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

Заявляемый 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 нагревом с помощью теплоносителя, включающий баллон с жидким азотом, снабженную резервуаром, источником ультрафиолетового излучения и узкополосным фильтром камеру облучения, снабженную лотком и преобразователем световых сигналов в электрические (фотоусилителем) камеру считывания, а также блок сбора и отображения результатов считывания.

Недостатками известного ТДС являются:
- повышенная сложность конструкции, обусловленная наличием в ее составе двух камер, вследствие стадийности реализуемого в ней способа считывания;
- повышенный нижний порог определяемой ИD вследствие пониженного светосбора преобразователем световых сигналов в электрические, обусловленного отсутствием оптического световода 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;
- пониженная производительность по количеству обрабатываемых ТЛД в единицу времени, обусловленная отсутствием нагревателя ТЛД (нагрев ТЛД в известном ТДС осуществляется естественным путем).

Известен ТДС [2] с радиационным нагревом (нагревом инфракрасными [ИК] лучами), включающий нагреватель (снабженную рефлектором лампу накаливания), заслоняющий затвор, ИК-фильтр, расположенные в экранирующем корпусе: синий фильтр, оптический световод и преобразователь световых сигналов в электрические (фотоэлектронный умножитель), а также счетчик импульсов, блок управления и блок отображения результатов считывания. Процесс считывания результатов измерения ИD осуществляется путем преобразования термолюминесцентного излучения ТЛД в импульсы тока при нагреве ТЛД в фокусирующей области рефлектора ИК-лучами, последующем подсчете числа импульсов и преобразовании 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 и размещением ТЛД в фокусирующей области рефлектора, обеспечивающими односторонний подвод тепла к ТЛД;
- повышенный нижний порог определяемой ИD вследствие пониженного светосбора оптическим световодом термолюминесцентного излучения от ТЛД, обусловленного его частичным рассеиванием, а также геометрической формой оптического световода;
- пониженная достоверность определения ИD, обусловленная искажением ее величины, вследствие попадания рассеянной части светового излучения от нагревателя в оптический световод;
- 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;
- пониженная производительность по количеству обрабатываемых ТЛД в единицу времени, обусловленная замедленным нагревом ТЛД до необходимой температуры используемым в ТДС нагревателем.

Наиболее близким к заявляемому ТДС является ТДС [3] с радиационным нагревом (нагревом ИК-лучами), включающий компьютер и светонепроницаемый кожух, в котором расположены нагреватель (кварцевая лампа), держатель ТЛД, ИК-оптический фильтр, дифференцирующий ИК-излучение, сужающийся оптический световод, а также электронная камера, содержащая преобразователь светового излучения в импульсы тока и блок их обработки (на чертеже не обозначен), причем электронная камера соединена с меньшим основанием сужающегося оптического световода и компьютером, который в свою очередь соединен с нагревателем.

Известный ТДС работает следующим образом.

Перед считыванием на держателе размещают ТЛД. После этого по команде с компьютера подают напряжение на нагреватель. Возникающее в результате этого излучение нагревателя проходит сначала через ИК-оптический фильтр, пропускающий ИК-лучи определенного диапазона длин волн, которое затем попадает на ТЛД. Образующееся в результате нагрева ТЛД термолюминесцентное излучение проходит по сужающемуся оптическому световоду и поступает в электронную камеру. В электронной камере термолюминесцентное излучение преобразуется в импульсы тока, которые затем подвергаются обработке (обычно усиливаются, формируются по длительности и амплитуде и подсчитываются). После этого обработанные импульсы тока поступают в компьютер, где преобразуются в величину ИD, которая сохраняется в блоке памяти компьютера и отображается на экране его дисплея.

Недостатками известного ТДС являются:
- пониженные точность и диапазон определения ИD, вследствие неравномерности нагрева поверхности ТЛД, обусловленной тем, что используемый нагреватель обеспечивает только односторонний подвод тепла к ТЛД;
- повышенный нижний порог определяемой ИD вследствие пониженного светосбора оптическим световодом термолюминесцентного излучения от ТЛД, обусловленного его частичным рассеиванием в ТДС;
- пониженная достоверность определения ИD, обусловленная искажением ее величины, вследствие попадания рассеянной части светового и ИК-излучения от нагревателя в оптический световод;
- 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;
- пониженная производительность по количеству обрабатываемых ТЛД в единицу времени, обусловленная замедленным нагревом ТЛД до необходимой температуры используемым в ТДС нагревателем.

