УСТРОЙСТВО КОРРЕКТИРОВКИ И СТАБИЛИЗАЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ РАДИОИЗОТОПНЫХ ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
DEVICE FOR CORRECTING AND STABILISING TRANSFER CONSTANT OF SCINTILLATION DETECTOR FOR RADIOISOTOPE DEVICES FOR MONITORING PROCESS PARAMETERS

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к устройствам стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора. Изобретение может быть использовано в приборах и системах для измерения ионизирующих излучений, например в радиоизотопных приборах технологического контроля: плотномерах, уровнемерах, реле.
Важнейшим параметром для достижения высокой стабильности измерительных параметров приборов и систем является непрерывная и автоматическая корректировка и стабилизация коэффициента передачи сцинтилляционного детектора ионизирующих излучений [1].
Известно устройство [2], где корректировка и стабилизация измерительных параметров детектора ионизирующих излучений обеспечивается радиоактивным контрольным источником. Недостатком этого способа и устройства является то, что для его реализации требуется механическая конструкция и дополнительный источник ионизирующего излучения.
Известен также способ [3], в котором в качестве репера для стабилизации спектра использован резкий спад амплитудного спектра, обусловленный наличием фиксированного значения максимальной энергии гамма-квантов, испускаемых в цепочках распада природных радионуклидов. Наряду с достоинством такого способа этот способ имеет и недостатки. К ним можно отнести то, что не всегда в спектре имеется пик, пригодный для стабилизации, кроме того, три-четыре пороговых устройства для формирования окон стабилизации - это дополнительная аппаратурная погрешность.
Наиболее близким по назначению и признакам является принятое за прототип устройство [4], в котором последовательность регистрируемых импульсов экстраполируется в ступенчатую функцию, затем интегрируется, полученное напряжение на интеграторе сравнивается с опорным напряжением, результат сравнения является сигналом регулирования коэффициента усиления сцинтилляционного детектора путем регулирования его источника питания. Устройство для корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора содержит: сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя.
К недостаткам устройства [4] относится то, что ограничено его применение в тех случаях, когда по технологическим причинам происходит полная экранировка сцинтилляционного детектора. Отсутствие регистрируемого спектра начинает компенсироваться увеличением коэффициента передачи сцинтилляционного детектора, что приводит к усилению шумовых импульсов различной амплитуды, обусловленных темновым током фотоэлектронного умножителя. Этот эффект приводит к тому, что какая-то часть шумовых импульсов может пройти пороговый дискриминатор регистрирующей аппаратуры и внести дополнительную погрешность, а система стабилизации начинает вырабатывать новый сигнал регулирования коэффициента усиления сцинтилляционного детектора, который занимает другое положение по сравнению с сигналом регулирования спектра ионизирующего излучения.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения ионизирующих излучений путем исключения влияния шумовых импульсов, обусловленных темновым током фотоэлектронного умножителя, на процесс измерения ионизирующего излучения и их влияния на стабилизацию коэффициента усиления сцинтилляционного детектора.
Цель достигается тем, что в устройство [4], предназначенное для стабилизации и корректировки коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров, содержащее сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу линейного усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя, дополнительно введены: реверсивный счетчик, вычитающий вход которого через формирователь импульсов подключен к выходу линейного усилителя; генератор импульсов, который подключен на суммирующий вход реверсивного счетчика, и электронный ключ, управляющий вход которого через интерполятор подключен к выходам реверсивного счетчика, а выход источника опорного напряжения - через электронный ключ к неинверсному входу дифференциального усилителя.
Анализ известных решений не выявил признаков, сходных с отличительными признаками заявленного устройства. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного устройства критерию новизны.
На рис.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, где:
1 - сцинтиллятор,
2 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ),
3 - линейный усилитель,
4 - экстраполятор,
5 - интегратор,
6 - источник опорного напряжения,
7 - дифференциальный усилитель (регулятор сигнала управления),
8 - управляемый источник питания ФЭУ,
9 - генератор,
10 - формирователь импульсов,
11 - реверсивный счетчик,
12 - интерполятор,
13 - электронный ключ.
