ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЙ СЧИТЫВАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК G01T1/115 

Изобретение - термолюминесцентный дозиметрический считыватель (ТДС) относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области измерений радиоактивных излучений, причем наиболее эффективно он может быть использован для определения интегральных поглощенных доз радиоактивного излучения (ИD), накопленных различными термолюминесцентными детекторами (ТЛД) в процессе измерения ими уровней радиационных полей.

Известен ТДС (1) с нерегулируемым нагревом, включающий нагреватель (снабженную рефлектором лампу накаливания), заслоняющий затвор, инфракрасный (ИК-фильтр), расположенные в экранирующем корпусе синий фильтр, оптический световод и преобразователь световых сигналов в электрические (фотоэлектронный умножитель), а также счетчик импульсов и блок сбора и отображения результатов считывания. Процесс считывания результатов измерения ИD осуществляется путем преобразования термолюминесцентного излучения ТЛД в импульсы тока при нагреве ТЛД в фокусирующей точке рефлектора, последующего подсчета числа импульсов и преобразования результатов подсчета в величину ИD.

Недостатками известного ТДС являются:
- пониженные точность и диапазон определения ИD вследствие неравномерности нагрева поверхности ТЛД, обусловленной использованием в качестве нагревателя снабженной рефлектором лампы накаливания;
- повышенный нижний порог определяемой ИD вследствие пониженного светосбора оптическим световодом термолюминесцентного излучения от ТЛД;
- пониженный верхний порог определяемой ИD, обусловленный тем, что при повышенной интенсивности термолюминесцентного излучения от ТЛД, пропорциональной величине измеренной им ИD, оптико-электронная характеристика для всех типов преобразователей световых сигналов в электрические становится нелинейной, следствием чего будет искажение результатов определения ИD.

Известен ТДС (2) с регулируемым нагревом, включающий светонепроницаемый кожух, в котором расположены: нагреватель (кварцевая лампа или греющий вентилятор), ИК-фильтр, держатель ТЛД, поглощающий тепловое излучение нагревателя оптический фильтр, световод, снабженный светочувствительным сенсором преобразователь светового излучения в импульсы тока и снабженный цифровым интерфейсом и модулем памяти процессор.

Недостатками известного ТДС являются:
- пониженные точность и диапазон определения ИD вследствие неравномерности нагрева поверхности ТЛД, обусловленной тем, что используемый нагреватель (кварцевая лампа или греющий вентилятор) обеспечивает только односторонний подвод тепла, а также тем, что между нагревателем и ТЛД расположен держатель ТЛД;
- повышенный нижний порог определяемой ИD вследствие пониженного светосбора оптическим световодом термолюминесцентного излучения от ТЛД;
- пониженный верхний порог определяемой ИD, обусловленный тем, что при повышенной интенсивности термолюминесцентного излучения от ТЛД, пропорциональной величине измеренной им ИD, оптико-электронная характеристика для всех типов преобразователей световых сигналов в электрические становится нелинейной, следствием чего будет искажение результатов определения ИD.

