СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДОЗЫ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01T1/02 

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков, в частности к индивидуальному дозиметрическому контролю, включающему в себя измерение дозы, а также мощности дозы. Изобретение может быть, в частности, применено в индивидуальных дозиметрах, при работе персонала с источниками ионизирующего излучения или обслуживании ядерных энергетических установок.

Газоразрядные счетчики определяют один из основных параметров индивидуального дозиметра: динамический диапазон измерения мощности дозы. При больших значениях мощности дозы ионизирующего излучения динамический диапазон ограничивается возрастающей погрешностью измерений, обусловленной нелинейностью частотной зависимости газоразрядных счетчиков от мощности дозы.

Известен способ измерения мощности дозы и устройство для его осуществления (Nuclear Instrument and Method, V.189, №2,3, 1981, c.503-509, A.R.Jones, R.M.Holford). Способ заключается в том, что формируют дополнительный сигнал каждый раз, когда интервал между сигналами газоразрядного счетчика становится меньше фиксированного промежутка времени, значение которого выбирают большим мертвого времени газоразрядного счетчика. Устройство, реализующее этот способ, содержит последовательно соединенные узел питания газоразрядного счетчика, газоразрядный счетчик, усилитель и формирователь. Выход формирователя соединен с первым входом схемы И-НЕ, а выход усилителя также соединен со вторым входом схемы И-НЕ и посредством первой дифференцирующей цепочки связан с первым входом схемы ИЛИ-НЕ, а выход схемы И-НЕ через вторую дифференцирующую цепочку связан со вторым входом схемы ИЛИ-НЕ. Выход схемы ИЛИ-НЕ соединен со входом узла регистрации. Задний фронт сигнала с усилителя запускает формирователь, сигнал с выхода которого поступает на первый вход схемы И-НЕ. Длительность сигнала формирователя выбирают больше мертвого времени газоразрядного счетчика. Если до окончания сигнала формирователя приходит второй сигнал с газоразрядного счетчика, тогда он пропускается схемой И-НЕ. Поскольку первая дифференцирующая цепочка пропускает передний фронт сигнала газоразрядного счетчика на первый вход схемы ИЛИ-НЕ, а вторая дифференцирующая цепочка пропускает задний фронт сигнала с выхода схемы И-НЕ, поэтому на выходе схемы ИЛИ-НЕ происходит сложение сигналов газоразрядного счетчика и дополнительных сигналов досчета. Однако такой способ не дает возможность существенно увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы, поскольку на каждые два сигнала газоразрядного счетчика формируется не более одного дополнительного сигнала досчета. При этом устройство отличается повышенными сложностью и массогабаритными характеристиками.

Известен также способ измерения мощности дозы и устройство для его осуществления (FR 2531784, G01T 1/18, 1984 г.). Способ заключается в том, что значение мертвого времени газоразрядного счетчика выражают в двоичном кодированном виде, вводят его в память, производят счет сигналов газоразрядного счетчика в течение заданного периода времени и вычисляют скорректированную частоту сигналов по формуле

где n_о - скорректированная частота сигналов;

n - частота сигналов газоразрядного счетчика;

τ - мертвое время газоразрядного счетчика.

По вычисленному значению скорректированной частоты определяют мощность дозы. Устройство, реализующее этот способ, включает в себя последовательно соединенные узел питания газоразрядного счетчика, газоразрядный счетчик, усилитель-формирователь, последовательно параллельный регистр, микропроцессорное устройство и индикатор, а также включает в себя схему цифрового кодирования, подключенную к микропроцессорному устройству. Основным недостатком известного способа является необходимость определять значение мертвого времени газоразрядного счетчика, которое изменяется при увеличении частоты сигналов, что приводит к значительному увеличению погрешности, ограничивая динамический диапазон измерения мощности дозы.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения мощности дозы гамма-излучения и устройство для его осуществления (US 4605859, G01T 1/18, 1986 г.). Способ заключается в том, что особым образом регулируют напряжение питания газоразрядного счетчика и одновременно измеряют интервал времени между моментом изменения напряжения питания и моментом поступления сигнала газоразрядного счетчика. Величина, обратная среднему значению интервала, измеренному за фиксированный период, равна частоте сигналов газоразрядного счетчика, а поскольку при этом исключено мертвое время газоразрядного счетчика, указанная частота сигналов и есть скорректированная частота сигналов газоразрядного счетчика. Устройство, реализующее данный способ, включает в себя газоразрядный счетчик, вход которого через высоковольтный переключатель соединен с первым и вторым выходами узла питания газоразрядного счетчика, а выход через усилитель-формирователь связан со входом устройства управления, выход которого соединен с первым входом счетчика сигналов и входом управления высоковольтного переключателя. Второй вход счетчика сигналов соединен с выходом генератора, а выход счетчика сигналов и вход табло соединены с первым выходом микропроцессорного устройства, к второму выходу которого подсоединен вход управлении устройства управления.

