УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МОЩНОСТИ ПОГЛОЩЕННОЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЫ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к техническим средствам для построения систем радиационного контроля (СРК) и автоматизированных систем контроля радиационной обстановки (АСКРО), а именно к устройствам для контроля величины мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения путем преобразования потока фотонного излучения в последовательность электрических импульсов напряжения.
Технические средства для построения современных СРК и АСКРО должны соответствовать ряду специальных требований в части метрологических параметров, радиационной стойкости, устойчивости к внешним дестабилизирующим факторам. Наиболее значимыми параметрами, определяющими конкурентоспособность устройств для контроля величины мощности поглощенной и эквивалентной дозы фотонного излучения являются метрологические и эксплуатационные параметры, а именно:
- широкий диапазон измерений при минимальном значении основной относительной погрешности;
- минимальная анизотропия чувствительности;
- минимальная энергетическая зависимости чувствительности;
- минимальный собственный фон;
- минимальная температурная и временная нестабильность коэффициента преобразования;
- наличие возможности контроля работоспособности устройства без использования источников ионизирующего излучения (ИИИ);
- возможность контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) без увеличения предела основной относительной погрешности измерений.
(1)
(2)
По техническому назначению наиболее близкими аналогами предлагаемого устройства являются блоки детектирования типа БДМГ-08Р и БДРГ-17С1. Блоки детектирования типа БДМГ-08Р и БДРГ-17С1 включают в себя детектор, электронные схемы формирования выходного сигнала и источник питания.
3
К сожалению, эти устройства обладают рядом недостатков: так, использование газоразрядного счетчика не позволяет получить динамический диапазон измерений более 5·10. Для обеспечения большего динамического диапазона требуется использовать несколько блоков детектирования с разной чувствительностью, что приводит к увеличению числа измерительных каналов верхнего уровня, снижению надежности систем контроля в целом за счет увеличения количества используемых устройств. Кроме того, блоки детектирования на основе газоразрядных счетчиков обладают ярко выраженной анизотропией даже в телесном угле 180°, большим собственным фоном и низкой временной стабильностью. Для контроля работоспособности требуются устройства с ИИИ (бленкеры). Для контроля мощности эквивалентной дозы (Зв/час) требуется изменение конструкции.
6
(3)
Достаточно большим динамическим диапазоном (до 10) обладают блоки детектирования на основе ионизационных камер (типа БДРГ-15С). Однако, для обеспечения приемлемого нижнего диапазона измерений мощности дозы требуется большой объем камеры и габариты устройства сдерживают его широкое применение для построения систем радиационного контроля. Контроль работоспособности осуществляется с помощью ИИИ. Для контроля мощности эквивалентной дозы (Зв/час) требуется изменение конструкции.
8
Цель полезной модели - создание устройства, имеющего малый собственный фон, широкий динамический диапазон измерения мощности дозы (10), малую анизотропию чувствительности в телесном угле не менее 300°, возможность контроля работоспособности без ИИИ, возможность
контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) путем замены одной внешней детали (фильтра). Принимая во внимание, что срок службы действующих на предприятиях СРК и АСКРО составляет не менее 30 лет, необходимо реализовать определенные размеры устройства, позволяющие установить его во внешний корпус из нержавеющей стали диаметром ≤65 мм. Это позволит на действующих объектах проводить прямую замену установленных блоков детектирования типа БДМГ-08Р и аналогичных на предлагаемое устройство, используя существующие элементы крепления и свинцовые защиты.
Поставленная цель (технический результат) достигается за счет:
8
- создания устройства, представляющего собой моноблок с двумя измерительными каналами, обеспечивающими общий динамический диапазон измерений не менее 10;
-1
-2
- использования в качестве измерительных преобразователей кремниевых детекторов, что позволяет обеспечить малый собственный фон устройства (менее 0,05 имп.·с·см);
5
-1
7
- использования импульсного усилителя с короткой постоянной формирования (0,2 мкс) и селектора амплитуды, формирующего короткие (1-2 мкс) логические импульсы, что позволяет обеспечить частоту выходного сигнала до 5·10с и динамический диапазон измерительного канала 10;
2
8
- использования двух кремниевых детекторов различных размеров (толщиной 0,3 мм и с площадью чувствительной поверхности 5 и 250 мм), что позволяет получить разную чувствительность к фотонному излучению и обеспечить динамический диапазон устройства не менее 10;
- компактного (максимально близкого к друг другу) размещения детекторов на одной подложке, которая удалена от электронного тракта и других конструктивных элементов, что обеспечивает малую анизотропию чувствительности в телесном угле до 300°;
- использования в устройстве генератора световых импульсных сигналов на основе светодиода, что позволяет проводить контроль работоспособности без использования ИИИ;
- использование внешних легкосъемных фильтров из меди толщиной 1,6 мм и 1,0 мм, что обеспечивает возможность контроля мощности поглощенной дозы (Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) без увеличения предела основной относительной погрешности измерений.