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

Указанные преимущества достигаются за счет того, что заявляемый ТДС содержит компьютер и разделенный снабженной отверстием диафрагмой и имеющий в своем нижнем основании отверстие светонепроницаемый кожух, в котором размещены нагреватель, держатель ТЛД, бленда, оптические фильтры, в качестве которых используют поглощающий ИК-излучение ИК-оптический фильтр и ослабляющий термолюминесцентное излучение оптический фильтр, сужающийся оптический световод и электронная камера, содержащая преобразователь светового излучения в импульсы тока и блок их обработки, причем нагреватель выполнен в форме полого цилиндра, верхний торец которого закрыт снабженной отверстием диафрагмой нагревателя, бленда выполнена в форме полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала, держатель ТЛД выполнен в форме трубки, ИК-оптический фильтр размещен внутри бленды, ослабляющий термолюминесцентное излучение оптический фильтр размещен в отверстии диафрагмы светонепроницаемого кожуха, бленда нижним торцом соединена с отверстием диафрагмы нагревателя, верхним торцом - с отверстием диафрагмы светонепроницаемого кожуха, сужающийся оптический световод соединен большим основанием с отверстием диафрагмы светонепроницаемого кожуха, электронная камера соединена с меньшим основанием сужающегося оптического световода и соединенным с нагревателем компьютером, нагреватель, диафрагма нагревателя, бленда с ИК-оптическим фильтром расположены в нижней половине светонепроницаемого кожуха, а сужающийся оптический световод и электронная камера - в его верхней части.

Отличительными признаками заявляемого ТДС являются то, что:
- светонепроницаемый кожух снабжен в его нижнем основании отверстием и разделен снабженной отверстием диафрагмой светонепроницаемого кожуха;
- ТДС дополнительно содержит размещенную в светонепроницаемом кожухе бленду, выполненную в форме полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала и размещенный в отверстии диафрагмы светонепроницаемого кожуха ослабляющий термолюминесцентное излучение оптический фильтр;
- в качестве ИК-оптического фильтра используют размещенный внутри бленды поглощающий ИК-излучение оптический фильтр;
- нагреватель выполнен в форме полого цилиндра, верхний торец которого закрыт снабженной отверстием диафрагмой нагревателя;
- держатель ТЛД выполнен в форме трубки;
- бленда нижним торцом соединена с отверстием диафрагмы нагревателя, а верхним торцом - с отверстием диафрагмы светонепроницаемого кожуха;
- сужающийся оптический световод соединен большим основанием с отверстием диафрагмы светонепроницаемого кожуха;
- нагреватель, диафрагма нагревателя, бленда с ИК-оптическим фильтром расположены в нижней половине светонепроницаемого кожуха, а сужающийся оптический световод и электронная камера - в его верхней части.

Заявляемый ТДС иллюстрируется чертежом.

Заявляемый ТДС состоит из компьютера 1, светонепроницаемого кожуха 2, снабженного отверстием светонепроницаемого кожуха 3, диафрагмы светонепроницаемого кожуха 4, нагревателя 5, диафрагмы нагревателя 6, бленды 7, внутренняя поверхность которой покрыта слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала 8, ИК-оптического фильтра 9, ослабляющего термолюминесцентное излучение оптического фильтра 10, сужающегося оптического световода 11, электронной камеры 12, содержащей преобразователь светового излучения в импульсы тока 13 и блок обработки импульсов тока 14, а также держателя ТЛД 15.

Заявляемый ТДС работает следующим образом.

Непосредственно перед началом считывания с ТЛД результатов измерений ими ИD по команде с компьютера 1 подают напряжение на нагреватель 5 и осуществляют предварительный прогрев его внутреннего пространства. Одновременно с этим подают напряжение также на электронный блок 12.

После подготовки таким образом ТДС к работе на верхнем основании держателя ТЛД 15, опущенного ниже уровня отверстия светонепроницаемого кожуха 3, устанавливают ТЛД 16 и создают внутри держателя ТЛД 15 вакуум. В результате этого ТЛД 16 устойчиво фиксируется на держателе ТЛД 15, после чего держатель ТЛД 15 вместе с ТЛД 16 поднимают до тех пор, пока последний не окажется во внутреннем пространстве нагревателя 5, где происходит нагрев ТЛД 16, сопровождающийся возникновением термолюминесцентного излучения. Термолюминесцентное излучение, отражаясь от слоя отражающего термолюминесцентное излучение материала 8, проходит по бленде 7 через ИК-оптический фильтр 9 и ослабляющий термолюминесцентное излучение оптический фильтр 10, после чего попадает в сужающийся оптический световод 11. Из сужающегося оптического световода 11 термолюминесцентное излучение поступает в электронную камеру 12, где с помощью преобразователя светового излучения в импульсы тока 13 преобразуется в импульсы тока, которые затем блоком обработки импульсов тока 14 усиливаются, формируются по длительности и амплитуде и подсчитываются. После этого обработанные импульсы тока поступают в компьютер, где преобразуются в величину ИD, которая сохраняется в блоке памяти компьютера и отображается на экране его дисплея.