Преимуществами заявляемой ТДС являются повышение точности и расширение диапазона определяемых ИD, уменьшение нижнего и увеличение верхнего порогов определяемой ИD, повышение экономичности, а также повышение производительности по количеству обрабатываемых в единицу времени ТЛД.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что заявляемый ТДС содержит снабженный толкателем слайдов транспортер, снабженную подъемником вакуумную иглу, вакуумный кожух (кожух с откачанным из него воздухом) с двойными стенками, между которыми находится слой теплоизоляционного материала, размещенную в вакуумном кожухе, снабженную фильтродержателем с размещенным в нем ИК-фильтром, измерительную камеру шарообразной формы с верхним, средним и нижним кольцеобразными рядами отверстий, расположенными напротив них на ее внешней поверхности верхним, средним и нижним кольцеобразными коллекторами и внутренней поверхностью, покрытой слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала, размещенную в измерительной камере термопару, оптический световод, снабженный холодильником кожух ФЭУ с размещенными в нем ослабляющим фильтром (любым фильтром, ослабляющим интенсивность светового потока без изменения его спектрального состава), ФЭУ, снабженный осушителем и нагревателем газоподводящий трубопровод, газоотводящий трубопровод, усилитель, счетчик импульсов, процессор, блок управления и отображения, причем снабженный толкателем слайдов транспортер и снабженная подъемником вакуумная игла расположены под измерительной камерой, снабженный осушителем и нагревателем газоподводящий трубопровод соединен с верхним и нижним кольцеобразными коллекторами, а газоотводящий трубопровод соединен со средним кольцеобразным коллектором, фильтродержатель с помощью оптического световода соединен с кожухом ФЭУ, ФЭУ последовательно соединен с усилителем, счетчиком импульсов и процессором, который в свою очередь соединен с блоком управления и отображения, толкателем слайдов, подъемником, термопарой и нагревателем, измерительная камера размещена в вакуумном кожухе, ослабляющий фильтр размещен перед ФЭУ, а осушитель - перед нагревателем.

Отличительными признаками заявляемого ТДС является то, что:
- ТДС дополнительно содержит вакуумный кожух с двойными стенками, между которыми находится слой теплоизоляционного материала, верхний, средний и нижний кольцеобразные коллекторы, термопару, ослабляющий фильтр и осушитель;
- измерительная камера выполнена в форме шара с верхним, средним и нижним кольцеобразными рядами отверстий и внутренней поверхностью, покрытой слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала;
- верхний, средний и нижний кольцеобразные коллекторы размещены на внешней поверхности измерительной камеры напротив верхнего, среднего и нижнего кольцеобразных рядов отверстий;
- измерительная камера с верхним, средним и нижним кольцеобразными коллекторами размещена внутри вакуумного кожуха с двойными стенками, между которыми находится слой теплоизоляционного материала;
- термопара размещена внутри измерительной камеры, ослабляющий фильтр размещен внутри кожуха ФЭУ перед ФЭУ, а осушитель размещен на газоподводящем трубопроводе перед нагревателем;
- снабженный осушителем и нагревателем газоподводящий трубопровод соединен с верхним и нижним кольцеобразными коллекторами, газоотводящий трубопровод соединен со средним кольцеобразным коллектором, термопара и нагреватель соединены с процессором, а в качестве ослабляющего фильтра используют любой фильтр, ослабляющий интенсивность светового потока без изменения его спектрального состава.

Заявляемая ТДС иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 представлен общий вид ТДС.

На фиг. 2 представлена измерительная камера с верхним, средним и нижним кольцеобразными коллекторами в виде сбоку.

На фиг. 3 представлена измерительная камера с верхним, средним и нижним кольцеобразными коллекторами в виде сверху.

Заявляемая ТДС состоит из транспортера 1, толкателя слайдов 2, вакуумной иглы 3, подъемника 4, вакуумного кожуха 5, слоя теплоизоляционного материала 6, измерительной камеры 7, снабженной верхним кольцеобразным рядом отверстий 8, средним кольцеобразным рядом отверстий 9 и нижним кольцеобразным рядом отверстий 10, слоя, отражающего термолюминесцентное излучение материала 11, верхнего кольцеобразного коллектора 12, среднего кольцеобразного коллектора 13, нижнего кольцеобразного коллектора 14, термопары 15, фильтродержателя 16, ИК-фильтра 17, оптического световода 18, кожуха ФЭУ 19, холодильника ФЭУ 20, ослабляющего фильтра 21, ФЭУ 22, газоподводящего трубопровода 23, осушителя 24, нагревателя 25, газоотводящего трубопровода 26, усилителя 27, счетчика импульсов 28, процессора 29 и блока управления и отображения 30.

Заявляемый ТДС работает следующим образом.

