Спектрометр-дозиметр

 

Область использования: ядерная физика и ядерная электроника, а именно спектрометрия и дозиметрия ядерных излучений, может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах. Суть изобретения: для повышения информативности , увеличения динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений производится одновременная регистрация всех видов радиоактивного излучения, а также введение в систему Д Е-Е на полупроводниковых детекторах экрана-заслонки, узла стробируемых буферных усилителей, выходы которых соединены с входами буферного регистра, выходы которого соединены с общей шиной центрального процессорного устройства, а выходы аналогово-цифровых преобразователей подсоединены к входам узла стробируемых буферных усилителей. 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О Î (Л

00 ЬЭ ,Г

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4943333/25 (22) 10.06.91 (46) 07.09.93. Бюл. ¹ 33 — 36 (71) МГУ им. M. В, Ломоносова (72) Минеев Ю. В., Трофимов П. Н. (73) Минеев Ю. В., Трофимов П. Н. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1599819, кл. AI G 01 Т 1/38, 1986, Авторское свидетельство СССР

1026550, кл. G 01 Т 1/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1217102, кл. G 01 Т 1/02. 1984.

Заявка Японии ¹ 62-28432. кл. G 01 T 1/24, А 61 В 6/03, G 01 N 23/04, 1 987.

Заявка Франции № 262230. кл. G 01 Т 1/15, 1989.

Акимов Ю. К., Игнатьев О, В„Калинин

А. И„Кушнурук В. Ф, Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике. — M.: Энергоатомиздат, 1989, с. 344, Изобретение относится к области ядерной физики и ядерной электроники, а именно к спектрометрии и дозиметрии ядерных излучений. и может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах.

Известен с пектрометр-идентификатор, содержащий Л Е и Е-детекторы и позволяющий идентифицировать заряженные частицы с помощью блока памяти с записанными в него кодами. соответствующими энергетическому интервалу и типу регистрируемой частицы. Также известен

„„RU„„ 2000582 C гя)э G 01 Т 1/24, 1/16. 1/02 (54) СПЕКТРОМЕТР-ДОЗИМЕТР (57) Область использования: ядерная физика и ядерная электроника, а именно спектрометрия и дозиметрия ядерных излучений, может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах. Суть изобретения: для повышения информативности. увеличения динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений производится одновременная регистрация всех видов радиоактивного излучения, а также введение в систему Л Е-Е на полупроводниковых детекторах экрана-заслонки, узла стробируемых буферных усилителей, выходы которых соединены с входами буферного регистра, выходы которого соединены с общей шиной центрального процессорного устройства, а выходы аналогово-цифровых преобразователей подсоединены к входам узла стробируемых буферных усилителей, 2 ил, дозиметр с применением пластины иэ монокристалла, изгиб которой зависит от регистрируемой дозы и с применением полупроводниковых детекторов.

Однако спектрометр-идентификатор не регистрирует нейтральное излучение, а примененный в нем блок памяти не позволяет определять дозу излучений, и поэтому в устройстве не реализуются все возможности

Л Е-Е метода. Дозиметр с применением одного монокристалла не позволяет регистрировать дозу раздельно от каждого вида радиоактивного излучения и не обладает

2000582 спектрометрическими и идентификационными свойствами, а также не позволяет регистрировать малые поглощенные дозы.