Основными недостатками известного способа являются недостаточное увеличение динамического диапазона измерения мощности дозы, а также сложность устройства, реализующего этот способ. Ограничение диапазона измерения мощности дозы обусловлено увеличением погрешности измерения интервала времени между моментом изменения напряжения питания и моментом поступления сигнала газоразрядного счетчика при уменьшении указанного интервала до нескольких микросекунд, а сложность устройства - необходимостью в течение менее чем одной микросекунды, изменять напряжение примерно на 100 В. Для этого требуется дополнительно вводить в состав устройства высоковольтный переключатель и устройство управления, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы дозиметра.

Задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение динамического диапазона измерения мощности дозы с помощью газоразрядного счетчика, обеспечение измерений в большом диапазоне мощности дозы посредством одного детектора без необходимости введения в устройство второго детектора, упрощение устройства, уменьшение его габаритных размеров и массы.

Техническим результатом от применения изобретения является увеличение верхнего предела диапазона измерения мощности дозы до значений более чем в сто раз, превышающих верхний предел диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, и упрощение устройства, реализующего данный способ, уменьшение его массогабаритных характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что измерения проводят с применением газоразрядного счетчика, в процессе измерения регулируя его напряжение питания, и определяют параметры гамма-излучения. При проведении измерений в пределах диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, поддерживая постоянным напряжение его питания, измеряют частоту его сигналов и по ее значению определяют мощность дозы гамма-излучения. При превышении верхнего предела диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика напряжение питания газоразрядного счетчика вначале уменьшают до значения, при котором возникают просчеты сигналов газоразрядного счетчика, а затем напряжение питания увеличивают до наименьшего значения, при котором исчезают просчеты сигналов. Указанное напряжение поддерживают неизменным до нового возникновения просчетов сигналов газоразрядного счетчика, после чего снова увеличивают напряжение питания до исчезновения просчетов сигналов. Наличие просчетов сигналов контролируют таким образом, что выполняют в течение заданного периода времени измерения интервалов между сигналами газоразрядного счетчика, в результате чего получают распределение интервалов между сигналами. По полученному распределению интервалов определяют координату первого максимума распределения, а также на убывающей ветви распределения контролируют появление второго максимума, обусловленного наличием просчетов сигналов и отстоящего от первого максимума на время, равное мертвому времени газоразрядного счетчика. По результатам измерений вычисляют параметр крутизны распределения интервалов между сигналами, а по зависимости от параметра крутизны определяют мощность дозы. Параметр крутизны определяют по формуле

где F - параметр крутизны;

ΔT - ширина области распределения интервалов между сигналами, которая содержит координату первого максимума указанного распределения и выбрана из условия, что количество сигналов в ней больше числа, определяемого заданной статистической погрешностью;

N_ΔT - количество сигналов в вышеуказанной области;

- координата середины вышеуказанной области;

- среднее значение интервала для части распределения, в которой эти интервалы больше координаты середины вышеуказанной области.

Устройство для осуществления способа измерения мощности дозы гамма-излучения содержит газоразрядный счетчик, выход которого связан со входом усилителя-формирователя, узел питания газоразрядного счетчика и микроконтроллер, первый выход, которого связан с узлом индикации. Микроконтроллер снабжен таймером-счетчиком и устройством измерения интервалов. Выход усилителя-формирователя связан с входами упомянутых таймера-счетчика и устройства измерения интервалов микроконтроллера. Узел питания газоразрядного счетчика выполнен состоящим из последовательно соединенных генератора узла питания, усилителя мощности, трансформатора и выпрямителя, а также последовательно соединенных импульсного стабилизатора, интегратора и усилителя постоянного тока, причем вход импульсного стабилизатора соединен с выходом усилителя мощности, а выход усилителя постоянного тока связан со вторым входом генератора узла питания. Первый вход генератора узла питания связан со вторым выходом микроконтроллера, а выход выпрямителя связан со входом газоразрядного счетчика.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 приведено распределение интервалов между сигналами в отсутствие просчетов сигналов, которое содержится в памяти данных.

