РАДИОМЕТР-СПЕКТРОМЕТР

Полезная модель относится к регистрации рентгеновского и гамма излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.
Известен гамма-спектрометр, содержащий сцинтиблок на основе кристалла NaI(T1) со встроенным усилителем, высоковольтным преобразователем напряжения, системой стабилизации по реперному пику светодиода и термокомпенсацией характеристики преобразователя. Серийный образец «Спектрометр энергии гамма-излучения сцинтилляционный ГАММА-1С», ЗАО НТЦ «Аспект» Промышленный образец. Недостатками устройства являются отсутствие учета самопрогрева устройства и изменения его характеристик в зависимости от времени работы, система стабилизации по одному пику от светодиода не точна, если измерительный тракт гамма-спектрометра имеет нелинейность.
Известен спектрометр двойного рассеяния, содержащий два сцинтиблока, расположенных на расстоянии друг под другом в параллельных плоскостях, выход каждого сцинтиблока соединен с входами блока электронных схем, информационные выходы которого соединены с входом регистрирующего устройства, в котором каждый сцинтиблок состоит из одного сцинтиллятора и набора из не менее семи фотоприемников, находящихся в оптическом контакте с нижней плоскостью сцинтиллятора и расположенных так, что они покрывают всю поверхность нижней плоскости сцинтиллятора. Патент Российской Федерации №2071089, МПК: G01T 3/06, 1996 г.Недостатком устройства является неточность измерения спектров ионизирующих излучений, вызванная температурной нестабильностью элементов устройства.
Известен радиометр-спектрометр, содержащий два канала регистрации ядерных излучений, при этом гамма-канал состоит из сцинтилляционного кристалла, сопряженного с фотоэлектронным умножителем, выход которого через усилитель гамма-канала и аналого-цифровой преобразователь связан с микропроцессорной системой, в состав гамма-канала введена система стабилизации, со светодиодом, сопряженным с фотоэлектронным умножителем, соединенным с импульсным генератором тока, вход которого связан с выходом микропроцессорной системы, управляемый микропроцессорной системой каскад усиления, расположенный между усилителем гамма-канала и его аналого-цифровым преобразователем, и цифровой датчик температуры, выход которого связан с микропроцессорной системой, а нейтронный канал состоит из детектора нейтронов, связанного через усилитель второго канала и дискриминаторы с микропроцессорной системой, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ. Патент Российской Федерации №2158938, МПК: G01T 1/40, 2000 г. Прототип. Недостатками прототипа является сложное конструктивное исполнение, отсутствие учета самопрогрева устройства и изменения его характеристик в зависимости от времени работы, невысокая точность системы стабилизации по одному пику от светодиода, если измерительный тракт гамма-спектрометра имеет нелинейность.
Полезная модель устраняет недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения спектра для идентификации делящихся материалов; стабильность измерений; независимость точности измерений от температуры окружающей среды; точность показаний сразу после включения питания, компенсация нелинейности измерительного тракта радиометра-спектрометра.
Технический результат достигается тем, что в радиометре-спектрометре, содержащий канал регистрации гамма-излучения с микропроцессорной системой, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ, систему стабилизации, датчик температуры, постоянное запоминающее устройство, энергонезависимые часы реального времени, схема температурной стабилизации канала регистрации гамма - излучения содержит цифро-аналоговый преобразователь, усилитель тока для питания светодиода, датчик температуры, энергонезависимые часы реального времени, постоянное запоминающее устройство для хранения эталонных зависимостей кода для цифро-аналогового преобразователя от времени, прошедшего с момента включения устройства и температуры окружающей среды. Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На чертеже схематично представлена структурная схема системы температурной стабилизации спектрометрического тракта гамма спектрометра, где: 1 - светодиод, сопряженный с фотоэлектронным умножителем и управляемый от усилителя тока; 2 - фотоэлектронный умножитель с кристаллом сцинтиллятора; 3 - усилитель тока для питания светодиода; 4 - цифро-аналоговый преобразователь, управляемый от микропроцессорной системы; 5 - микропроцессорная система обработки данных; 6 - энергонезависимые часы реального времени; 7 - датчик температуры; 8 - усилитель канала регистрации гамма-излучения; 9 - амплитудно-цифровой преобразователь; 10 - энергонезависимое ПЗУ; A - световые импульсы подсветки фотокатода фотоэлектронного умножителя от светодиода 1 системы стабилизации гамма-канала; B - измеряемое гамма-излучение.
