ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЙ СЧИТЫВАТЕЛЬ
THERMOLUMINESCENT DOSIMETRY READER

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, в частности к текущему и аварийному индивидуальному дозиметрическому контролю, включающему в себя измерение дозы с помощью термолюминесцентных дозиметров (ТЛД), и может быть применено при работе персонала с источниками ионизирующего излучения или обслуживании ядерных энергетических установок как в нормальных условиях, так и при повышенных механических воздействиях. Повышенные требования к устойчивости к механическим воздействиям предъявляются к аппаратуре, предназначенной для эксплуатации на атомных станциях и подвижных объектах, в частности на кораблях.
В ТЛД устанавливают один или несколько разных термолюминесцентных детекторов, что дает возможность использовать их для контроля облучения персонала при работе в полях одного или нескольких видов ионизирующего излучения. Считывание показаний с ТЛД осуществляется посредством их отжига термолюминесцентными дозиметрическими считывателями. Вначале отжигаются нестабильные пики термовысвечивания, причем значение температуры отжига должно с достаточно высокой точностью совпадать с номинальным значением температуры отжига нестабильных пиков, а затем при более высокой температуре отжигаются измерительные пики термовысвечивания. Значения дозы определяются термолюминесцентными дозиметрическими считывателями по результатам отжига только измерительных пиков термовысвечивания.
Известен термолюминесцентный дозиметрический считыватель по патенту РФ №2119177, 1998 г., содержащий средство нагрева дозиметра, измерительную камеру, преобразователь световых сигналов в электрические, камеру считывания, а также блок сбора и отображения результатов считывания.
Недостатками известного термолюминесцентного дозиметрического считывателя являются сложность конструкции, обусловленная наличием в ее составе двух камер, и низкая производительность, обусловленная медленным нагревом ТЛД.
Известен термолюминесцентный дозиметрический считыватель по патенту РФ №2197005, 2003 г. В его состав входят: транспортер, толкатель дозиметров, вакуумный кожух, с расположенной в нем измерительной камерой, осушитель, нагреватель, соединенные с газоподводящим трубопроводом, который через вакуумный кожух связан с измерительной камерой, термометр, газоотводящий трубопровод, вакуумный насос, инфракрасный фильтр, который посредством световода связан с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), блок электроники и блок управления. В указанном термолюминесцентном дозиметрическом считывателе отжиг ТЛД осуществляется нагретым азотом или воздухом. Температура отжига контролируется термометром.
Основными недостатками известного термолюминесцентного дозиметрического считывателя являются чрезмерная сложность его конструкции и связанные с этим недостаточные механическая прочность и устойчивость, что препятствует его эксплуатации на атомных станциях и подвижных объектах с ядерными энергетическими установками.
Наиболее близким по технической сущности является термолюминесцентный дозиметрический считыватель по патенту РФ №2206105, 2003 г., содержащий устройство управления на основе компьютера, светонепроницаемый кожух с отверстием для ТЛД и входным окном для пропускания термолюминесцентного излучения, бесконтактный нагреватель, бленду, выполненную в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала, ФЭУ, устройство преобразования сигналов.
ТЛД помещают во внутреннее пространство бесконтактного нагревателя, где происходит его нагрев. Возникающее при этом термолюминесцентное излучение, отражаясь от внутренней поверхности бленды, проходит через входное окно для пропускания термолюминесцентного излучения и попадает во входное окно ФЭУ. Сигналы ФЭУ формируются по длительности и амплитуде устройством преобразования сигналов, а затем подсчитываются и преобразуются в величину дозы устройством управления.
Основным недостатком известного термолюминесцентного дозиметрического считывателя является большая погрешность определения дозы, обусловленная отсутствием средства контроля температуры отжига и проведением отжига нестабильных пиков термовысвечивания детекторов ТЛД при существенно отличающейся от номинального значения температуре отжига. В результате отжига нестабильных пиков термовысвечивания при температуре, меньшей номинальной, отжиг будет проведен неполностью, а в результате отжига нестабильных пиков термовысвечивания при температуре, большей номинальной, будет проведен частичный отжиг также измерительного пика термовысвечивания. В первом случае в светосумму термолюминесцентного излучения детектора ТЛД будет добавлена нестабильная составляющая из-за неполного отжига нестабильных пиков термовысвечивания и поэтому значение дозы, которое определяется по указанной светосумме, будет завышено и нестабильно. Во втором случае светосумма термолюминесцентного излучения детектора ТЛД и значение дозы будут занижены. В результате некорректный отжиг указанных нестабильных пиков приводит к увеличению погрешности определения дозы.
Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение точности измерений, как в нормальных условиях эксплуатации, так и при повышенных механических воздействиях.
Техническим результатом от применения изобретения в термолюминесцентном дозиметрическом считывателе является уменьшение погрешности определения дозы в нормальных условиях эксплуатации и при повышенных механических воздействиях, уменьшение погрешности определения дозы при работе в полях, создаваемых несколькими видами ионизирующего излучения, а также увеличение диапазона измерения дозы, упрощение конструкции устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что термолюминесцентный дозиметрический считыватель содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), размещенный в светонепроницаемом кожухе, устройство управления и бесконтактный нагреватель. В нижнем основании кожуха выполнено входное окно с размещенной в ней блендой, внутренняя поверхность которой покрыта отражающим термолюминесцентное излучение материалом. Перед входным окном светонепроницаемого кожуха размещен бесконтактный нагреватель. В боковой стенке светонепроницаемого кожуха выполнено выходное окно, за которым расположен пирометр. ФЭУ связан посредством устройства преобразования сигналов с первым входом устройства управления, выход которого связан с бесконтактным нагревателем. Считыватель снабжен дихроичным зеркалом, размещенным в светонепроницаемом кожухе между входным окном и ФЭУ таким образом, что центр дихроичного зеркала находится на пересечении двух осей, одна из которых проходит через продольную ось бленды, центральную ось входного окна светонепроницаемого кожуха и центральную ось ФЭУ, а другая проходит через центральные оси выходного окна светонепроницаемого кожуха и входного окна пирометра, поверхность дихроичного зеркала ориентирована под одинаковым углом к обеим осям, а выход пирометра связан со вторым входом устройства управления.
Термолюминесцентный дозиметрический считыватель бесконтактным способом измеряет температуру детектора ТЛД посредством введенных в устройство дихроичного зеркала и пирометра, измерение температуры детектора ТЛД дает возможность поддерживать требуемую температуру отжига нестабильных пиков термовысвечивания и благодаря этому дает возможность устанавливать в ТЛД несколько различных типов детекторов с разными температурами отжига нестабильных пиков термовысвечивания, имеющих разную чувствительность и измеряющих дозу разных видов ионизирующего излучения, что дает возможность уменьшить погрешность определения дозы при работе в полях, создаваемых несколькими видами ионизирующего излучения, и увеличить диапазон измерения дозы, а нагрев детектора термолюминесцентного дозиметра и измерение его температуры бесконтактным способом дает возможность проводить считывания значений дозы с ТЛД при повышенных механических нагрузках, т.к. при бесконтактном измерении температуры отсутствует влияние механических взаимодействий, таких как прерывание контакта.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема термолюминесцентного дозиметрического считывателя.
Термолюминесцентный дозиметрический считыватель содержит ФЭУ 1 и дихроичное зеркало 2, размещенные в светонепроницаемом кожухе 3. В нижнем основании кожуха 3 выполнено входное окно 4, а в боковой стенке - выходное окно 5. Во входном окне 4 размещена бленда 6, внутренняя поверхность которой покрыта отражающим термолюминесцентное излучение материалом. Перед входным окном 4 расположен бесконтактный нагреватель 7. За выходным окном 5 расположен пирометр 8. Дихроичное зеркало 2 размещено в светонепроницаемом кожухе 3 между входным окном 4 и ФЭУ 1 таким образом, что центр дихроичного зеркала 2 находится на пересечении двух осей, одна из которых проходит через продольную ось бленды 6, центральные оси входного окна 4 и ФЭУ 1, а другая проходит через центральные оси выходного окна 5, светонепроницаемого кожуха 3 и входного окна пирометра 8. Поверхность дихроичного зеркала 2 ориентирована под одинаковым углом к обеим осям. Выход ФЭУ 1 связан посредством устройства преобразования сигналов 9 с первым входом устройства управления 10, со вторым входом которого соединен выход пирометра 8. Выход устройства управления 10 соединен с бесконтактным нагревателем 7. Связи выполнены электрическими. На чертеже приведен также не входящий в состав термолюминесцентного дозиметрического считывателя ТЛД 11, расположенный на позиции отжига.
