МОНИТОР ТРИТИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01T1/185 H01J47/02 

Изобретение относится к области средств обнаружения и контроля ядерного излучения, конкретно к приборам для осуществления постоянного контроля содержания трития в воздухе, и может быть использовано для контроля радиационной обстановки, обусловленной тритием, на предприятиях и объектах, хранящих или ведущих работы с тритием.

Известны приборы и устройства для обнаружения и контроля радиационной активности газообразных нуклидов и радиоактивных аэрозолей в воздухе, основанные на использовании проточных ионизационных камер, например, патент РФ N 2035053, G 01 T 1/167, 1993; патенты CШA N 4820925, НКИ 250/379, 1987; N 4277682, НКИ 250/380, 1979.

Недостатком известных устройств является низкая точность измерения объемной активности трития, обусловленная погрешностью от возможного содержания в воздухе других радиоактивных нуклидов, например радона, погрешностью, обусловленной внесением гамма-излучения, а также погрешностью от изменения температуры и давления прокачиваемого воздуха, присущей ионизационным камерам.

Известен монитор трития, содержащий проточную ионизационную камеру, механический фильтр грубой очистки, электростатический фильтр тонкой очистки, нагнетатели воздуха, источник питания, усилительно-преобразующее устройство, вычислитель. Патент США N 4445037, НКИ 250/380, 1981.

Указанный монитор трития имеет низкую точность измерения объемной активности трития, обусловленную вышеперечисленными причинами.

Целью и техническим результатом изобретения является повышение точности монитора трития и обеспечение автоматизации и непрерывности контроля за содержанием трития в воздухе.

Поставленная цель достигается тем, что в монитор трития, содержащем проточную ионизационную камеру, механический фильтр грубой очистки, электростатический фильтр тонкой очистки, нагнетатели воздуха, источник питания, усилительно-преобразующее устройство, выход которого соединен с вычислителем, введен блок дискриминации сигналов, обусловленных радоном, а также датчик температуры и датчик давления, при этом ионизационная камера выполнена в виде двух коаксиальных цилиндрических камер: измерительной и компенсационной, размещенных одна в другой, внешняя измерительная камера является проточной, а внутренняя компенсационная камера герметична и заполнена воздухом, внешний цилиндр измерительной камеры является ее катодом и электрически соединен с источником питания, внутренний цилиндр является анодом измерительной камеры и одновременно катодом компенсационной камеры и электрически соединен с входом усилительно-преобразующего устройства, анод компенсационной камеры, выполненный в виде тонкого стержня и размещенный внутри компенсационной камеры, соединен с другим полюсом источника питания, датчики температуры и давления размещены в измерительной камере, их выходы, а также выходы блока дискриминации сигналов, обусловленных радоном, соединены с вычислителем.

Электростатический фильтр тонкой очистки воздуха выполнен в виде коаксиальных цилиндров с коническими рассекателями, изготовленными из латуни, цилиндры электрически связаны с источником питания.

Выполнение ионизационной камеры в виде двух коаксиальных цилиндрических камер, размещенных одна в другой с вышеуказанным подключением элементов камеры к источнику питания и усилительно-преобразующему устройству, обеспечивает то, что с анода измерительной камеры (внутреннего цилиндра) снимается компенсационный сигнал, являющийся разностью между сигналом, обусловленным распадом трития в объеме измерительной камеры, и сигналом, обусловленным электронами, выбиваемыми из стенок компенсационной камеры внешним гамма-излучением.

Блок дискриминации сигналов, обусловленных радоном, позволяет осуществлять селекцию сигналов, обусловленных распадом радона и его дочерних продуктов распада. Эти сигналы учитываются вычислителем при вычислении объемной активности трития.

Введение датчиков температуры и давления в измерительную камеру и соединение их выходов с вычислителем позволяет учесть информацию о температуре и давлении прокачиваемого воздуха и повысить точность определения объемной активности трития.

Предложенное устройство поясняется блок-схемой, приведенной на чертеже, где обозначено:
1 - измерительная камера;
2 - компенсационная камера;
3 - анод компенсационной камеры;
4 - механический фильтр грубой очистки;
5 - электростатический фильтр тонкой очистки;
6, 7, 8 - электроразъемы для подачи высокого напряжения на анод компенсационной камеры, катод измерительной камеры и на электростатический фильтр соответственно;
9 - электроразъем для вывода выходного сигнала с катода измерительной камеры;
10 - датчик температуры в измерительной камере;
11 - датчик давления в измерительной камере;
12, 13 - воздухопроводы для соединения микронагнетателей с измерительной камерой;
14 - микронагнетатели для прокачки воздуха через камеру (МН1, МН2);
15 - источник питания (ИП);
16 - электрометрический усилитель (ЭМУ);
17 - блок обработки сигнала с датчика температуры (БОТ);
18 - блок обработки сигнала с датчика давления (БОД);
19 - блок выбора диапазона измерений (БВДИ);
20 - блок дискриминации сигналов, обусловленных радоном (БДСР);
21 - блок коммутации и питания микронагнетателей (БКПМ);
22 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
23 - устройство ввода-вывода (УВВ);
24 - микропроцессорное вычислительное устройство (МПВУ);
25 - периферийное отображающее устройство (ПОУ).