Конструкция устройства приведена на рисунке 1. Устройство состоит из узла детекторов (1), фильтра (7), узла комбинированного (2) и узла питания (3).
2
2
Узел детекторов (1) содержит два кремниевых ионно-имплантированных детектора толщиной 0,3 мм, площадью 250 мм и 5 мм и один светодиод. Детекторы и светодиод размещены в металлическом корпусе и залиты кремнийорганическим компаундом. Металлический корпус обеспечивает защиту детекторов от помех. Фильтр (7) надевается на узел детекторов и обеспечивает выравнивание чувствительности детекторов по энергиям фотонов.
Узел комбинированный (2) содержит: двухканальный импульсный усилитель, два амплитудных селектора, два магистральных импульсных усилителя, один генератор импульсных сигналов. Все элементы узла комбинированного размещены на печатной плате и защищены от помех металлическим экраном (8). На печатной плате узла комбинированного (2) также установлен выходной разъем узла - вилка IDC BH-16R «TYCO» (4).
Узел питания (3) содержит DC\DC преобразователи и фильтры входной и выходной цепей питания. DC\DC преобразователи и фильтры питания помещены в металлический экран (8).
Узел детекторов (1), узел комбинированный (2) и узел питания (3) закреплены на шасси (5). На шасси (5), со стороны выходного разъема, также
закреплен фланец (6) из изолирующего материала. Фланец (6) предназначен для крепления устройства к внешнему корпусу.
Размеры устройства (длина 203 мм, диаметр 43 мм) обеспечивают возможность его установки во внешний металлический корпус диаметром ≤65 мм.
Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:
-1
-2
1. Использование в качестве измерительных преобразователей кремниевых детекторов позволяет обеспечить малый собственный фон устройства (менее 0,05 имп.·с·см).
5
-1
7
2. Использование импульсного усилителя с короткой постоянной формирования (около 0,2 мкс) и селектора амплитуды, формирующего короткие (1-2 мкс) логические импульсы, позволяет обеспечить частоту выходного сигнала до 5·10 с и динамический диапазон 10.
2
9
3. Использование двух кремниевых детекторов различных размеров (с площадью чувствительной поверхности 5 и 250 мм) позволяет получить разную чувствительность к фотонному излучению и расширить динамический диапазон устройства до 10.
4. Компактное, то есть максимальное близкое друг к другу, размещение детекторов на одной подложке, которая удалена от электронного тракта и других конструктивных элементов, обеспечивает малую анизотропию чувствительности в телесном угле до 300°.
5. Использование в устройстве генератора импульсных сигналов со светодиодом позволяет проводить контроль работоспособности без использования ИИИ.
6. Использование внешних легкосъемных фильтров из меди толщиной 1,6 мм и 1,0 мм обеспечивает возможность контроля мощности поглощенной дозы
(Гр/час) или эквивалентной дозы (Зв/час) без увеличения предела основной относительной погрешности измерений.
Работает устройство следующим образом.
Детекторы, включенные в счетном режиме, преобразуют энергию гамма-квантов в электрический заряд, который усиливается, преобразуется в импульс напряжения и подается на селектор амплитуды. На выходе селектора амплитуды формируется сигнал по длительности и амплитуде, усиливается магистральным усилителем по мощности и поступает на выходной разъем устройства.
В режиме контроля функционирования, при подаче на вход устройства напряжения постоянного тока от 5 В до 12 В, включается генератор импульсных сигналов, к выходу которого подключен светодиод, и на выходах устройства появляются сигналы со скоростью счета 1500±500 с-1.
Литература
1) http://www.pzi.ru/ ОАО «Пятигорский завод «Импульс»
(2) http://www.sniip.ru/produkt/bdrg-17sl.htm ОАО «НИЦ СНИИП»
(3) http://www.sniip.ru/produkt/bdrg-15s.htm ОАО «НИЦ СНИИП»