На фиг.2 приведено распределение интервалов между сигналами при наличии просчетов сигналов, которое содержится в памяти данных.

На фиг.3 приведены временные диаграммы управления узлом питания.

На фиг.4 приведены распределения интервалов между сигналами, измеренные при трех значениях мощности дозы.

На фиг.5 приведена зависимость параметра крутизны от мощности дозы.

На фиг.6 приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Параметр крутизны, определяемый с помощью формулы (2), однозначно связан с мощностью дозы: каждому значению параметра соответствует только одно значение мощности дозы и наоборот. Поэтому вычисленное значение параметра крутизны однозначно определяет мощность дозы. Причем он обладает значительной зависимостью от мощности дозы в диапазоне мощностей доз, превосходящем диапазон, в котором можно измерять, используя прототип. Это позволяет увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы. Определение наименьшего напряжения питания газоразрядного счетчика, при котором отсутствуют просчеты сигналов, дает возможность при больших частотах сигналов ограничивать его ток потребления значениями, позволяющими эксплуатировать газоразрядные счетчики при мощностях дозы, значительно превосходящих его верхний предел диапазона мощности дозы гамма-излучения.

Регулирование напряжения питания газоразрядного счетчика и измерение мощности дозы осуществляют следующим образом. Измерения при значениях мощности дозы, находящихся в пределах диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, осуществляют традиционным способом: при постоянном напряжении питания газоразрядного счетчика измеряют частоту его сигналов и по измеренной частоте вычисляют мощность дозы. Диапазон мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика указан в технической документации на каждый тип газоразрядного счетчика. В паспортном диапазоне (в соответствии с ТУ) мощности дозы гамма-излучений газоразрядного счетчика сохраняется линейная зависимость частоты от мощности дозы, а при превышении верхнего предела указанного диапазона линейная зависимость нарушается, что приводит к существенному увеличению погрешности измерений. Нарушение линейности регистрируется, и измерение переводят на предлагаемый способом режим (что осуществляют, например, микроконтроллером). Т.е. при значениях мощности дозы, превосходящих верхний предел паспортного указанного диапазона, измерения осуществляют предлагаемым способом, что существенно расширяет возможности газоразрядного счетчика. После поступления каждого сигнала газоразрядного счетчика определяют интервал между предыдущим и поступившим сигналами. Указанные действия повторяют в течение заданного (фиксированного) периода времени, равного, например, 2 секундам. При отсутствии просчетов сигналов будет получено распределение интервалов с одним максимумом, аналогичное распределению, приведенному на фиг.1. Тогда уменьшают напряжение питания газоразрядного счетчика, например, на 10 В, и вновь повторяют измерение распределения интервалов. Если просчеты сигналов также будут отсутствовать, вновь уменьшают напряжение питания газоразрядного счетчика и измеряют распределение интервалов, как описано выше, повторяя вышеуказанные действия до тех пор, пока не возникнут просчеты сигналов. Распределение интервалов между сигналами при возникновении просчетов сигналов становится аналогичным распределению, приведенному на фиг.2. Появление просчетов сигналов приводит к появлению на убывающей ветви распределения интервалов второго максимума, отстоящего от первого максимума, основного, на время, равное мертвому времени газоразрядного счетчика. На фиг.2 первый максимум распределения, который используется при вычислении мощности дозы, обозначен Max1. Он соответствует наиболее вероятному интервалу между сигналами газоразрядного счетчика. Второй максимум распределения, обусловленный просчетами сигналов, обозначен Мах2. Он соответствует наиболее вероятному двойному интервалу, каждый раз возникающему при просчете одного сигнала. После этого, увеличивая напряжение питания газоразрядного счетчика, например, на 10 В, и вновь повторяя измерения, определяют напряжение питания газоразрядного счетчика, при котором второй максимум в распределении интервалов исчезает, что является показателем исчезновения просчетов сигналов. Указанное напряжение поддерживают неизменным при постоянной мощности дозы, то есть при относительных изменениях мощности дозы, не превосходящих, например, основную погрешность устройства. Выбранное таким образом напряжение питания газоразрядного счетчика является наименьшим, при котором просчеты сигналов отсутствуют или они незначительны и не влияют на основную погрешность устройства, а выбранный режим эксплуатации газоразрядного счетчика является оптимальным. А при изменении мощности дозы повторяется регулирование напряжения питания газоразрядного счетчика в вышеприведенной последовательности.