26 - усилительно-преобразующее устройство (УПУ).

Ионизационная камера конструктивно выполнена в виде двух коаксиальных цилиндрических камер, размещенных одна в другой. Схема конструкции камеры приведена на чертеже. Через внешнюю камеру 1 циркулирует исследуемый воздух. Внутренняя, компенсационная камера 2 герметична и заполнена воздухом при нормальных условиях. Компенсационная камера работает по принципу "стеночной" воздушной гамма-камеры. В измерительной камере роль катода выполняет внешний цилиндр, а роль анода - внутренний цилиндр, который одновременно выполняет роль катода компенсационной камеры. На катод измерительной камеры подается отрицательное напряжение, например минус 30 В. На анод компенсационной камеры подается положительное напряжение, например плюс 30 В. С анода измерительной камеры снимается компенсационный сигнал, являющийся разностью между сигналом, обусловленным распадом трития в объеме измерительной камеры, и сигналом, обусловленным электронами, выбиваемыми из стенок компенсационной камеры внешним гамма-излучением. Параметры и материалы измерительной и компенсационной камер подобраны таким образом, что сигнал, снимаемый с измерительной камеры, не зависит от величины внешнего гамма фона в диапазоне от 10 мкР/ч до 10 мР/ч.

Принцип действия монитора трития основан на регистрации и идентификации сигналов, обусловленных распадом трития в проточной ионизационной камере.

Исследуемый атмосферный воздух, с помощью поочередно работающих микронагнетателей 14 (МН1, МН2), последовательно прокачивается через входной синтетический фильтр грубой очистки 4, электростатический фильтр тонкой очистки 5; основную измерительную камеру 1; воздухопроводы 12, 13. Направление потока воздуха показано на чертеже символами
Сигнал, снимаемый с измерительной камеры, поступает на вход электрометрического усилителя 16 и далее на блок выбора диапазона измерений 19 усилительно-преобразующего устройства. Код выбранного диапазона подается на устройство ввода-вывода 23. Усиленный аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 22, с которого в цифровом коде передается в УВВ 23. Усилительно-преобразующее устройство 26 содержит ЭМУ 16, БВДИ 19 и АЦП 22.

Сигнал, обусловленный распадом радона, с БДСР 20 в цифровом виде поступает через УВВ 23 на вычислитель МПВУ 24.

Источник питания 15 служит для выработки напряжений измерительной и компенсационной камер плюс/минус 30В, а также для выработки высокого напряжения 1000 В, подаваемого на электростатический фильтр.

Сигналы с датчиков температуры и давления 10 и 11 обрабатываются блоками обработки температуры 17, и давления 18 и в цифровой форме поступают на УВВ 23. Устройство ввод-вывода 23 обеспечивает циклический опрос блоков БОТ 17, БОД 18, БВДИ 19, АЦП 22, сигналов диагностики и выводит собранную информацию в виде последовательности 8-битовых слов в устройство МПВУ 24. Кроме того, оно управляет блоком коммутации и питания микронагнетателей 21. Блок коммутации и питания микронагнетателей воздуха БКПМ 21 вырабатывает питание микронагнетателей +12 В и осуществляет попеременное включение микронагнетателей, что позволяет осуществлять непрерывную работу монитора трития. Сигнал переключения вырабатывается МПВУ 24 и через УВВ 23 передается на БКПМ 21.

Конструктивно монитор трития может быть выполнен в виде единого блока, размещенного в стальном корпусе. На стенке корпуса имеется разъем для связи с периферийными устройствами, в частности с периферийным отображающим устройством 25 (например, с дисплеем).

Для прокачки воздуха через ионизационную камеру могут использоваться микронагнетатели типа МР2-4Г.

Механический фильтр грубой очистки 4 воздуха предназначен для очистки воздуха, прокачиваемого через камеру от крупных аэрозольных частиц (больше 0.01 мк). Конструктивно он выполнен в виде цилиндра со съемной крышкой, заполненного синтетическим фильтрующим материалом ФПП-15. Торцевые крышки фильтра имеют отверстия для протока воздуха.

Электростатический фильтр тонкой очистки 5 воздуха предназначен для очистки воздуха, прокачиваемого через камеру от мелкодисперсных аэрозольных частиц (меньше 0.01 мк). Конструктивно он выполнен в виде четырех коаксиальных цилиндров с коническим рассекателем, изготовленных из латуни.

На цилиндры подается высокое напряжение 1000 В. Улавливание мелкодисперсных аэрозольных частиц осуществляется по принципу электростатического осаждения на заряженную поверхность.

