СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКИХ УРОВНЕЙ МОЩНОСТИ ДОЗЫ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO MEASURE HIGH LEVELS OF CAPACITY OF GAMMA-RADIATION DOSE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков, в частности к индивидуальному дозиметрическому контролю, включающему в себя измерение дозы, а также мощности дозы. Изобретение может быть, в частности, применено в индивидуальных дозиметрах, при проведении радиационной разведки на следе облака ядерного взрыва или при ликвидации последствий радиационных аварий, а также при работе персонала с источниками ионизирующего излучения или обслуживании ядерных энергетических установок.
Газоразрядные счетчики определяют один из основных параметров индивидуального дозиметра: динамический диапазон измерения мощности дозы. При больших значениях мощности дозы ионизирующего излучения динамический диапазон ограничивается возрастающей погрешностью измерений, обусловленной нелинейностью частотной зависимости газоразрядных счетчиков от мощности дозы.
Известен способ измерения мощности дозы и устройство для его осуществления (Nuclear Instrument and Method, V.189, №2,3, 1981, c.503-509, A.R. Jones, R.M. Holford). Способ заключается в том, что формируют дополнительный сигнал каждый раз, когда интервал между сигналами газоразрядного счетчика становится меньше фиксированного промежутка времени, значение которого выбирают большим мертвого времени газоразрядного счетчика. Устройство, реализующее этот способ, содержит последовательно соединенные узел питания газоразрядного счетчика, газоразрядный счетчик, усилитель и формирователь. Выход формирователя соединен с первым входом схемы И-НЕ, а выход усилителя соединен со вторым входом схемы И-НЕ и посредством первой дифференцирующей цепочки связан с первым входом схемы ИЛИ-НЕ, а выход схемы И-НЕ через вторую дифференцирующую цепочку связан со вторым входом схемы ИЛИ-НЕ. Выход схемы ИЛИ-НЕ соединен со входом узла регистрации. Задний фронт сигнала с усилителя запускает формирователь, сигнал с выхода которого поступает на первый вход схемы И-НЕ. Длительность сигнала формирователя выбирают больше мертвого времени газоразрядного счетчика. Если до окончания сигнала формирователя приходит второй сигнал с газоразрядного счетчика, тогда он пропускается схемой И-НЕ. Поскольку первая дифференцирующая цепочка пропускает передний фронт сигнала газоразрядного счетчика на первый вход схемы ИЛИ-НЕ, а вторая дифференцирующая цепочка пропускает задний фронт сигнала с выхода схемы И-НЕ, поэтому на выходе схемы ИЛИ-НЕ происходит сложение сигналов газоразрядного счетчика и дополнительных сигналов досчета. Однако такой способ не дает возможность существенно увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы, поскольку на каждые два сигнала газоразрядного счетчика формируется не более одного дополнительного сигнала досчета. При этом устройство отличается повышенными сложностью и массогабаритными характеристиками.
Известен также способ измерения мощности дозы и устройство для его осуществления (FR 2531784, G01T 1/18, 1984 г.). Способ заключается в том, что значение мертвого времени газоразрядного счетчика выражают в двоичном кодированном виде, вводят его в память, производят счет сигналов газоразрядного счетчика в течение заданного периода времени и вычисляют скорректированную частоту сигналов по формуле:
o
n=n/{1-n·τ),
где
o
n - скорректированная частота сигналов;
n - частота сигналов газоразрядного счетчика;
τ - мертвое время газоразрядного счетчика.
По вычисленному значению скорректированной частоты определяют мощность дозы. Устройство, реализующее этот способ, включает в себя последовательно соединенные узел питания газоразрядного счетчика, газоразрядный счетчик, усилитель-формирователь, последовательно-параллельный регистр, микропроцессорное устройство и индикатор, а также включает в себя схему цифрового кодирования, подключенную к микропроцессорному устройству. Основным недостатком известного способа является необходимость определять значение мертвого времени газоразрядного счетчика, которое изменяется при увеличении частоты сигналов, что приводит к значительному увеличению погрешности, ограничивая динамический диапазон измерения мощности дозы.
Наиболее близким по технической сущности является способ измерения мощности дозы гамма-излучения и устройство для его осуществления (US 4605859, G01T 1/18, 1986 г.). Способ заключается в том, что особым образом регулируют напряжение питания газоразрядного счетчика и одновременно измеряют интервал времени между моментом изменения напряжения питания и моментом поступления сигнала газоразрядного счетчика. Величина, обратная среднему значению интервала, измеренному за фиксированный период, равна частоте сигналов газоразрядного счетчика, а поскольку при этом исключено мертвое время газоразрядного счетчика, указанная частота сигналов и есть скорректированная частота сигналов газоразрядного счетчика. Устройство, реализующее данный способ, включает в себя газоразрядный счетчик, вход которого через высоковольтный переключатель соединен с первым и вторым выходами узла питания газоразрядного счетчика, а выход через усилитель-формирователь связан со входом устройства управления, выход которого соединен с первым входом счетчика сигналов и входом управления высоковольтного переключателя. Второй вход счетчика сигналов соединен с выходом генератора, а выход счетчика сигналов и вход табло соединены с первым выходом микропроцессорного устройства, к второму выходу которого подсоединен вход управлении устройства управления.