Полупроводниковый дозиметр не регистрирует нейтрального излучения, а также не использует спектрометрические и идентификационные свойства системы полупроводниковых детекторов. Недостатком является применение аналоговой обработки сигналов от детекторов, а не цифровой обладающей гораздо большими быстродействием и точностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать спектрометр-идентификатор, содержащий телескоп из Л Е- и Е-детекторов, усилители, быстродействующие нелинейные аналого-цифровые преобразователи, блок отбора совпадений. репрограммируемый блок памяти с записанными о него кодами, соответствующими энергетическому интервалу и типу регистрируемой частицы и регистратор. Он имеет общие признаки с предлагаемым устройством по возможностям спекгрометрии и идентификации заряженных частиц и высокому быстродействию, Однако отсутствие регистрации нейтрального излучения и отсутствие регистрации поглощенной дозы как по каждому виду излучения, так и по суммарной дозе отличае1 укаэанный прототип от предлагаемого изобретения. В прототипе не предусмотрены конструктивные элементы (экран-заслонка) для системы Л Е вЂ” Е детекторов, позволяющий регистрировать у -излучением. В нем отсутствует микропроцессорное устройство со специальной программной поддержкой и цепями управления, что о отличии от предлагаемого устройства не позволило в спектрометре-идентификаторе реализовать всех возможностей Л Е-Е-системы в части регистрации у излучения и определения доэ, Цель изобретения — повышение информативности. увеличение динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений при высоком быстродействии эг счет максимального использования воэможностей Л Е-Е-системы на полупроводниковых детекторах, а именно одновременно измеряемых а - Д -и у-радиоактивностей, а также изотопного состава по а-излучению и применения цифровой обработки. Изобретение позволяет раздельно регистрировать дозы от разных видов радиоактивности — альфа, бета и гамма в широком динамическом диапазоне, а также суммарную дозу по всем видам излу5

55 чения. Отдельно следует отметить высокую чувствительность измерения а -излучения.

Цель изобретения достигается тем, что в устройстве, содержащем систему из двух

ЛЕ-и Е-детекторов, первый и второй выходы которой соединены с входами первого и второго блоков аналоговых измерений соответственно, первый выходы которых соединены с входами первого и второго аналогово-цифровых преобразователей, снабжена экраном-заслонкой, блоком стробируемых буферных усилителей, выход которого соединен через буферный регистр с общей шиной центрального процессорного устройства. а второй и третий входы подсоединены к выходам первого и второго аналогово-цифровых преобразователей, Существенным отличием спектрометра является однооремен ное и раздельное измерение потоков и доза, /3 и у-радиоактивности. а также малых потоков и доз арадиоэктивности, что позволяет определять содержание радона при сохранении широкого динамического диапазона измерения потоков и доз. Получение мощности эквивалентной дозы от измеренных с высокой точностью и быстродействием потоков и спектров всех оидоо излучений позволяет более точно определять дозы излучений.

Точность измерения дозы повышается в несколько раз по сравнению с существующими профессиональHûMè до3иметрэми за счет более точного определения потоков и спектров каждого вида излучений (альфа. бета и гамма). Предлагаемые отличительные признаки в совокупности ранее не заявлялись, э потому предлагаемое решение удоолетооряе1 критерию "существенные отличил".

Схема прибора представлена нэ фиг, 1.

Полупроводниковый спектрометр-дозиметр состоит из системы Л F- и Е-детекторов с коллиматором и экраном-заслонкой 1, двух идентичных каналов, содержащих в себе блок аналоговых измерений (БАИ) 2 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

3, блока стробируемых буферных усилителей (ББУ1 4, блока управления (БУ) 5, буферного регистра (БР) б, блока индикации (БИ)

7, блока клавиатуры (БК) 8, центрального процессорного устройства (ЦПУ) 9, банка памяти программ и констант (БППК) 10, банка оперативной памяти (БОП) 11. Первый и второй выходы системы из двух полупроводниковых детекторов соединены с входами соотоетственно первого и второго блоков аналоговых измерений 2. первые выходы которых соединены с первыми входами соответственного первого и BTopol АЦП 3, а

2000582 вторые выходы подключены соответственно к второму и третьему входам блока управления 5. Первый, второй и третий выходы БУ 5 соединены соответственно с вторыми выходами первого и второго АЦП 3 5 и первым входом блока буферных усилителей 4, Выходы первого и второго АЦП 3 соединены с вторым и третьим выходами блока стробируемых буферных усилителей