В электронном блоке БДСР 20 предусмотрена селекция сигналов, обусловленных распадом радона и его дочерних продуктов распада. Эти сигналы вычитаются МПВУ 24 из основного "полезного" сигнала. В качестве измерителя содержания радона в исследуемом воздухе могут быть использованы известные мониторы радона, описанные в следующих источниках информации: Воробьев И. Б. и др., "Аппаратура для измерения объемной активности радона в помещениях и грунтах", г. Дубна, 1990, с. 152-155; патент США N 4926053, "Монитор радона", НКИ 250/379, 1987.

Датчик температуры 10 воздуха в камере предназначен для контроля температуры прокачиваемого воздуха. Принцип действия датчика температуры 10 основан на измерении падения напряжения на термочувствительном элементе (диоде), запитанном от стабилизатора тока. Конструктивно датчик температуры может быть выполнен в виде отдельного блока, расположенного непосредственно в потоке прокачиваемого воздуха. В качестве чувствительного элемента может использоваться стандартная микросхема типа VRFD-123.45W.

Датчик давления 11 воздуха в камере предназначен для контроля давления прокачиваемого воздуха. Принцип действия датчика давления 11 основан на измерении частоты опорного генератора, в контур которого включен емкостной датчик давления. Конструктивно датчик давления 11 может быть выполнен в виде двух блоков, один из которых расположен непосредственно в потоке прокачиваемого воздуха (емкостной датчик), а другой - в блоке обработки сигналов с датчика давления. В качестве чувствительного элемента может быть использован емкостной датчик давления производства фирмы "ВОЛЬТА".

Микропроцессорное вычислительное устройство 24 осуществляет вычисление объемной активности трития по следующей формуле:
A=(B1•Ki - BO - RO)•L•M,
где A - объемная активность трития в Бк/м³,
B1 - информационный сигнал об активности трития,
Ki - диапазон измерения,
BO - уровень аппаратурной линии,
RO - уровень сигнала с БДСР,
L - калибровочный коэффициент,

где P - давление воздуха в камере,
Т - температура воздуха в камере.

Существующий уровень развития современной электроники и микропроцессорной техники позволяет выполнить электронно- вычислительную часть монитора в минимальных габаритах с резервированием ответственных частей и тем самым существенно повысить надежность монитора и удобство в эксплуатации, а принятые меры по повышению его точности и обеспечению автоматизации и непрерывности контроля обеспечат широкое его использование в народном хозяйстве.

Изобретение может быть использовано для обнаружения, измерения, постоянного контроля объемной активности трития в воздухе помещений, хранящих или использующих тритий. Сущность изобретения заключается во введении в монитор трития блока дискриминации сигналов, обусловленных радоном, датчиков температуры и давления. Ионизационная камера выполнена в виде двух коаксиальных цилиндрических камер, размещенных одна в другой, внешняя камера - измерительная проточная, внутренняя камера - компенсационная герметичная, заполнена воздухом, внешний цилиндр измерительной камеры является ее катодом и электрически соединен с источником питания, внутренний цилиндр является анодом измерительной камеры и одновременно катодом компенсационной камеры и электрически соединен с входом усилительно-преобразующего устройства, анод компенсационной камеры, выполненный в виде тонкого стержня и размещенный внутри компенсационной камеры, соединен с другим полюсом источника питания. Датчики температуры и давления размещены в измерительной камере, их выходы, а также выходы блока дискриминации сигналов, обусловленных радоном, соединены с вычислителем. Обработка сигналов осуществляется в цифровом виде. Принятые меры позволяют существенно повысить точность определения объемной активности трития. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Монитор трития, содержащий проточную ионизационную камеру, механический фильтр грубой очистки, электростатический фильтр тонкой очистки, нагнетатели воздуха, источник питания, усилительно-преобразующее устройство, выход которого соединен с вычислителем, отличающийся тем, что в него введен блок дискриминации сигналов, обусловленных радоном, а также датчик температуры и датчик давления, при этом ионизационная камера выполнена в виде двух коаксиальных цилиндрических камер: измерительной и компенсационной, размещенных одна в другой, внешняя измерительная камера является проточной, а внутренняя компенсационная камера герметична и заполнена воздухом, внешний цилиндр измерительной камеры является ее катодом и электрически соединен с источником питания, внутренний цилиндр является анодом измерительной камеры и одновременно катодом компенсационной камеры и электрически соединен с входом усилительно-преобразующего устройства, анод компенсационной камеры, выполненный в виде тонкого стержня и размещенный внутри компенсационной камеры, соединен с другим полюсом источника питания, датчики температуры и давления размещены в измерительной камере, их выходы, а также выходы блока дискриминации сигналов, обусловленных радоном, соединены с вычислителем. 2. Монитор трития по п.1, отличающийся тем, что электростатический фильтр тонкой очистки воздуха выполнен в виде коаксиальных цилиндров с коническими рассекателями, изготовленными из латуни, цилиндры электрически связаны с источником питания.