Спектрометр-дозиметр

(57) Область использования: ядерная физика и ядерная электроника, а именно спектрометрия и дозиметрия ядерных излучений, может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах. Суть изобретения: для повышения информативности. увеличения динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений производится одновременная регистрация всех видов радиоактивного излучения, а также введение в систему Л Е-Е на полупроводниковых детекторах экрана-заслонки, узла стробируемых буферных усилителей, выходы которых соединены с входами буферного регистра, выходы которого соединены с общей шиной центрального процессорного устройства, а выходы аналогово-цифровых преобразователей подсоединены к входам узла стробируемых буферных усилителей, 2 ил,згиб которой зависит от регистдозы и с применением иковых детекторов.пектрометр-идентификатор не т нейтральное излучение, а принем блок памяти не позволяет дозу излучений, и поэтому в усреализуются все возможности а. Дозиметр с применением одисталла не позволяет регистрираздельно от каждого вида ого излучения и не обладает(56) Авторское свидетельство СССРМ 1599819, кл. А 6 01 Т 1/38, 1986,Авторское свидетельство СССР1026550, кл. 6 01 Т 1/02, 1981,Авторское свидетельство СССРМ 1217102, кл, 6 01 Т 1/02, 1984.заявка Японии 1 ч. 62-28432,кл. 6 01 Т 1/24, А 61 В 6/03, 6 01 й 23/О1987. Заявка Франции 1 Ф 262230,кл, 6 01 Т 1/15, 1989.Акимов Ю, К., Игнатьев О, ВКалинин А. ИКушнурук В. Ф,Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике, - МЭнергоатомиздат, 1989, с. 344,Изобретение относится к области ядерной физики и ядерной электроники, а именно к спектрометрии и дозиметрии ядерных излучений. и может быть использовано в спектрометрических и дозиметрических системах.Известен спектрометр-идентификатор, содержащий Ь Е и Е-детекторы и позволяющий идентифицировать заряженные частицы с помощью блока памяти с записанными в него кодами, соответствующими энергетическому интервалу и типу регистрируемой частицы. Также известен дозиметр с и кристалла, и рируемой полупроводн Однако г регистрируе мененный в определять тройстое не ЛЕ-Е метод НОГО монокР ровать дозу радиоактивненением пластины иэ моно 2000582спектрометрическими и идентификационными свойствами, а также не позволяет регистрировать малые поглощенные дозы, Полупроводниковый дозиметр не регистрирует нейтрального излучения, а также не использует спектрометрические и идентификационные свойства системы полупроводниковых детекторов. Недостатком является применение аналоговой обработки сигналов от детекторов, а не цифровой обладающей гораздо большими быстродействием и точностью.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать спектрометр-идентификатор, содержащий телескоп из Л Е- и Е-детекторов, усилители, быстродействующие нелинейные аналого-цифровые преобразователи, блок отбора совпадений. репрограммируемый блок памяти с записанными о него кодами, соответствующими энергетическому интервалу и типу регистрируемой частицы и регистратор. Он имеет общие признаки с предлагаемым устройством по возможностям спекгрометрии и идентификации заряженных частиц и высокому быстродействию,Однако отсутствие регистрации нейтрального излучения и отсутствие регистрации поглощенной дозы как по каждому виду излучения, так и по суммарной дозе отличае 1 укаэанный прототип от предлагаемого изобретения. В прототипе не предусмотрены конструктивные элементы (экран-заслонка) для системы Л Е - Е детекторов, позволяющий регистрировать у -излучением. В нем отсутствует микропроцессорное устройство со специальной программной поддержкой и цепями управления, что о отличии от предлагаемого устройства не позволило в спектрометре-идентификаторе реализовать всех возможностей Л Е-Е-системы в части регистрации у излучения и определения доэ,Цель изобретения - повышение информативности. увеличение динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений и точности измерений при высоком быстродействии эг счет максимального использования воэможностей Л Е-Е-системы на полупроводниковых детекторах, а именно одновременно измеряемых а - Д -и у-радиоактивностей, а также изотопного состава по а-излучению и применения цифровой обработки, Изобретение позволяет раздельно регистрировать дозы от разных видов радиоактивности - альфа, бета и гамма в широком динамическом диапазоне, а также суммарную дозу по всем видам излу 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чения, Отдельно следует отметить высокую чувствительность измерения а -излучения.Цель изобретения достигается тем, что в устройстве, содержащем систему из двух ЛЕ-и Е-детекторов, первый и второй выходы которой соединены с входами первого и второго блоков аналоговых измерений соответственно, первый выходы которых соединены с входами первого и второго аналогово-цифровых преобразователей, снабжена экраном-заслонкой, блоком стробируемых буферных усилителей, выход которого соединен через буферный регистр с общей шиной центрального процессорного устройства. а второй и третий входы подсоединены к оыходагл первого и второго аналогово-цифровых преобразователей, Существенным отличием спектрометра является однооремен ное и раздельное измерениепотоковидоза, ф и у-радиоактивности. а также болелых потоков и доз арадиоактионости, что позволяет определять содержание радона при сохранении широкого динамического диапазона измерения потоков и доз, Получение мощности эквивалентной дозы от измеренных с высокой точностью и быстродействием потоков и спектров всех оидоо излучений позволяет более точно определять дозы излучений. Точность измерения дозы повышается о несколько раз по сравнению с существующими профессиональныли дозиметрами за счет более точного определения потоков и спектров каждого вида излучений (альфа. бета и гамма), Предлагаемые отличительные признаки о совокупности ранее не заявлялись, л потому предлагаемое решение удоолетооряе 1 критерию "существенные отличил".Схема прибора представлена на фиг, 1.Полупроводниковый спектрометр-дозиметр состоит из системы Л Е- и Е-детекторов с коллиматором и экраном-заслонкой 1, двух идентичных каналов, содержащих в себе блок аналоговых измерений (БАИ) 2 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, блока стробируемых буферных усилителей (ББУ 1 4, блока управления (БУ) 5, буферного регистра (БР) б, блока индикации (БИ) 7, блока клаоиатуры (БК) 8, центрального процессорного устройства (ЦПУ) 9, банка памяти программ и констант (БППК) 10, банка оперативной памяти (БОП) 11. Первый и второй выходы системы из двух полупроводниковых детекторов соединены с входами соотоетственно первого и второго блоков аналоговых измерений 2. первые выходы которых соединены с первыми входами соответственного первого и второго АЦП 3, авторые выходы подключены соответственно к второму и третьему входам блока упррвления 5. Первый, второй и третий выходы БУ 5 соединены соответственно с вторыми выходами первого и второго АЦП 3 5 и первым входом блока буферных усилителей 4, Выходы первого и второго АЦП 3 соединены с вторым и третьим выходами блока стробируемых буферных усилителей 4 соответственно, выход ББУ соединен че рез буферный регистр б с общей шиной центррльного процессорного устройства. с которой связаны блок памяти программ и констант, блоке оперативной пэмяти, индикртор, клрвиртурэ и первый выход блока упррвления. Принцип работы спектрометрр-дозиметрр заключается в разной величине потерь энергии тяжелых (а -частиц) и легких частиц (электронов) в кремнии разной толщины, Применение двух 20 расположенных друг под другом Л Е- и толстого Е-детекторов позволяет легко отделить регистрацию одного типа излучения от другого. Регистрация а-излучения осуществляется тонким Л Е детектором, в то время 25 крк