4 соответственно, выход ББУ соединен че- 10 рез буферный регистр б с общей шиной центрального процессорного устройства. с которой связаны блок памяти программ и констант, блоке оперативной памяти, индикатор, клавиатура и первый выход блока управления. Принцип работы спектрометра-дозиметра заключается в разной величине потерь энергии тяжелых (a -частиц) и легких частиц (электронов) в кремнии разной толщины. Применение двух 20 расположенных друг под другом Л Е- и толстого Е-детекторов позволяет легко отделить регистрацию одного типа излучения от другого. Регистрация а-излучения осуществляется тонким Л Е детектором, в то время 25 как регистрация Р- и у-излучения производится в толстом E-детекторе. /3-частицы с энергией > 100 кэВ энерговыделение в тонком счетчике очень малое и не регистрируется в нем, так как электрический порог 30 регистрации у-излучения превышает в несколько раз уровень шумов и потерь электронов. Для отделения 1 -излучения от

Р -излучения используется экран-заслонка из алюминия толщиной в несколько мм, устанавливаемая на коллиматора детекторной системы 1. Анализ изотопного состава таких элементов как радон,по у-излучению производится с помощью электронных цифровых схем, осуществляющих операцию перемножения импульсов от Л Е- и

Е-детекторов. Спектрометр-дозиметр работает следующим образом. При регистрации какого-либо излучения (альфа, бета или гамма), на выходе системы Л Е вЂ” Е-детекторов 1 появляется электрический импульс, величина которого пропорциональна либо энергии зарегистрированной частицы, либо ее потерям, Эти импульсы усиливаются в БАИ 2 и поступают на АЦП. На выходе АЦП формируется четырехрядный код, Преобразование в каждом из каналов происходит независимо. Сформированные коды с выходы АЦП 3 (каналы Л Е и Е) поступают на ББУ

4, служащий для передачи кодов в БР 6.

Управление АЦП 3 и ББУ 4 с целью исключения наложений реализуется при помощи

БУ 5 и ЦПУ 9, Блок управления (фиг. 2) содержит двухвходовые элементы ИЛИ 1, 6.

10, одновибраторы 2 и 3. два тактируемых триггера 4 и 5. RS-триггер 9 и две. двухвходовые схемы И 7, 8. Вторые выходы первого и второго блоков аналоговых измерений соединены с D-входами триггеров 4 и 5 соответственно и с входами элемента ИЛИ 1.

Q-выходы триггеров 4 и 5 объединены схемой ИЛИ 10, выход которой подключен к первому входу блока буферных стробируемых усилителей, Q-выходы триггеров 4 и 5 через схемы совпадений И 7 и 8 подключены к вторым выходам первого и второго АЦП соответственно. Входы сброса R-триггеров

4 и 5 и вход установки S RS-триггера 9 соединены с общей шиной центрального процессорного устройства.

Блок управления работает следующим образом. B исходном состоянии триггеры 4 и 5 сброшены, RC-триггер установлен. При появлении одновременно или по любому иэ входов 2 или 3 управляющего сигнала с БАИ запускается одновибратор 2 и задним фронто л импульса отрицательной полярности передает информацию с О-входа на 0 — Qвыходы. RS-триггер сбрасывается и блокирует одновибратор 2, одновременно запуская одновибратор 3. Импульс с одновибратора 3 через схемы совпадения 7 или 8 запускает АЦП того канала, в котором произошла регистрация частицы, Q-выходы триггеров 4 и 5 через схему ИЛИ 10 разрешают выход данных с ББУ, П осле чтения БР процессор формирует сигнал "Сброс", который возвращает БУ в исходное состояние, разблокируя одновибратор 2. С выхода ББУ

4 данные в виде коды поступают и "защелкиваются" в БР 6. С БР 6 коды поступают на внутреннюю шину и считываются ЦПУ 9, которое осуществляет накопление спектра, перевод интенсивности излучения в дозу и анализ изотопного состава по гт -излучению. Режим работы задается оператором при помощи нажатия соответствующих управляющих клавиш блока клавиатуры 8 и установления экрана-заслонки на коллиматор системы Л Е вЂ” Е 1 (либо его снятия). В соответствии с заданной программой измерений ЦПУ 9 осуществляет управление работой прибора и производит накопление информации в БОП 11. По завершении накопления и обработки данных отображаются в блоке индикации 7, Применение микропроцессора совместно с набором подпрограмм, хранящихся в БППК 10, позволяет оперативно изменять алгоритм обработки данных, а также осуществлять управляемый вывод данных на БИ 7. Наличие дьух независимых каналов (Л Е и Е) позволяет одновременно регистрировать