Измеренное в соответствии с вышеизложенным распределение интервалов между сигналами газоразрядного счетчика содержится в памяти данных микроконтроллера. При отсутствии просчетов сигналов оно аналогично распределению, приведенному на фиг.1. По результатам измерений вычисляют параметр крутизны измеренного распределения интервалов между сигналами. В качестве параметра крутизны в спектрометрии принимают полную ширину на полувысоте распределения (ПШПВ) в области максимума. Однако параметр крутизны, определяемы по формуле (2) обладает большей крутизной зависимости от мощности дозы и позволяет компенсировать просчеты сигналов в более широком диапазоне мощности дозы. С указанной целью вначале определяют значение максимума распределения N_max и координату максимума распределения Т_max на оси t. При наличии просчетов сигналов рассматривается первый максимум распределения, обозначенный Max1 на фиг.2. Затем, исходя из ожидаемой статистической погрешности δ, задаваемой в относительных единицах, определяют минимальное количество сигналов в области, содержащей максимум распределения, которое должно быть больше числа (2/δ²), определяемого статистической погрешностью. Если в максимуме распределения содержится количество сигналов, большее указанного числа, тогда координаты максимума распределения Т_max и середины области, содержащей максимум распределения, совпадают. Количество сигналов в области, содержащей максимум распределения, N_ΔT при этом равно значению максимума N_max. Если же в максимуме распределения содержится количество сигналов, меньшее вышеуказанного числа, определяемого статистической погрешностью, тогда к количеству сигналов в максимуме распределения прибавляют количество сигналов, содержащихся в соседнем канале, и ширину области, содержащей максимум распределения, увеличивают на единицу. Причем из двух соседних каналов выбирают тот, в котором больше сигналов. Полученное новое количество сигналов в области, содержащей максимум распределения, сравнивают снова с числом, определяемым статистической погрешностью. Таким образом, продолжают суммировать до тех пор, пока количество сигналов N_ΔT в области, содержащей максимум распределения, не станет больше указанного числа. В результате получится область, заштрихованная на фиг.1, имеющая ширину ΔT, которая содержит координату максимума распределения и количество сигналов в которой равно N_ΔT. Затем находят координату середины указанной области которая может совпадать, а может и не совпадать с координатой максимума Т_max.

После этого рассматривают только часть распределения, для которой координата t больше то есть в которой интервалы между сигналами больше координаты середины области, содержащей максимум распределения. Она содержит убывающую ветвь распределения. Для этой части распределения вычисляют среднее значение интервала между сигналами Вычисленные значения N_ΔT, ΔT, и подставляют в формулу (2) и вычисляют значение параметра крутизны F. Предварительно для использованного типа газоразрядного счетчика проводят градуировку, определяя зависимость параметра крутизны F от мощности дозы, которая записывается в память программ микроконтроллера. Используя указанную зависимость, определяют мощность дозы. Затем измерения повторяют, как описано выше, каждый раз измеряя мощность дозы. Таким образом, осуществляют измерение мощности дозы предлагаемым способом.

Устройство для измерения мощности дозы приведено на фиг.6. Оно содержит газоразрядный счетчик 1, выход которого связан со входом усилителя-формирователя 2, микроконтроллер 3, первый выход, которого связан с узлом индикации 4, и узел питания газоразрядного счетчика 5. Микроконтроллер 3 снабжен таймером-счетчиком и устройством измерения интервалов. Выход усилителя-формирователя 2 связан со входами упомянутых таймера-счетчика и устройства измерения интервалов микроконтроллера 3. Узел питания газоразрядного счетчика 5 выполнен состоящим из последовательно соединенных генератора узла питания 6, усилителя мощности 7, трансформатора 8 и выпрямителя 9, а также последовательно соединенных импульсного стабилизатора 10, интегратора 11 и усилителя постоянного тока 12. Вход импульсного стабилизатора 10 соединен с выходом усилителя мощности 7, а выход усилителя постоянного тока 12 связан со вторым входом генератора узла питания 6. Первый вход генератора узла питания 6 связан со вторым выходом микроконтроллера 3, а выход выпрямителя 9 связан со входом газоразрядного счетчика 1.