регистрация 3- и у-излучения производится в толстом Е-детекторе. /3 -частицы с энергией100 кэВ энерговыделение в тонком счетчике очень малое и не регистрируется в нем, трк крк электрический порог 30 регистрации у-излучения превышает в несколько рэз уровень шумов и потерь электронов. Для отделения у -излучения от Р -излучения используется экррн-зрслонкр из рлюминия толщиной в несколько мм, устрнрвливремря нр коллимрторр детекторной системы 1. Анализ изотопного состава таких элементов крк ррдон,по у-излучению производится с помощью электронных цифровых схем, осуществляющих операцию пе ремножения импульсов от Л Е- и Е-детекторов. Спектрометр-дозиметр ррботает следующим обррзом, При регистрации какого-либо излучения (рльфр, бета или грммр), нр выходе системы ЛЕ - Е-детекторов 1 появляется электрический импульс, величинр которого пропорциональна либо энергии зарегистрированной частицы, либо ее потерям, Эти импульсы усиливаются в БАИ 2 и поступают нр АЦП. Нр выходе АЦП формируется четырехрядный код, Преобррзоврние в каждом из каналов происходит независимо. Сформированные коды с выходы АЦП 3 (крнрлы Л Е и Е) поступают нр ББУ 4, служащий для передачи кодов в БР б. Управление АЦП 3 и ББУ 4 с целью исключения наложений реэлизуется при помощи БУ 5 и ЦПУ 9, Блок управления (фиг. 2) содержит двухвходовые элементы ИЛИ 1, б. 10, одновибрэторь 2 и 3, два трктируемых триггера 4 и 5, ВЗ-триггер 9 и две двухвходовые схемы И 7, 8, Вторые выходы первого и второго блоков аналоговых измерений соединены с О-входэми триггеров 4 и 5 соответственно и с входами элемента ИЛИ 1.0-выходы триггеров 4 и 5 объединены схемой ИЛИ 10, выход которой подключен к первому входу блока буферных стробируемых усилителей, 0-выходы триггеров 4 и 5 через схемы совпадений И 7 и 8 подключены к вторым выходам первого и второго АЦП соответственно. Входы сброса В-триггеров 4 и 5 и вход устэновки Я ВЯ-триггерэ 9 соединены с общей шиной центрального процессорного устройства,Блок упрэвления работает следующим образом. В исходном состоянии триггеры 4 и 5 сброшены, ВС-триггер устрновлен. При появлении одновременно или по любому иэ входов 2 или 3 управляющего сигнала с БАИ запускается одновибрртор 2 и задним фронтол импульса отрицательной полярности передает информацию с О-входр нр 0 - 0- выходы. В 5-триггер сбррсывэется и блокирует одновибрртор 2, одновременно зрпускря одновибрртор 3. Импульс с одновибрэторр 3 через схемы совпадения 7 или 8 зэпускрет АЦП того канала, в котором произошлэ регистрация частицы, 0-выходы триггеров 4 и 5 через схему ИЛИ 10 ррзрешают выход данных с ББУ, П осле чтения БР процессор формирует сигнал "Сброс", который возвращает БУ в исходное состояние, ррзблокируя одновибрртор 2, С выхода ББУ 4 данные в виде коды поступают и "зрщелкиврются" в БР б, С БР б коды поступают нр внутреннюю шину и считыврются ЦПУ 9, которое осуществляет накопление спектра. перевод интенсивности излучения в дозу и энэлиз изотопного состава по гт-излучению, Режим работы задается оператором при помощи нажатия соответствующих управляющих клавиш блока клавиатуры 8 и установления экррнр-зэслонки нр коллимртор системы Л Е - Е 1 (либо его снятия). В соответствии с заданной программой измерений ЦПУ 9 осуществляет упррвление ррбоой прибора и производит накопление информации в БОП 11. По завершении нркопления и обработки данных отображаются в блоке индикации 7, Применение микропроцессорэ совместно с набором подпрограмм, хранящихся в БППК 10, позволяет оперативно изменять алгоритм обработки данных, р также осуществлять управляемый вывод данных нр БИ 7. Наличие дьух независимых каналов ( Л Е и Е) позволяет одновременно регистрировать40 дозиметр обладает большим динамическим 50диапазоном измеряемых потоков и доз и разные виды радиоактивного излучения, а четырехраэрядный код, получаемый с помощью АЦП 3 после преобразования аналогового