2000582

40 дозиметр обладает большим динамическим 50 диапазоном измеряемых потоков и доэ и разные виды радиоактивного излучения, а четырехраэрядный код, получаемый с помощью АЦП 3 после преобразования аналогового сигнала, позволяет вести измерения с разбиением диапазона энергий регистрируемых частиц на 16 градаций. т, е. выполнять функции спектрометра. Так как поглощенная доза, как правило, пропорциональна интенсивности излучений, спектрометр-дозиметр позволяет. в отличии от существующих дозиметров. проводить измерения доэ раздельно по каждому виду излучений, что значительно повышает информативность, быстродействие и точность измерений. Предусмотрена регистрация и суммарной поглощенной дозы. Алгоритм умножения, необходимый для определения поглощенной дозы и изотопного состава по а-излучению. реализован нэ программном уровне и в виде двоичных кодов. находится в БППК 10. Спектрометр-дозиметр позволяет проводить регистрацию потоков и доз: а) а -излучения с энергией 1-20 МэВ/нуклон и активностью, начиная с 1-2 беккерелей/л и эффективностью, близкой к 100%; б) Р-излучения с энергией 0,1-2,0 МэВ с эффективностью 807, Р -излучения с энергией

2,0-5,0 МэВ с эффективностью 50% и с активностью 2 — 5 беккереля/л; B) у-излучения с энергией 0,05 — 2,0 МэВ, начиная с фоновых значений мощности эквивалентной дозы

0,15 мк /ч (15 мкР/ч). Диапазон регистрируемых потоков излучений составляет от начальных фоновых) значений до 105 частиц/см с. Определяется также суммарная мощность эквивалентной от всех видов излучений.

Предлагаемый полупроводниковый спектрометр-дозиметр по сравнению с аналогами обладает многофункциональностью и высокой информативностью. О» сочетает в себе одновременно функции спектрометра заряженных частиц и идентификатора частиц по массе, а также выполняет функции дозиметра, причем раздельно по каждому виду радиоактивного излучения (альфа, бета и гамма). Прибор может определять и суммарную поглощенную дозу. Спектрометр5

35 может определять малые дозы радиоактивного излучения, например содержание радона в помещениях, что важно в медицинских и экологических целях. Экономическая эффективность изобретения предполагается очень высокой благодаря многофункциональности и в несколько раз превышает эффективность по сравнению с применяемыми промышленными дозиметрами, Формула изобретения

1. Спектрометр-дозиметр, содержащий индикатор, блок памяти программ и контакт из двух полупроводниковых детекторов, первый и второй выходы которой соединены с входами соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений. первые выходы которых связаны с первыми входами соответственно первого и второго аналогоцифрового преобразователя, отличающийся тем, что. с целью повышения информативности, увеличения динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений точности измерений путем одновременной регистрации всех видов радиоактивного излучения, в него введены блок оперативной памяти, центральное процессорное устройство. клавиатура, буферный регистр, блок управления и блок стробируемых буферчых усилителей, выход которого соединен через буферный регистр с общей шиной центрального процессорного устройства, с которой связаны блок памяти программ и констант, блок оперативной памяти, индикатор, клавиатура и первый вход блока управления, второй и третий входы которого подключены к вторым выходам соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений, первый — третий выходы блока управления связаны соответственно с вторыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей и первым входом блока стробируемых буферных усилителей, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго аналогоцифровых преобразователей.

2. Спектрометр — дозиметр по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что система из двух полупроводниковых детекторов снабжена экраном-заслонкой.

2000582

Составитель Ю,Попов

Техред М,Моргентал Корректор А,Козориз

Редактор

Заказ 3078

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород, ул.Гагарина, 101