Основными недостатками известного способа являются недостаточное увеличение динамического диапазона измерения мощности дозы, а также сложность устройства, реализующего этот способ. Ограничение диапазона измерения мощности дозы обусловлено увеличением погрешности измерения интервала времени между моментом изменения напряжения питания и моментом поступления сигнала газоразрядного счетчика при уменьшении указанного интервала до нескольких микросекунд, а сложность устройства - необходимостью в течение менее чем одной микросекунды изменять напряжение примерно на 100 В. Для этого требуется дополнительно вводить в состав устройства высоковольтный переключатель и устройство управления, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы дозиметра.
Задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение динамического диапазона измерения мощности дозы с помощью газоразрядного счетчика, обеспечение измерений в большом диапазоне мощности дозы посредством одного детектора без необходимости введения в устройство второго детектора, упрощение устройства, уменьшение его габаритных размеров и массы.
Техническим результатом от применения изобретения является увеличение верхнего предела диапазона измерения мощности дозы до значений более чем в тысячу раз, превышающих верхний предел диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, и упрощение устройства, реализующего данный способ, уменьшение его массогабаритных характеристик.
Поставленная цель достигается следующим образом: питание на газоразрядный счетчик подается от генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). В момент достижения на выходе ГЛИНа напряжения, равного напряжению начала счета, счетчик становится чувствительным к ионизирующему излучению. При этом, если гамма-квант попадает в счетчик сразу же в этот момент времени, то величина электрического импульса, сформировавшегося на положительном электроде счетчика, будет минимальной. Если же гамма-квант попадет в счетчик несколько позже, то на выходе ГЛИНа и, соответственно, на электроде счетчика в этот момент времени напряжение будет выше, чем напряжение начала счета и следствием этого будет то, что амплитуда импульса с выхода счетчика составит величину, равную разности между напряжением ГЛИНа в момент прихода гамма-кванта и напряжением начала счета.
Очевидно, что чем больше запаздывание гамма-кванта, тем больший импульс будет наблюдаться на газоразрядном счетчике.
Сформированные таким образом импульсы с газоразрядного счетчика поступают на двухуровневую пороговую схему. Уровень первого порога настроен на регистрацию минимальных сигналов, возможных при регистрации гамма-кванта, и должен обеспечивать отсекание шумов. Второй пороговый уровень регулируется в пределах нескольких вольт.
Выходные сигналы пороговой схемы поступают на логическую схему антисовпадений, которая вырабатывает импульс в том только случае, когда сигнал газоразрядного счетчика превысит уровень первого порога и не достигнет уровня второго порога. То есть на результирующий счет не проходят малые импульсы шумов и наоборот, большие импульсы газоразрядного счетчика, сформированные гамма-квантами, пришедшими с запозданием, или другими словами - по истечению некоторого разрешенного интервала времени. Этот интервал времени, в свою очередь, определяется уровнем второго порога и скоростью нарастания выходного напряжения ГЛИНа.
Изменяя напряжение второго порога, можно менять разрешенный интервал времени и, тем самым, регулировать количество зарегистрированных гамма-квантов при одной и то же мощности дозы. Тем самым можно осуществлять окончательную подстройку градуировки всего прибора.
При любом срабатывании пороговой схемы напряжение ГЛИНа обнуляется или устанавливается на начальный низкий уровень, величина которого ниже рабочего напряжения газоразрядного счетчика. Повторное включение ГЛИНа осуществляется с постоянной частотой, независимо от момента попадания гамма-кванта в газоразрядный счетчик.
Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что временной фильтр реализован не с использованием таймера, что технически сложно, а на двух триггерах Шмитта, являющихся основой пороговой схемы.
Привязка разрешенного интервала времени к моменту начала работоспособности газоразрядного счетчика происходит автоматически без использования каких-либо дополнительных следящих схем.
Кроме того, наличие мертвого времени у газоразрядного счетчика не оказывает никакого влияния на чувствительность схемы, так как все восстановительные процессы в счетчике происходят во время паузы между срабатываниями ГЛИНа.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемые устройство и способ дают возможность увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы на 3 порядка, а также позволяют упростить устройство.