Устройство работает следующим образом. Газоразрядный счетчик 1 осуществляет регистрацию гамма-излучения, преобразуя мощность дозы в частоту сигналов. При значениях мощности дозы, находящихся в пределах диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика 1, мощность дозы определяют известным способом по частоте сигналов газоразрядного счетчика 1. При этом устройство измерения интервалов микроконтроллера 3 не используется и со второго выхода микроконтроллера 3 на первый вход генератора узла питания 6 подается логический уровень, постоянно разрешающий его работу. Генератор узла питания 6 формирует сигналы, поступающие на усилитель мощности 7, с выхода которого усиленные по мощности сигналы поступают на вход трансформатора 8. По окончании каждого сигнала в результате действия ЭДС самоиндукции на входе (первичная обмотка) трансформатора 8 формируется индуцированный сигнал противоположной полярности и значительно большей амплитуды. С выхода трансформатора 8 (со вторичной обмотки) индуцированный сигнал поступает на вход выпрямителя 9, с выхода которого выпрямленное напряжение питания поступает на вход газоразрядного счетчика 1, подготавливая его к работе. Одновременно сигналы, индуцированные в первичной обмотке трансформатора 8, поступают на вход импульсного стабилизатора 10. Их амплитуда ограничивается напряжением стабилизации импульсного стабилизатора 10. В результате напряжение питания газоразрядного счетчика 1 устанавливается пропорциональным (в соответствии с коэффициентом трансформации) напряжению стабилизации импульсного стабилизатора 10. Во время ограничения амплитуды индуцированных сигналов через импульсный стабилизатор 10 протекает ток, который разряжает конденсатор интегратора 11, при этом изменяется напряжение на выходе интегратора 11, поступающее на вход усилителя постоянного тока 12. Под действием указанного изменения напряжения усилитель постоянного тока 12 изменяет на своем выходе логический уровень на запрещающий работу генератора узла питания 6. Далее конденсатор интегратора 11 заряжается через высокоомный резистор, также входящий в состав интегратора 11, до напряжения, при котором усилитель постоянного тока 12 снимает блокировку генератора узла питания 6. Таким образом, устанавливается автоколебательный процесс преобразования сигналов с выхода генератора узла питания 6 в индуцированные сигналы на обмотках трансформатора 8, по амплитуде ограниченные напряжением стабилизации импульсного стабилизатора 10 и заряжающие (с учетом коэффициента трансформации) до своего амплитудного значения конденсатор выпрямителя 9, поддерживая стабильное напряжение питания газоразрядного счетчика 1. В результате напряжение питания газоразрядного счетчика 1 остается постоянным независимо от мощности дозы. Сигналы с выхода газоразрядного счетчика 1 через усилитель-формирователь 2 поступают на вход таймера/счетчика микроконтроллера 3. Микроконтроллер 3 осуществляет счет их в течение заданного фиксированного периода времени, значение которого записывают в память программ микроконтроллера 3. По числу сигналов, сосчитанных за указанный период времени, микроконтроллер 3 вычисляет частоту сигналов и по ней, используя значение чувствительности газоразрядного счетчика 1, также записанное в памяти программ микроконтроллера 3, вычисляет мощность дозы. Значение мощности дозы микроконтроллер 3 пересылает на узел индикации 4. Затем измерения повторяются снова.