Работа полезной модели осуществляется следующим образом.
Амплитуду импульсов, подаваемых на светодиод 1 через усилитель тока для питания светодиода 3, корректируют на основе показаний энергонезависимых часов реального времени 6 и датчика температуры 7. Возможность точного управления яркостью световых импульсов с выхода светодиода 1 позволяет поместить максимумы в любую часть энергетической шкалы и, тем самым, не только устранить влияние температуры на яркость световых импульсов с выхода светодиода, но и программным способом компенсировать нелинейность измерительного тракта радиометра-спектрометра, проведя отдельную линейную калибровку для каждого поддиапазона энергетической шкалы спектрометра, где поддиапазоном является промежуток энергетической шкалы между двумя соседними эталонными фотопиками спектра, созданными излучением светодиода.
Если подобрать амплитуду световых импульсов от светодиода так, чтобы максимумы от них на спектре совпадали с максимумами от образцового стандартизированного гамма-источника (ОСГИ), то с помощью этого ОСГИ можно проверять и настраивать саму схему температурной стабилизации гамма-канала радиометра-спектрометра.
Излучение направляют на фотоэлектронный умножитель с кристаллом сцинтиллятора 2. В результате фотоэффекта или комптоновского рассеяния, квант вызывает вспышку в сцинтилляционном кристалле, укрепленном на катоде фотоэлектронного умножителя 2. Свет от сцинтилляционной вспышки поступает на катод фотоэлектронного умножителя 2, на выходе которого возникает электрический сигнал.
Сигналы с выхода фотоэлектронного умножителя 2 поступают на усилитель канала регистрации гамма-излучения 8, а затем - на вход аналогово-цифрового преобразователя 9. Цифровой код с выхода аналогово-цифрового преобразователя 9 поступает в микропроцессорную систему обработки данных 5, где формируют амплитудный спектр гамма-излучения. Из-за температурной зависимости сцинтилляционного кристалла фотоэлектронного умножителя 2, усилителя канала регистрации ядерных излучений 8, амплитудно-цифрового преобразователя 9 и схемы питания фотоэлектронного умножителя 2 при изменении температуры окружающей среды либо в результате самопрогрева системы от момента включения питания, происходит сдвиг энергетической шкалы спектрометра. Импульсы одной и той же амплитуды вызывают появление на выходе амплитудно-цифрового преобразователя 9 разных цифровых кодов. Результат измерений искажается.
Для устранения этого эффекта перед каждым измерением микропроцессорная система обработки данных 5 считывает из энергонезависимых часов реального времени 6 информацию о времени, прошедшем с момента включения питания устройства. Считывает из датчика температуры 7 информацию о температуре окружающей среды; считывает из постоянного запоминающего устройства 10 коды амплитуды для цифро-аналогового преобразователя 9 и коды амплитуды для аналогово-цифрового преобразователя 9, соответствующие времени работы и температуре окружающей среды. (Данные зависимости для множества комбинаций времени и температур измеряются заранее и хранятся в постоянном запоминающем устройстве). С помощью цифро-аналогового преобразователя 9 формирует амплитуду электрических импульсов, подаваемых на светодиод 1, измеряет амплитуды импульсов на выходе АЦП гамма-канала и сравнивает ее с эталонными, считанными из ПЗУ а затем корректирует коэффициент усиления усилителя гамма-канала 8 до момента минимального отличия эталонного и измеренного значений амплитуд импульсов.