Испытания показали, что благодаря:
- тому, что ТДС дополнительно содержит размещенную в светонепроницаемом кожухе бленду, выполненную в форме полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала, соединенную указанным образом с нагревателем и сужающимся оптическим световодом;
- тому, что ТДС дополнительно содержит поглощающий ИК-излучение оптический фильтр, размещенный внутри бленды;
- тому, что ТДС дополнительно содержит размещенный в отверстии диафрагмы светонепроницаемого кожуха ослабляющий термолюминесцентное излучение оптический фильтр;
- тому, что нагреватель выполнен в форме полого цилиндра, верхний торец которого закрыт диафрагмой нагревателя;
- тому, что держатель ТЛД выполнен в форме трубки, у заявляемого ТДС улучшается равномерность прогрева поверхности ТЛД, а также повышается светосбор сужающегося оптического световода, что обеспечивает повышение не менее чем на 15% точности определения ИD, расширение не менее чем в 100 раз диапазона определяемых ИD, уменьшение не менее чем в 2 раза нижнего порога определяемой ИD, повышение не менее чем в 2 раза производительности по количеству обрабатываемых в единицу времени ТЛД,
- наличию ослабляющего термолюминесцентное излучение оптического фильтра, размещенного в отверстии диафрагмы светонепроницаемого кожуха, у заявляемого ТДС в среднем не менее чем в 100 раз увеличивается верхний порог определяемой ИD;
- тому, что светонепроницаемый кожух разделен установленной указанным образом диафрагмой светонепроницаемого кожуха, а верхний торец нагревателя закрыт диафрагмой нагревателя, не менее чем на 15% повышается достоверность определения ИD.

Источники информации
1. RU 2119177 С1, МПК⁶ G 01 T 1/115, oпубл. 20.09.1998.

2. Заявка ФРГ 2742556 А1, МПК² G 01 T 1/115, опубл. 23.03.1978.

3. WO 95/26513 A1, МПК⁶ G 01 T 1/115, опубл. 05.10.1995.

Использование: для определения интегральных поглощенных доз радиоактивного излучения (ИD). Сущность изобретения: термолюминесцентный дозиметрический считыватель состоит из компьютера, снабженного отверстием и диафрагмой светонепроницаемого кожуха, снабженного диафрагмой нагревателя, бленды, поглощающего ИК-излучение оптического фильтра, ослабляющего термолюминесцентное излучение оптического фильтра, сужающегося оптического световода, электронной камеры, содержащей преобразователь светового излучения в импульсы тока и блок обработки импульсов тока, а также держателя термолюминесцентного детектора (ТЛД). Технический результат - повышение точности и расширение диапазона определяемых ИD, уменьшение нижнего и увеличение верхнего порогов определяемой ИD, повышение достоверности определения ИD и производительности по количеству обрабатываемых в единицу времени ТЛД. 1 ил.

Термолюминесцентный дозиметрический считыватель, включающий компьютер и светонепроницаемый кожух, в котором размещены нагреватель, держатель термолюминесцентного детектора, инфракрасный оптический фильтр, сужающийся оптический световод и электронная камера, содержащая преобразователь светового излучения в импульсы тока и блок их обработки, причем электронная камера соединена с меньшим основанием сужающегося оптического световода и компьютером, который, в свою очередь, соединен с нагревателем, отличающийся тем, что светонепроницаемый кожух снабжен в его нижнем основании отверстием и разделен снабженной отверстием диафрагмой светонепроницаемого кожуха, нагреватель выполнен в форме полого цилиндра, верхний торец которого закрыт снабженной отверстием диафрагмой нагревателя, держатель термолюминесцентного детектора выполнен в форме трубки, термолюминесцентный дозиметрический считыватель дополнительно содержит размещенную в светонепроницаемом кожухе бленду, выполненную в форме полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта слоем отражающего термолюминесцентное излучение материала, и размещенный в отверстии диафрагмы светонепроницаемого кожуха ослабляющий термолюминесцентное излучение оптический фильтр, в качестве инфракрасного оптического фильтра используют размещенный внутри бленды поглощающий инфракрасное излучение оптический фильтр, бленда нижним торцом соединена с отверстием диафрагмы нагревателя, а верхним торцом - с отверстием диафрагмы светонепроницаемого кожуха, к которому также подсоединен своим большим основанием сужающийся оптический световод, причем нагреватель, диафрагма нагревателя и бленда с инфракрасным оптическим фильтром расположены в нижней части светонепроницаемого кожуха, а сужающийся оптический световод и электронная камера - в его верхней части.