При превышении верхнего предела диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика 1, значение которого записывают в память программ микроконтроллера 3, микроконтроллер 3 фиксирует указанное превышение и переводит устройство в режим работы в соответствии с предлагаемым способом измерения мощности дозы. Устройство осуществляет измерение интервалов между сигналами газоразрядного счетчика 1. Сигналы с газоразрядного счетчика 1 через усилитель-формирователь 2 поступают на вход устройства измерения интервалов микроконтроллера 3, измеряющее интервалы между поступающими сигналами. Измеренные интервалы микроконтроллер 3 записывает в ячейки памяти данных, входящей в его состав. При этом номер ячейки памяти данных микроконтроллера 3 соответствует значению измеренного интервала. В результате в памяти данных микроконтроллера 3 формируется распределение интервалов между сигналами газоразрядного счетчика 1. Одновременно микроконтроллер 3 осуществляет управление работой узла питания газоразрядного счетчика 5. Напряжение питания газоразрядного счетчика 1 регулируют посредством управления генератором узла питания 6, осуществляемого повторяющимися циклами. В начале каждого цикла в течение времени поступления заданного количества сигналов газоразрядного счетчика 1 оставляют включенным генератор узла питания 6. При этом узел питания газоразрядного счетчика 5 увеличивает напряжение на газоразрядном счетчике 1. Затем после поступления следующего сигнала газоразрядного счетчика 1 выключают генератор узла питания 6 на фиксированный промежуток времени. Выключение генератора блокирует на это время работу узла питания газоразрядного счетчика 5. Если при этом поступают сигналы газоразрядного счетчика 1, то они уменьшают напряжение на газоразрядном счетчике 1. В результате в каждом цикле при включенном генераторе узла питания 6 напряжение на газоразрядном счетчике 1 увеличивается, а при выключенном - уменьшается. Эти колебания напряжения питания незначительны и не влияют на работу газоразрядного счетчика 1. Например, при емкости конденсатора, равной 0,01 мкФ, и поступлении за время выключения генератора узла питания 6 восьми сигналов с газоразрядного счетчика 1, напряжение на нем уменьшается менее чем на 2 В. На фиг.3 приведены временные диаграммы сигналов газоразрядного счетчика 1 и логических уровней управления генератором узла питания 6. На диаграмме «а» приведена последовательность сигналов, поступающих с газоразрядного счетчика 1. Измеряемые интервалы обозначены t_и. А на диаграмме «б» приведены логические уровни, управляющие генератором узла питания 6. При этом высокий уровень соответствует включению, а низкий уровень - выключению генератора узла питания 6. Промежутки времени выключения генератора узла питания 6 обозначены буквой «Т». Соотношение времени, в течение которого оставляют включенным генератор узла питания 6, к времени его выключения в каждом цикле определяет насколько уменьшается напряжение питания газоразрядного счетчика 1. Увеличение времени выключения генератора узла питания 6 уменьшает напряжение питания газоразрядного счетчика 1, а уменьшение указанного времени увеличивает напряжение питания газоразрядного счетчика 1. Уменьшение напряжения питания газоразрядного счетчика 1 в свою очередь уменьшает амплитуду его сигналов и, как результат, уменьшает его ток потребления. В результате во всем диапазоне измерения мощности дозы регулировкой напряжения питания ограничивают ток потребления газоразрядного счетчика 1 значением, при котором допустима его работа. Таким образом, регулировкой длительности времени выключения генератора узла питания 6 осуществляют выбор оптимальных значений его тока потребления и напряжения питания. При достижении заданного периода времени, например, равного двум секундам, и определяемому микроконтроллером 3 по входящему в его состав таймеру, микроконтроллер 3 осуществляет вычисления, определяя значение параметра крутизны по формуле (2), и по зависимости параметра крутизны от мощности дозы, записанной в его память программ, вычисляет значение мощности дозы. Вычисленное значение мощности дозы микроконтроллер 3 пересылает на узел индикации 4. Одновременно микроконтроллер 3 по сформированному в его памяти данных распределению интервалов между сигналами газоразрядного счетчика 1 определяет наличие или отсутствие второго максимума распределения интервалов и, следовательно, наличие или отсутствие просчетов сигналов и в зависимости от этого регулирует напряжение питания газоразрядного счетчика 1, управляя генератором узла питания 6, как уже было описано выше. Затем измерения повторяются снова.

В предлагаемом устройстве используются: усилитель-формирователь 2, выполненный на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером; микроконтроллер 3 - серийная микросхема; малогабаритное табло в качестве узла индикации 4; генератор узла питания 6, выполненный на двух логических элементах И-НЕ; усилитель мощности 7 - составной транзистор, состоящий из двух транзисторов; малогабаритный трансформатор 8, с числом витков в первичной и вторичной обмотках 70 и 500 соответственно; выпрямитель 9, состоящий из диода, конденсатора и резистора; импульсный стабилизатор 10 - один стабилитрон с напряжением стабилизации 55 В; интегратор 11, состоящий из диода, конденсатора и резистора; усилитель постоянного тока 12, выполненный на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. В предлагаемом устройстве не используются, в отличии от прототипа, высоковольтный переключатель и устройство управления, что упрощает состав и уменьшает габаритные размеры устройства.

