УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА ФОТОННЫХ ИСТОЧНИКОВ Российский патент 2003 года по МПК G01T1/16 G01T1/29 

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге для поиска гамма-источников в полях с мощностью дозы от уровня естественного фона до величины ~10000 Р/ч.

Известно устройство [1] , содержащее два детектора, разделенных ослабляющим излучение экраном, и схему обработки. Когда источник расположен не симметрично относительно детекторов, разностный сигнал, снимаемый с дифференциального усилителя, не равен нулю. Добиваясь равенства нулю разностного сигнала путем поворота детекторов, определяют направление на источник.

Недостатком устройства является относительно узкий (менее 180^o) диапазон угловой чувствительности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [2], содержащее детектирующий блок, включающий защитный экран в форме цилиндра, многоэлементный детектор, расположенный на боковой поверхности экрана, и электронный преобразователь, соединенный с элементами детектора, и блок электроники, соединенный с выходами преобразователя.

Сигналы с выходов элементов детектора, сформированные по амплитуде и длительности в электронном преобразователе, считываются в блок электроники, накапливаются и полученное распределение сигналов, зависящее от углового положения источника и чувствительного элемента, сравнивается со значениями нормированных угловых характеристик каждого элемента, содержащимися в памяти блока электроники.

Недостатками устройства являются: относительно малый динамический диапазон измерения МЭД и низкая радиационная стойкость.

Целью изобретения является увеличение динамического диапазона и повышение радиационной стойкости устройства.

Техническая реализация обеспечивается введением в устройство еще одного многоэлементного детектора с динамическим диапазоном измерений, дополнительным к диапазону первого многоэлементного детектора, выполнением защитного экрана в виде цилиндра с полостью и размещением преобразователя и блока электроники в полости экрана.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для поиска фотонных источников, содержащее детектирующий блок, включающий защитный экран в форме цилиндра, многоэлементный детектор, расположенный на боковой поверхности экрана, и электронный преобразователь, соединенный с элементами детектора, и блок электроники, соединенный с выходом преобразователя, дополнительно снабжено другим, расположенным на поверхности экрана, многоэлементным детектором с динамическим диапазоном, дополнительным к диапазону первого детектора, экран выполнен в виде цилиндра с полостью, в которой размещены преобразователь и блок электроники, выходы элементов второго детектора последовательно соединены с другими входами преобразователя и блока электроники.

Отличием от имеющихся устройств является введение другого многоэлементного детектора с динамическим диапазоном, дополнительным к первому детектору, выполнение защитного экрана в виде цилиндра с полостью и размещение в ней преобразователя и блока электроники.

Введение, по крайней мере, еще одного, расположенного на боковой поверхности защитного экрана, многоэлементного детектора с динамическим диапазоном, дополнительным к первому, позволяет расширить динамический диапазон устройства до требуемого значения. Выполнение экрана в виде тела вращения с полостью дает возможность получить круговые диаграммы направленности, аналогичные прототипу, и разместить преобразователь и блок электроники внутри защиты. Подбирая материал защиты и ее толщину, можно понизить уровень воздействия излучения на электронные компоненты упомянутых блоков и повысить радиационную стойкость устройства до необходимой величины.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит детектирующий блок, включающий защитный экран 1, первый детектор с чувствительными элементами 2, второй детектор с чувствительными элементами 3, электронный преобразователь 4 и блок электроники 5.

В процессе поиска сигналы с выходов элементов 2 первого детектора, сформированные по амплитуде и длительности в преобразователе 4, поступают на входы блока электроники 5. Блок электроники 5, содержащий логическую схему и управляющий микроконтроллер, осуществляет поканальное накопление и преобразование данных в машинный код, который по последовательному каналу поступает на ПЭВМ. Алгоритм обработки аналогичен прототипу.

При достижении МЭД в точке измерения величины Р₂, близкой к верхней границе 1-го диапазона, первый детектор отключается и обрабатываются данные со второго детектора. Если чувствительные элементы 3 второго детектора аналогичны элементам 2 (те и другие работают, например, в счетном режиме), их каналы преобразования не будут отличаться друг от друга. В случае если элементы 3 второго детектора работают в токовом режиме, тогда токи с них интегрируются микросхемами, содержащими конденсаторы, соединенные с компараторами. Чем больше ток, генерируемый элементами 3, тем меньший период времени компаратор находится в единичном состоянии. Этот период времени является информационным параметром схемы измерения.

При удалении от источника и достижении МЭД в точке измерения значения P₁≈КР₂ (К<1) включается первый детектор и осуществляется обработка его данных.

При конкретном выполнении в качестве чувствительных элементов первого детектора можно использовать счетчики Гейгера СИ29БГ или СБМ-21, имеющие верхние границы динамических диапазонов 140 и 1400 мР/ч соответственно.

Эмиттерные повторители и согласующие каскады многоканальной (по числу счетчиков) схемы преобразования можно выполнить на микросхемах 198НТ3 и 564ЛН2 соответственно.

Элементы второго детектора можно выполнить на сборках сцинтиллятор-фотодиод СЭЛДИ-102, которые при работе в токовом режиме обеспечивают динамический диапазон от 0,1 до 10000 Р/ч.

Интегратор и компаратор - на микросхемах IVC102 и TS555.

Логическую схему - на программируемой логической матрице ЕРМ7128, микроконтроллер - на микросхеме АТ905 4414.

Передачу данных в компьютер можно осуществить через порт RS-232.

Литература
1. И. К. Зыков, С.Б. Варюшенко. Ионизирующие излучения в авиационной и космической технике. - М.: Атомиздат, 1975 г.

2. Патент 2012016.

Использование: при радиационном мониторинге. Сущность: устройство содержит детектирующий блок, включающий защитный экран в форме цилиндра, многоэлементный детектор, расположенный на боковой поверхности экрана, электронный преобразователь, соединенный с элементами детектора, и блок электроники, соединенный с выходами преобразователя. Устройство дополнительно снабжено другим многоэлементным детектором с динамическим диапазоном, дополнительным к диапазону первого детектора. Экран выполнен в виде цилиндра с полостью, в которой размещены преобразователь и блок электроники. Выходы элементов второго детектора последовательно соединены с другими входами преобразователя и блока электроники. Технический результат: увеличение динамического диапазона и повышение радиационной стойкости устройства, обеспечивающие его работу в полях гамма-излучения с МЭД от уровня естественного фона до 10000 Р/ч. 1 ил.

Устройство для поиска фотонных источников, содержащее детектирующий блок, включающий защитный экран в форме цилиндра, многоэлементный детектор, расположенный на боковой поверхности экрана, и электронный преобразователь, соединенный с элементами детектора, и блок электроники, соединенный с выходами преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено вторым расположенным по боковой поверхности экрана многоэлементным детектором с динамическим диапазоном, дополнительным к диапазону первого детектора, экран выполнен полым, внутри которого размещены преобразователь и блок электроники, выходы элементов второго детектора последовательно соединены с другими входами преобразователя и блока электроники.