Термолюминесцентный дозиметрический считыватель работает следующим образом. ТЛД 11 помещают на позицию отжига таким образом, чтобы его детектор был расположен между бесконтактным нагревателем 7 и входным окном 4 светонепроницаемого кожуха 3. В качестве бесконтактного нагревателя 7 применяют индуктор или лампу накаливания с рефлектором и инфракрасным (ИК) фильтром. По команде с устройства управления 10 включают бесконтактный нагреватель 7. Устройство управления выполнено на основе микроконтроллера или в качестве него используется компьютер. Поток ИК-излучения (на чертеже изображен штриховой линией) воздействует на детектор ТЛД 11, нагревая его. Возникающее при отжиге детектора излучение (на чертеже изображено штрихпунктирной линией), проходя через бленду 6 с отражающей для лучшего светосбора термолюминесцентного излучения внутренней поверхностью и входное окно 4 светонепроницаемого кожуха 3, попадает на дихроичное зеркало 2. Дихроичное зеркало 2, состоящее из нескольких десятков тонких слоев стекла с разными показателями преломления, нанесенными на полированную подложку из оптического материала, разделяет падающий поток излучения: излучение с заданным спектральным составом отражается от зеркала, а остальная часть излучения проходит через подложку. Дихроичное зеркало 2 разделяет поток термолюминесцентного излучения, отражая ИК-излучение через выходное окно 5 кожуха 3 в направлении входного окна пирометра 8. Излучение видимой части спектра (на чертеже изображено штриховой линией) дихроичное зеркало 2 пропускает в направлении входного окна ФЭУ 1. Сигналы с выхода ФЭУ 1 поступают на вход устройства преобразования сигналов 9. В качестве устройства преобразования сигналов применяют аналогово-цифровой преобразователь или импульсный усилитель. С выхода устройства 9 сформированные по амплитуде сигналы поступают на первый вход устройства управления 10. На второй вход устройства управления 10 поступают сигналы с выхода пирометра 8. Устройство управления 10 по показаниям пирометра 8 определяет температуру нагрева детектора ТЛД 11 и при достижении температуры предварительного отжига, при которой проводится отжиг нестабильных пиков термовысвечивания, стабилизирует температуру отжига. Для управления температурой отжига детектора ТЛД 11 устройство управления 10 подает на бесконтактный нагреватель 7 сигналы, причем во время поступления сигнала бесконтактный нагреватель 7 производит нагрев, а по окончании сигнала нагрев выключен. Посредством изменения скважности указанных сигналов регулируется время нагрева и, как результат, регулируется температура нагрева детектора ТЛД 11. После отжига нестабильных пиков термовысвечивания (время отжига обычно 10 с) устройство управления 10 посредством увеличения частоты сигналов осуществляет нагрев детектора ТЛД 11 до температуры отжига измерительного пика термовысвечивания и при этой температуре осуществляет отжиг детектора ТЛД 11 (время отжига обычно 10 с). Во время отжига измерительного пика термовысвечивания устройство управления 10 подсчитывает сигналы, поступающие с выхода устройства преобразования сигналов 9, и по их количеству определяет дозу. Если в состав ТЛД 11 входит несколько детекторов, тогда указанную последовательность действий повторяют для каждого детектора, устанавливая его на позицию отжига. Вычисленное значение дозы устройство управление 10 пересылает на внешние устройства для отображения и протоколирования результатов измерений.
На основе предлагаемого термолюминесцентного дозиметрического считывателя был изготовлен прибор, который успешно выдержал межведомственные испытания и показал соответствие требованиям, предъявляемым к аппаратуре, предназначенной для эксплуатации в условиях с повышенными механическими воздействиями, например, на подвижных объектах, таких как корабли, и при работе в полях, создаваемых несколькими видами ионизирующего излучения (для изготовленного прибора - гамма-излучения и тепловых нейтронов).
Испытания показали, что благодаря:
- тому, что термолюминесцентный дозиметрический считыватель дополнительно содержит дихроичное зеркало и пирометр, а светонепроницаемый кожух снабжен выходным окном;
- тому, что дихроичное зеркало и пирометр размещены установленным образом;
- тому, что выход пирометра соединен со вторым входом устройства управления, заявляемый термолюминесцентный дозиметрический считыватель в два раза точнее поддерживает температуру отжига нестабильных пиков термолюминесцентного дозиметра, что дает возможность в 1,5 раза уменьшить погрешность определения дозы аппаратурой, предназначенной для эксплуатации не только в нормальных условиях, но и при повышенных механических воздействиях, а также при работе в полях, создаваемых несколькими видами ионизирующего излучения (гамма-излучением и тепловыми нейтронами), кроме того дает возможность в 50 раз увеличить диапазон измерения дозы гамма-излучения.