МНОГОКАНАЛЬНАЯ 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 квазираспределенных волоконно-оптических датчиках ионизирующих излучений.
Известны волоконно-оптические радиационные датчики (Пат. US 5313065) 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. Для создания нескольких каналов измерения в предлагаемом волоконно-оптические радиационном датчике использовано несколько независимых фотоприемников со своими системами обработки сигналов, что существенно усложняет конструкцию и повышает ее стоимость.
Известен радиационно-дозиметрический прибор на основе сцинтилляционных оптических волокон (Пат. US 8183534). 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. В предлагаемом радиационно-дозиметрическом приборе оптические сигналы от всех сцинтилляционных волокон одновременно измеряются фотодетектором, который представляет собой ПЗС матрицу. Прибор не позволяет отдельно измерять сигналы от каждого сцинтилляционного волокна.
Известна оптоволоконная дозиметрическая система (Пат. РФ №138047) включающая в себя сенсорный элемент на основе полимерного сцинтилляционного волокна, соединенного посредством транспортного оптического волокна с фотоприемником, сигнал которого обрабатывается с помощью микроконтроллерной системы и преобразуется в величины активности источника ионизирующего излучения. При этом полимерное сцинтилляционное волокно расположено в несколько витков по окружности отверстия в корпусе сенсорного элемента, сквозь которое проходит исследуемый протяженный источник ионизирующего излучения, и зафиксировано выступами верхней и нижней крышки корпуса сенсорного элемента. Выходной торец полимерного сцинтилляционного волокна соединяется с транспортным оптическим волокном, а на свободный торец сцинтилляционного волокна нанесено зеркальное отражающее покрытие. Пространственная селекция регистрируемого ионизирующего излучения обеспечивается металлической блендой, которая является частью корпуса сенсора, располагается выше и ниже витков сцинтилляционного волокна и перекрывает поток ионизирующего излучения от областей исследуемого протяженного источника ионизирующего излучения, расположенных за пределами интересующей области. Данная полезная модель выбрана в качестве прототипа. Недостатками ее является возможность измерения сигнала только от одного сенсорного элемента.
Для устранения указанных недостатков предлагается данная полезная модель.
Цель предлагаемой полезной модели: разработать многоканальное волоконно-оптическое устройство для измерения изменений во времени активностей нескольких источников ионизирующего излучения.
Технический результат: реализация измерений во времени активностей нескольких источников ионизирующего излучения, распределенных в пространстве при помощи нескольких сенсоров и одного измерительного блока.
Описание полезной модели
Конструкция предлагаемой оптоволоконной дозиметрической системы показана на фиг. 1. Достижение технического результата осуществляется за счет дополнительного введения в систему нескольких (n) сенсорных элементов 1 на основе полимерных сцинтилляционных волокон, каждый из которых посредством транспортного оптического волокна 2 соединен с отдельным входом дополнительного многоканального оптического коммутатора 3, управляемого с помощью микроконтроллерной системы 5. Выход многоканального оптического коммутатора соединен с входом фотоприемника 4. Каждый из сенсорных элементов располагается в активной зоне и находится под действием различных источников ионизирующего излучения. Данные о калибровки каждого сенсорного элемента храняться в микроконтроллерной системе 5 или в персональном компьютере 6 с установленным программным обеспечением для отображения и обработки результатов измерений, подключенному к выходу микроконтроллерной системы.
Конструкция каждого 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.
Сцинтилляционное волокно 9 в составе сенсорного элемента 1 располагается в непосредственной близости от поверхности источника ионизирующего излучения. Поток бета-излучения от источника 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 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 источника, расположенных за пределами интересующей области.
Как указано в состав дозиметрической системы входят несколько сенсорных элементов одного типа. Однако в общем случае конфигурации сенсорных элементов и их типы могут быть различными.
Для передачи оптического сигнала от каждого сенсорного элемента предусмотрено транспортное оптическое волокно 2 (Фиг. 1), которое выполняет функцию пространственного разделения измерительной системы, расположенной вне зоны действия источников ионизирующих излучений, и сенсорных элементов, находящихся в зоне воздействия бета излучений.
С помощью транспортных оптических волокон осуществляется передача оптического сигнала на входы управляемого многоканального оптического коммутатора 3. Роль коммутатора сводится к соединению одного из транспортных волокон в конкретный момент времени с входом фотоприемника. Управление работой оптического коммутатора осуществляется при помощи микроконтроллерной системы и реализованному в ней алгоритму переключения.
Для измерения мощности сцинтилляционного излучения служит фотоприемник 3, работающий в режиме счета фотонов (фиг. 1). Выходной сигнал фотоприемника 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 5 осуществляет подсчет импульсов с выхода фотоприемного устройства 4 в течение фиксированного времени. Полученный результат может отображаться на индикаторе микроконтроллерной системы, а также передаваться в персональный компьютер 6.
Таким образом, разработано многоканальное волоконно-оптическое устройство для измерения изменений во времени активностей нескольких источников ионизирующего излучения.