и
уст
и
уст
упр
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поток измеряемого ионизирующего излучения регистрируется и преобразуется сцинтилляционным детектором (сцинтиллятор 1 - ФЭУ 2) и усилителем 3 в последовательность импульсов с амплитудами, пропорциональными энергии, потерянной частицей ионизирующего излучения в неорганическом кристаллическом сцинтилляторе 1. Экстраполятор 4 преобразует регистрируемую последовательность импульсов в ступенчатую функцию. Интегрируя сигнал, сформированный экстраполятором 4, интегратор 5 обеспечивает сигнал, несущий информацию о свойствах совокупности импульсов регистрируемого спектра и отражающий изменение регулируемого параметра под влиянием дестабилизирующих факторов. Это напряжение V с выхода интегратора 5 сравнивается с уставкой V источника опорного напряжения 6, которая определяет требуемый уровень регистрируемого спектра. Дифференциальный усилитель 7 вырабатывает сигнал управления, противодействующий отклонению регулируемой величины (спектрального распределения регистрируемых импульсов) от заданного значения, наблюдаемого в данный момент. Напряжение V подается на неинверсный вход дифференциального усилителя 7, напряжение V источника опорного напряжения 6 - на инверсный вход. По состоянию разбаланса этих напряжений дифференциальный усилитель 7 вырабатывает выходной сигнал V, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения:
упр
2
уст
1
2
1
и
V=- RV/R+(R/R+1)V
упр
выс
уст
уст
и
Сигнал управления V обеспечивает установку значения V управляемого источника питания 8 фотоэлектронного умножителя 2 таким, при котором коэффициент передачи сцинтилляционного детектора обеспечит уровень спектра, заданный напряжением уставки V, источника опорного напряжения 6, так как равновесие системы определяется условием V=V.
i
i
i
Частота генератора 9 устанавливается близкой к частоте регистрируемого спектра фоновых импульсов F≈N, где N - частота импульсов при регистрации фонового излучения сцинтилляционным детектором (сцинтиллятор 1 - ФЭУ 2), который установлен в данном устройстве. Частота генератора 9 подается на канал суммирования реверсивного счетчика 11, сигнал с линейного усилителя 3 через формирователь импульсов 10 - на канал вычитания. Частоты F и N сравнивают методом последовательного анализа в соответствии с планом, заданным на реверсивном счетчике 11. Если F>N, то показания реверсивного счетчика начнут нарастать, по достижении определенного числа импульсов в разностном счетчике принимается гипотеза, что F>N. Информация о состоянии реверсивного счетчика 11 с выходов счетчика подается на вход интерполятора 12. Индикация этого состояния осуществляется интерполятором 12, который осуществляет запуск электронного ключа 13. Таким образом, при условии F>N срабатывает электронный ключ 13 и контакты ключа подключают неинверсный вход дифференциального усилителя 7 к источнику опорного напряжения 6
уст
уст
упр
выс
i
На инверсном и неинверсном входах дифференциального усилителя 7 устанавливается равенство напряжений V=V, которое определяет равновесие системы регулирования. На выходе дифференциального усилителя 7 устанавливается постоянное напряжение управления V, обусловленное этим равновесием, которое обеспечивает установку значения напряжения V управляемого источника питания 8 фотоэлектронного умножителя 2 в зоне регулирования неизменным до прихода команды на отключение электронного ключа 13 при условии F<N.
Таким образом, система регулирования включается во время фактического измерения ионизирующего излучения, т.е. при превышении фонового значения регистрируемого ионизированного излучения, что исключает появление шумовых импульсов, обусловленных темновым током фотоэлектронного умножителя.
Предложенное устройство позволит обеспечить стабилизацию и корректировку коэффициента передачи сцинтилляционного детектора в приборах технологического контроля, где по техническим причинам происходит полная или частичная экранировка сцинтилляционного детектора от фонового излучения, к примеру релейные радиоизотопные приборы.
Предложенное устройство является новым, полезным, технически реализуемым и соответствует критерию изобретения.
Литература
1. В.В.Матвеев, Б.И.Хазанов. "Приборы для измерения ионизирующих излучений". Атомиздат, 1987, стр.624.
2. А.с. СССР №1118178, G01N 23/02, опубликовано 08.06.1984 г.
3. Патент РФ №2364892, G01Т 1/40, опубликован 20.08.2009 г.
4. Патент РФ №2445648, G01T 1/40, опубликован 20.03. 2012 г.