Непосредственно перед началом считывания с ТЛД результатов измерений ими ИD по газоподводящему трубопроводу 23 через осушитель 24 и нагреватель 25 в верхний кольцеобразный коллектор 12 и нижний кольцеобразный коллектор 14 подают осушенный и нагретый газообразный азот или воздух, который затем через верхний кольцеобразный ряд отверстий 8 и нижний кольцеобразный ряд отверстий 10 поступает в измерительную камеру 7, осуществляет ее предварительный прогрев и выходит из нее через средний кольцеобразный ряд отверстий 9, средний кольцеобразный коллектор 13 и газоотводящий трубопровод 26. Одновременно с этим подают питание от источников напряжения на ФЭУ 22, усилитель 27, счетчик импульсов 28, процессор 29 и блок управления и отображения 30.

После подготовки таким образом ТДС к работе в транспортер 1 устанавливают слайд 31 с размещенными в его ячейках ТЛД 32, который по команде с процессора 29 с помощью толкателя слайдов 2 перемещается под измерительную камеру 7 с предварительно опущенной ниже уровня размещения транспортера 1 вакуумной иглой 3. В тот момент, когда первый из ТЛД 32 окажется в положении под измерительной камерой 7 и над вакуумной иглой 3, по команде с процессора 29 толкатель слайдов 2 прекращает перемещение слайда 31, подъемник 4 начинает поднимать вакуумную иглу 3, а вакуумный насос (на фиг.1 не изображен) начинает откачивать воздух из ее внутренней сквозной полости. В момент соприкосновения вакуумной иглы 3 с ТЛД 32 последний устойчиво фиксируется на ее верхнем основании и вместе с продолжающей подниматься вакуумной иглой 3 перемещается из слайда 31 в измерительную камеру 7, после чего по команде с процессора 29 подъемник 4 прекращает подъем вакуумной иглы 3. В измерительной камере 7 происходит нагрев ТЛД 32 потоком горячего азота или воздуха, сопровождающийся возникновением термолюминесцентного излучения, причем степень и режим нагрева задаются, регулируются, контролируются и осуществляются с помощью процессора 29 и связанных с ним термопары 15 и нагревателя 25. Термолюминесцентное излучение, отражаясь от слоя отражающего термолюминесцентное излучение материала 11 и последовательно проходя ИК-фильтр 17, оптический световод 18 и ослабляющий фильтр 21 поступает в ФЭУ 22, где преобразуется в импульсы тока, которые после выхода из ФЭУ 22 сначала усиливаются усилителем 27, а затем поступают в счетчик импульсов 28 и процессор 29. В процессоре 29 результаты подсчета преобразуются в величину ИD, значение которой передается в блок управления и отображения 30. Затем по команде с процессора 29 подъемник 4 опускает вакуумную иглу 3 в исходное положение, причем в момент прохождения верхнего основания вакуумной иглы 3 через слайд 31 происходит отключение вакуумного насоса и размещение ТЛД 32 в его первоначальном положении в ячейке слайда 31, после чего вышеуказанный цикл работы ТДС повторяется со следующим ТЛД 32.

Испытания показали, что благодаря:
- выполнению измерительной камеры в форме шара с верхним, средним и нижним кольцеобразными рядами отверстий, размещенным на ее внешней поверхности напротив верхнего, среднего и нижнего кольцеобразных рядов отверстий верхним, средним и нижним кольцеобразным коллекторам и наличию на внутренней поверхности измерительной камеры слоя отражающего термолюминесцентное излучение материала;
- размещению измерительной камеры с верхним, средним и нижним кольцеобразными коллекторами внутри вакуумного кожуха с двойными стенками, между которыми находится слой теплоизоляционного материала;
- размещению внутри измерительной камеры термопары, соединенной с процессором, который в свою очередь соединен с нагревателем,
у заявляемого ТДС ускоряется нагрев измерительной камеры, улучшается равномерность прогрева поверхности ТЛД, снижаются потери тепла в окружающую среду и расход газообразного азота или воздуха, а также повышается светосбор оптического световода, что обеспечивает повышение не менее чем на 15% точности определения ИD, расширение не менее чем на 25% диапазона определяемых ИD, уменьшение не менее чем на 15% нижнего порога определяемой ИD, повышение не менее чем на 20% производительности по количеству обрабатываемых в единицу времени ТЛД и снижение не менее чем на 20% расхода газообразного азота или воздуха;
- наличию ослабляющего фильтра, размещенного внутри кожуха ФЭУ перед ФЭУ у заявляемого ТДС в среднем не менее чем в 100 раз увеличивается верхний порог определяемой ИD;
- наличию осушителя, размещенного на газоподводящем трубопроводе перед нагревателем в заявляемом ТДС становится возможным использование в качестве теплоносителя более дешевого по сравнению с газообразным азотом воздуха.