сигнала, позволяет вести измерения с разбиением диапазона энергий регистрируемых частиц на 16 градаций, т, е, выполнять функции спектрометра. Так как поглощенная доза, как правило, пропорциональна интенсивности излучений, спектрометр-дозиметр позволяет. в отличии от существующих дозиметров. проводить измерения доэ раздельно по каждому виду излучений, что значительно повышает информативность, быстродействие и точность измерений. Предусмотрена регистрация и суммарной поглощенной дозы. Алгоритм умножения, необходимый для определения поглощенной дозы и изотопного состава по а-излучению. реализован на программном уровне и в виде двоичных кодов. находится в БППК 10. Спектрометр-дозиметр позволяет проводить регистрацию потоков и доз: а) а -излучения с энергией 1-20 МэВ/нуклон и активностью, начиная с 1-2 беккерелей/л и эффективностью, близкой к 100 ; б) /3-излучения с энергией 0,1-2,0 МэВ с эффективностью 80, ф -излучения с энергией 2,0-5,0 МэВ с эффективностью 50;6 и с активностью 2 - 5 беккереля/л; в) у-излучения с энергией 0,05 - 2,0 МэВ, начиная с фоновых значений мощности эквивалентной дозы 0,15 мк /ч (15 мкР/ч). Диапазон регистрируемых потоков излучений составляет от начальных фоновых) значений до 105 частиц/см с. Определяется также суммарная мощность эквивалентной от всех видов излучений. Предлагаемый полупроводниковыйспектрометр-дозиметр по сравнению с аналогами обладает многофункциональностью и высокой информативностью, Он сочетает в себе одновременно функции спектрометра заряженных частиц и идентификатора частиц по массе, а также выполняет функции дозиметра, причем раздельно по каждому виду радиоактивного излучения (альфа, бета и гамма). Прибор может определять и суммарную поглощенную дозу. Спектрометр 5 10 15 20 25 30 35 может определять малые дозы радиоактивного излучения, например содержание радона в помещениях, что важно в медицинских и экологических целях. Экономическая эффективность изобретения предполагается очень высокой благодаря многофункциональности и в несколько раз превышает эффективность по сравнению с применяемыми промышленными дозиметрами,Формула изобретения 1, Спектрометр-дозиметр, содержащий индикатор, блок памяти программ и контакт из двух полупроводниковых детекторов, первый и второй выходы которой соединены с входами соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений. первые выходы которых связаны с первыми входами соответственно первого и второго аналогоцифрового преобразователя, о т л и ч а ю щи й с я тем, что. с целью повышения информативности, увеличения динамического диапазона регистрируемых потоков и доз излучений точности измерений путем одновременной регистрации всех видов радиоактивного излучения, в него введены блок оперативной памяти, центральное процессорное устройство. клавиатура, буферный регистр, блок управления и блок стробируемых буферчых усилителей, выход которого соединен через буферный регистр с общей шиной центрального процессорного устройства, с которой связаны блок памяти программ и констант, блок оперативной памяти, индикатор, клавиатура и первый вход блока управления, второй и третий входы которого подключены к вторым выходам соответственно первого и второго блоков аналоговых измерений, первый - третий выходы блока управления связаны соответственно с вторыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей и первым входом блока стробируемых буферных усилителей, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго аналогоцифровых преобразователей.2. Спектрометр - дозиметр по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что система из двух полупроводниковых детекторов снабжена экраном-заслонкой.2000582 Составитель Ю,Поп Техред М,Моргентал еда ктор ектор А,Козори аказ 3078 Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Произаодс о-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород, ул.Гагарина, 1