пересчета, 2 - считывание импульсов измерения в регистраторе, 3 - считывание импульсов в делителе частоты, 4 - считывание импульсов в счетчике импульсов за 1 и 2-ой периоды времени усреднения Т.

Как видно из эпюр, в этом случае, считывание импульсов измерения за период усреднения Т производится в пределах различных флюктуации Фона регистратором 5 и делителем частоты 10, а счетчик импульсов 13 показывает ноль.

Второй - сигнализация о наличии регистрируемого излучения. В этом случае частота следования импульсов такова, что регистратор 5 и делитель частоты 10 успевают заполниться до заданных чисел.

В результате импульсы измерения с выхода схемы пересчета 3 через открытый элемент 12 поступают на вход счетчика импульсов 13, который показывает количество импульсов, считанных в счетчике 13 при превышении заданных чисел, N₀+M₀ , за время усреднения Т, что позволяет оценить характер регистрируемого излучения при превышении установленного уровня порога сигнализации.

После прихода импульса установки в "ноль" схема возвращается в исходное положение и процесс измерения повторяется с интервалом времени усреднения Т.

Процесс регистрации в счетчике импульсов 13 импульсов измерения при превышении установленного уровня порога сигнализации иллюстрирован эпюрами 1, 2, 3 и 4 в 3 периоде времени усреднения на фиг. 2.

Установление заданного числа M₀ в интервале счета между нижним и верхним уровнями порога повышает надежность сигнализации в условиях переменного радиационного фона. Это следует из того, что в прототипе импульсы с минимальной частотой следования на выходе детектора 2 могут быть зарегистрированы над установленным уровнем порога N₀, если имеет место соотношение:

где К - коэффициент деления схемы пересчета 3, Т - время усреднения, - среднее значение флюктуации фона.

В предлагаемой схеме при M₀= , это соотношение имеет вид:

Сравнение выражений 1 и 2 показывает, что в предлагаемой схеме может быть зарегистрирован сигнал в 2 раза меньше чем у прототипа, то есть улучшена эффективность регистрации излучения малой интенсивности.

Использование нового элемента делителя частоты, логического элемента 3И, входы которого подключены: первый - к выходу схемы пересчета, второй - к выходу регистратора, индикатору нижнего уровня; третий - через инвертор к выходу делителя частоты, входу индикатора верхнего уровня и входу логического элемента 2И, выгодно отличает предлагаемый радиометрический сигнализатор от указанного прототипа, т.к. повышение надежности сигнализации позволяет улучшить чувствительность регистрации излучения низкой интенсивности, с использованием детекторов меньших объемов.

В результате открывается возможность существенно уменьшить массу и габариты портативных радиометрических сигнализаторов с высокой надежностью сигнализации, чем у прототипа, и улучшенной чувствительностью, примерно в 1,5 раза, регистрации излучения с помощью детекторов в несколько раз меньших по объему.

Реализация изобретения позволит обеспечить оперативные службы внутренних дел и санитарной инспекции малогабаритными приборами с улучшенными основными техническими характеристиками для осуществления надзора за радиоактивными препаратами и загрязненностью окружающей среды.

По данному техническому предложению изготовлен макет радиометрического сигнализатора "Киль", в котором в качестве детектора ионизирующего излучения используется сцинтилляционный детектор.

Испытания макета прибора показали, что при установлении порога сигнализации на уровне естественного радиационного фона удается зарегистрировать радиоактивный источник, эквивалентный излучению, превышающий установленный уровень порога менее чем на 30%.

Формула изобретения

Радиометрический сигнализатор, содержащий последовательно включенные детектор ионизирующего излучения и схему пересчета, выход которой подключен к первым входам двух элементов И, причем второй вход первого элемента И через инвертор подключен к выходу регистратора, а его выход - к входу регистратора, выход второго элемента "И" соединен с входом счетчика импульсов, таймер, выход которого подключен к шинам установки в "ноль" регистратора и счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности сигнализации, введены дополнительный элемент И, инвертор, делитель частоты и два индикатора верхнего и нижнего уровней, причем один вход дополнительного элемента И соединен с выходом схемы пересчета, второй - с выходом регистратора и индикатором нижнего уровня, третий - через инвертор с выходом делителя частоты, входом второго элемента И и индикатором верхнего уровня, шина установки в "ноль" делителя частоты подключена к выходу таймера, а вход - к выходу дополнительного элемента ″И″.

РИСУНКИ