ЛИТЕРАТУРА
1. Заявка ФРГ 2742556 А1, МПК²: G 01 T 1/115, оп. 23.03.78.

2. WO 95/26513 A1, МПК⁶: G 01 T 1/115, оп. 05.10.95.

Использование: для охраны окружающей среды. Сущность изобретения: термолюминесцентный дозиметрический считыватель состоит из транспортера, толкателя слайдов, вакуумной иглы, подъемника, вакуумного кожуха, измерительной камеры, кольцеобразных коллекторов, термопары, оптических фильтров, оптического световода, фотоэлектронного умножителя, осушителя, нагревателя, усилителя, счетчика импульсов, процессора и блока управления и отображения. Технический результат: повышение точности и расширение диапазона определяемых интегральных поглощенных доз радиоактивного излучения, уменьшение нижнего и увеличение верхнего порогов определяемой интегральной поглощенной дозы радиоактивного излучения, повышение экономичности, а также повышение производительности по количеству обрабатываемых в единицу времени термолюминесцентных детекторов. 3 ил.

Термолюминесцентный дозиметрический считыватель, включающий снабженный толкателем слайдов транспортер, снабженную подъемником вакуумную иглу, снабженную фильтродержателем с размещенным в нем инфракрасным фильтром измерительную камеру, оптический световод, снабженный холодильником кожух фотоэлектронного умножителя с размещенным в нем фотоэлектронным умножителем, снабженный нагревателем газоподводящий трубопровод, газоотводящий трубопровод, усилитель, счетчик импульсов, процессор, а также блок управления и отображения, причем снабженный толкателем слайдов транспортер и снабженная подъемником вакуумная игла расположены под измерительной камерой, фильтродержатель с помощью оптического световода соединен с кожухом фотоэлектронного умножителя, фотоэлектронный умножитель последовательно соединен с усилителем, счетчиком импульсов и процессором, который, в свою очередь, соединен с блоком управления и отображения, толкателем слайдов и подъемником, отличающийся тем, что термолюминесцентный дозиметрический считыватель дополнительно содержит вакуумный кожух с двойными стенками, между которыми находится слой теплоизоляционного материала, верхний, средний и нижний кольцеобразные коллекторы, термопару, ослабляющий фильтр и осушитель, измерительная камера выполнена в форме шара с верхним, средним и нижним кольцеобразными рядами отверстий и внутренней поверхностью, покрытой слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала, верхний, средний и нижний кольцеобразные коллекторы размещены на внешней поверхности измерительной камеры напротив верхнего, среднего и нижнего кольцеобразных рядов отверстий, измерительная камера с верхним, средним и нижним кольцеобразными коллекторами размещена внутри вакуумного кожуха с двойными стенками, между которыми находится слой теплоизоляционного материала, термопара размещена внутри измерительной камеры, ослабляющий фильтр размещен внутри кожуха фотоэлектронного умножителя перед фотоэлектронным умножителем, осушитель размещен на газоподводящем трубопроводе перед нагревателем, причем снабженный осушителем и нагревателем газоподводящий трубопровод соединен с верхним и нижним кольцеобразными коллекторами, газоотводящий трубопровод соединен со средним кольцеобразным коллектором, термопара и нагреватель соединены с процессором, а в качестве ослабляющего фильтра используют любой фильтр, ослабляющий интенсивность светового потока без изменения его спектрального состава.