ОПТОВОЛОКОННАЯ ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к технике регистрации электронного и бета-излучения и может быть использована при создании высокочувствительных детекторов  для оптической дозиметрии, в частности в волоконно-оптических датчиках ионизирующих излучений, позволяющих производить долговременную дозиметрию процессов разделения изотопов на выбранных участках хроматографической колонны.
Известны волоконно-оптические радиационные датчики (Пат. US5313065 ) на основе сцинтилляционных волокон, включающие чувствительный элемент в виде одного или нескольких сцинтилляционных волокон, соединенных с транспортным оптическим волокном, подключенным к фотоприемному устройству. При взаимодействии с ионизирующим излучением присутствующие в сцинтилляционных волокнах легирующие примеси испускают видимый свет, попадающий на фотоприемное устройство. Дополнительные усилители, предусмотренные в системе обработки сигнала фотоприемного устройства,  проводят усиление и передачу сигнала к устройству в цепи сигнализации, показывающему наличие ионизирующего  излучения.
Известен радиационно-дозиметрический прибор на основе сцинтилляционных оптических волокон (Пат. US8183534). В таком приборе для измерения уровней доз ионизирующих излучений использован массив сцинтилляционных оптических волокон. В сцинтилляционных волокнах за счет взаимодействия с излучениями различных типов  создается оптическое излучение, которое передается посредством нескольких транспортных оптических волокон в один фотодетектор для преобразования в электрический сигнал. Сцинтилляционные волокна могут быть распределены в трехмерном пространстве и их продольные оси могут быть сориентированы в разных направлениях относительно оси падающего излучения.
Однако данные приборы не предназначены для долговременных измерений активности источника ионизирующего излучения на выбранном участке хроматографической колонны при проведении процессов разделения радиоактивных изотопов.
Цель предлагаемой полезной модели: разработать волоконно-оптическое устройство для измерения изменений во времени активности источника ионизирующего излучения на выбранном участке хроматографической колонны при проведении процессов разделения радиоактивных изотопов.
Технический результат: реализация и повышение эффективности процесса измерения изменений  во времени активности источника ионизирующего излучения на выбранном участке хроматографической колонки при проведении процессов разделения радиоактивных изотопов,
Достижение технического результата осуществляется за счет использования сцинтилляционного оптического волокна, расположенного в несколько витков по окружности отверстия, выполненного в корпусе сенсорного элемента, сквозь которое проходит исследуемый протяженный источник ионизирующего излучения (хроматографическая колонна круглого сечения), и зафиксированного выступами верхней и нижней крышки корпуса сенсорного элемента. Выходной торец  полимерного сцинтилляционного волокна  соединяется с транспортным оптическим волокном, а на свободный торец волокна нанесено зеркальное отражающее покрытие. При этом пространственная селекция регистрируемого ионизирующего излучения обеспечивается металлической блендой, которая является частью корпуса сенсора и располагается выше и ниже витков сцинтилляционного волокна, перекрывая поток ионизирующего излучения от областей исследуемого протяженного источника ионизирующего излучения, расположенных за пределами интересующей области.
Конструкция  оптоволоконной дозиметрической системы показана на фиг. 1. В ее состав входят: сенсорный элемент 1, транспортное оптическое волокно 2, фотоприемное устройство 3 и микроконтроллерная система 4. Сенсорный элемент располагается в активной зоне вокруг хроматографической колонны 5 и находится под действием ее ионизирующего излучения. Транспортное волокно соединяет сенсорный элемент с находящимся вне активной зоны фотоприемным устройством. К выходу микроконтроллерной системы может быть подключен персональный компьютер 6 с установленным программным обеспечением для отображения и обработки результатов измерений (фиг. 1).
Конструкция сенсорного элемента 1 оптоволоконной дозиметрической системы показана на фиг. 2. В состав сенсорного элемента входят: металлический корпус 7, металлические верхняя и нижняя крышки 8, сцинтилляционное волокно 9 и оптический разъем 10 для подключения транспортного оптического волокна.
Сцинтилляционное волокно 9 расположено витками в круглом отверстии 11 в корпусе 7 и фиксируется верхней и нижней крышками 8. Выходной торец 12  полимерного сцинтилляционного волокна  соединен с оптическим разъемом 10, а на свободный торец 13 сцинтилляционного волокна нанесено зеркальное отражающее покрытие 14. В верхней и нижней крышке сделаны отверстия 15 заданного диаметра, позволяющего пропустить сквозь сенсор хроматографическую колонку. Отверстие 11 в корпусе имеет диаметр больший, чем диаметр отверстий 15 в крышках. Благодаря этому выступающие сверху и снизу над сцинтилляционным волокном 9 края отверстий 15 играют роль металлической бленды.
Крепление сенсорного элемента 1 в заданной области хроматографической колонны осуществляется с помощью вспомогательных приспособлений.
Сцинтилляционное волокно 9 в составе сенсорного элемента 1 располагается в непосредственной близости от поверхности хроматографической колонки 6, в которой происходит разделение радиоактивных изотопов. Поток бета-излучения от заданной области колонки попадая на сцинтилляционное волокно преобразуется в видимое оптическое излучение с длиной волны около 0.5 мкм. Часть данного излучения формирует оптический поток, распространяющийся внутри сцинтилляционного волокна в обе стороны. Мощность оптического излучения в сцинтилляционном волокне пропорциональна уровню бета-излучения. Для увеличения доли оптической мощности, поступающей на выходной торец сцинтилляционного волокна, на свободный торец волокна сцинтилляционного волокна нанесено зеркальное отражающее покрытие 14.
Пространственная селекция регистрируемого бета-излучения по высоте хроматографической колонны 6 обеспечивается металлической блендой. Роль бленды играют выступающие края отверстий 15 в верхней и нижней крышках 8 корпуса 7 сенсорного элемента (Фиг. 2). Бленда располагается выше и ниже сцинтилляционного волокна и перекрывает поток бета-излучения  от областей хроматографической колонны, расположенных за пределами интересующей области.
Для измерения мощности сцинтилляционного излучения служит фотоприемное устройство 3, работающее в режиме счета фотонов (фиг. 1). К входу фотоприемного устройства подключается выход транспортного оптического волокна 2. Выходной сигнал фотоприемного устройства представляет собой последовательность импульсов, количество которых в единицу времени пропорционально оптической мощности на его входе. В результате, частота импульсов на выходе фотоприемного устройства оказывается пропорциональна уровню бета-излучения.
Микроконтроллерная система 4 осуществляет подсчет импульсов с выхода фотоприемного устройства 3 в течение фиксированного времени. Полученный результат может отображаться на индикаторе микроконтроллерной системы, а также передаваться в персональный компьютер 5.
Таким образом, разработано волоконно-оптическое устройство для измерения изменений во времени активности источника ионизирующего излучения на выбранном участке хроматографической колонки при проведении процессов разделения радиоактивных изотопов, обеспечивающее повышение эффективности процесса измерения.