На основе предлагаемого устройства был изготовлен макет, в котором применялись газоразрядный счетчик СБМ-19 и микроконтроллер PIC17C44 фирмы Microchip. По предлагаемому способу были проведены измерения распределений интервалов между сигналами газоразрядного счетчика СБМ-19 и выбор оптимального напряжения питания для него. По полученным распределениям были определены значения параметра крутизны измеренных распределений интервалов между сигналами и его зависимость от мощности дозы. Измеренные распределения интервалов между сигналами газоразрядного счетчика по последовательному порту пересылались на персональный компьютер. Измерения проводились при следующих значениях мощности дозы: 1, 5, 10, 20, 50 и 100 мЗв/ч. На фиг.4 приведены измеренные распределения интервалов между сигналами при трех значениях мощности дозы. Как видно из приведенных зависимостей, с увеличением мощности дозы уменьшается ширина распределения и увеличивается его высота, то есть увеличивается крутизна распределения. Зависимость параметра крутизны, значения которого вычислялись по формуле (2), от мощности дозы приведена на фиг.5. Значения параметра крутизны для большей наглядности даны относительно значения, полученного при мощности дозы 1 мЗв/ч, которое принято за единицу. Как нетрудно заметить, при увеличении мощности дозы в 50 раз (от 1 до 50 мЗв/ч) параметр крутизны увеличивается в 600 раз. Используя полученную зависимость несложно по значению параметра крутизны, вычисленного по результатам измерений, определить значение мощности дозы. Причем одному значению параметра крутизны соответствует только одно значение мощности дозы. Например, произвольному значению F₀ указанного параметра соответствует одно значение Р₀ мощности дозы, что видно из приведенной зависимости. Увеличение параметра крутизны с увеличением мощности дозы наиболее значительно при мощности дозы до 50 мЗв/ч. При больших значениях мощности дозы наклон зависимости, приведенной на фиг.5, уменьшается, что приводит к увеличению погрешности измерений. Следовательно, предложенные устройство и способ позволяет увеличить верхний предел измерения мощности дозы для газоразрядного счетчика СБМ-19 до 50 мЗв/ч. В каждом цикле регулирования напряжения питания газоразрядного счетчика генератор узла питания был включенным в течение поступления пяти сигналов газоразрядного счетчика и затем выключался на промежуток времени, который изменялся в пределах от 200 до 1000 мкс.При этом при увеличении мощности дозы от фоновых значений до 50 мЗв/ч напряжение питания газоразрядного счетчика уменьшалось с 400 В до 360 В, а ток потребления газоразрядного счетчика составлял менее 10 мкА. По технической документации на газоразрядный счетчик СБМ-19 его диапазон мощности дозы гамма-излучения составляет (1·10^-3…10)мкР/с, то есть (3,6·10^-5…3,6·10^-1) мЗв/ч, а максимальная мощность дозы гамма-излучения и максимальный ток потребления газоразрядного счетчика, в пределах которых газоразрядный счетчик СБМ-19 сохраняет работоспособность, составляют 3600 мЗв/ч и 20 мкА соответственно. В результате значение верхнего предела измерения мощности дозы для газоразрядного счетчика СБМ-19, полученное, применяя предлагаемые устройство и способ, более чем в 100 раз больше верхнего предела диапазона мощности дозы гамма-излучения, но значительно меньше максимальной мощности дозы для указанного газоразрядного счетчика, а ток потребления газоразрядного счетчика по крайней мере в два раза меньше значения максимального тока, при котором допускается его эксплуатация. Увеличение верхнего предела измерения мощности дозы более чем в сто раз, было достигнуто благодаря измерению и обработке распределений интервалов между сигналами газоразрядного счетчика. А возможность измерений при мощностях дозы, превышающих верхний предел диапазона мощности дозы гамма-излучения в сто и более раз, была достигнута благодаря регулировке тока потребления газоразрядного счетчика, как уже было описано выше. Чувствительность счетчика СБМ-19 составляет примерно Максимальная частота сигналов, которую можно измерить с такой же погрешностью, для газоразрядных счетчиков СБМ-19, используя способ и устройство, приведенные в прототипе, составляет около 10⁵ с^-1. Это соответствует мощности дозы около 15 мЗв/ч, что более чем в 3 раза меньше, чем значение мощности дозы 50 мЗв/ч, которое можно измерить, используя предлагаемые устройство и способ.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемые устройство и способ дают возможность увеличить динамический диапазон измерения мощности дозы более чем в 3 раза, а также, как уже было показано выше, позволяют упростить устройство.

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков. Способ заключается в измерении мощности дозы при превышении верхнего предела диапазона счетчика с регулированием напряжения питания счетчика и контролем возникновения просчетов сигналов счетчика. В течение заданного периода времени измеряют интервалы между сигналами счетчика, получают распределение интервалов между ними, по которому определяют координату первого максимума распределения, на убывающей ветви распределения контролируют появление второго максимума, по результатам измерений вычисляют параметр крутизны распределения, а по зависимости от параметра крутизны определяют мощность дозы. Устройство содержит газоразрядный счетчик, выход которого связан со входом усилителя-формирователя, узел питания газоразрядного счетчика и микроконтроллер, первый выход которого соединен с узлом индикации, микроконтроллер снабжен таймером-счетчиком и устройством измерения интервалов, выход усилителя-формирователя связан со входами упомянутых таймера-счетчика и устройства измерения интервалов микроконтроллера, а узел питания газоразрядного счетчика выполнен состоящим из последовательно соединенных генератора узла питания, усилителя мощности, трансформатора и выпрямителя, а также последовательно соединенных импульсного стабилизатора, интегратора и усилителя постоянного тока, вход импульсного стабилизатора соединен с выходом усилителя мощности, а выход усилителя постоянного тока связан со вторым входом генератора узла питания, первый вход которого связан со вторым выходом микроконтроллера, а выход выпрямителя связан со входом газоразрядного счетчика. Технический результат - увеличение верхнего предела диапазона измерения мощности дозы до значений, более чем в сто раз, превышающих верхний предел диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, и упрощение устройства, реализующего данный способ, уменьшение его массогабаритных характеристик. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ измерения мощности дозы гамма-излучения, заключающийся в том, что измерения проводят с применением газоразрядного счетчика, в процессе измерения регулируя его напряжение питания, и определяют параметры гамма-излучения, отличающийся тем, что при проведении измерений в пределах диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, поддерживая постоянным напряжение его питания, измеряют частоту его сигналов и по ее значению определяют мощность дозы гамма-излучения, а при превышении верхнего предела диапазона мощности дозы гамма-излучения газоразрядного счетчика, напряжение питания газоразрядного счетчика вначале уменьшают до значения, при котором возникают просчеты сигналов газоразрядного счетчика, а затем напряжение питания увеличивают до наименьшего значения, при котором исчезают просчеты сигналов, и указанное напряжение поддерживают неизменным до нового возникновения просчетов сигналов газоразрядного счетчика, после чего снова увеличивают напряжение питания до исчезновения просчетов сигналов, при этом наличие просчетов сигналов контролируют таким образом, что выполняют в течение заданного периода времени измерения интервалов между сигналами газоразрядного счетчика, в результате чего получают распределение интервалов между сигналами, по полученному распределению интервалов определяют координату первого максимума распределения, а также на убывающей ветви распределения контролируют появление второго максимума, обусловленного наличием просчетов сигналов и отстоящего от первого максимума на время, равное мертвому времени газоразрядного счетчика, по результатам измерений вычисляют параметр крутизны распределения интервалов между сигналами, а по зависимости от параметра крутизны определяют мощность дозы.

2. Способ измерения мощности дозы гамма-излучения по п.1, заключающийся в том, что параметр крутизны определяют по формуле:
,
где F - параметр крутизны;
ΔT - ширина области распределения интервалов между сигналами, которая содержит координату первого максимума указанного распределения и выбрана из условия, что количество сигналов в ней больше числа, определяемого заданной статистической погрешностью;
N_ΔT - количество сигналов в вышеуказанной области;
- координата середины вышеуказанной области;
- среднее значение интервала для части распределения, в которой эти интервалы больше координаты середины вышеуказанной области.

3. Устройство для измерения мощности дозы, содержащее газоразрядный счетчик, выход которого связан со входом усилителя-формирователя, узел питания газоразрядного счетчика и микроконтроллер, первый выход которого соединен с узлом индикации, отличающееся тем, что микроконтроллер снабжен таймером-счетчиком и устройством измерения интервалов, выход усилителя-формирователя связан со входами упомянутых таймера-счетчика и устройства измерения интервалов микроконтроллера, а узел питания газоразрядного счетчика выполнен состоящим из последовательно соединенных генератора узла питания, усилителя мощности, трансформатора и выпрямителя, а также последовательно соединенных импульсного стабилизатора, интегратора и усилителя постоянного тока, причем вход импульсного стабилизатора соединен с выходом усилителя мощности, а выход усилителя постоянного тока связан со вторым входом генератора узла питания, первый вход которого связан со вторым выходом микроконтроллера, а выход выпрямителя связан со входом газоразрядного счетчика.