СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА С КОРОННЫМ СЧЕТЧИКОМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЙТРОННЫХ ПОТОКОВ В ПРИСУТСТВИИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G01T3/00 

Изобретение относится к области измерения нейтронных потоков и может быть использовано для диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком для измерения нейтронных потоков в присутствии интенсивного гамма-излучения.

Известно техническое решение под названием «Способ контроля стабильности работы каналов детектирования с коронными счетчиками ионизирующих излучений» [А.С. СССР 925188 опубл. 23.10.1982 г.].

Сущность способа заключается в регистрации скорости счета импульсов коронного счётчика при двух уровнях порога их дискриминации. В обычном режиме работы устройство использует высокий порог дискриминации, при котором регистрируются импульсы от нейтронов, при контрольных измерениях порог дискриминации импульсов снижают до уровня, при котором устройство дополнительно регистрирует часть импульсов коронного разряда счетчика. Признаком стабильности работы устройства является постоянство разности скоростей счетов импульсов, зарегистрированных в рабочих и контрольных измерениях.

Недостаток известного способа заключается в том, что при диагностировании стабильности работы устройства с коронным счетчиком не учитывается влияние гамма-излучения на измеряемые величины, в частности на скорость счета импульсов в зоне объекта измерений. Указанный недостаток обусловлен тем, что амплитудные спектры импульсов коронного счетчика от регистрации импульсов коронного разряда, нейтронного и гамма-излучения частично могут перекрываться и в этом случае нет возможности из всех регистрируемых импульсов выделить импульсы от коронного разряда, постоянство скорости счета которых в известном способе принимается за признак стабильности устройства.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно, учёт влияния гамма-излучения на скорость счета импульсов в зоне объекта измерений.

Технический результат состоит в исключении методической погрешности измерений при диагностике стабильности работы устройства с коронным счетчиком.

Для исключения указанного недостатка в способе диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком для измерения нейтронных потоков в присутствии гамма-излучения, включающем размещение коронного счетчика в зоне объекта измерения, регистрацию скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда в зоне объекта измерения и определение стабильности работы устройства по соотношению полученных данных, предлагается:

- до начала измерений разместить коронный счётчик вне зоны объекта измерения и при различных уровнях мощности поглощённой дозы гамма-излучения зарегистрировать ток коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда, ток коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры и скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации импульсов;

- полученные данные представить в виде зависимостей тока коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда от мощности поглощённой дозы гамма-излучения, тока коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры от мощности поглощённой дозы гамма-излучения, скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов от мощности поглощённой дозы гамма-излучения;

- регистрировать при проведении измерений коронным счетчиком в зоне объекта измерения скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации и токи коронного счетчика при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры;

- по зарегистрированным показаниям устройства с коронным счётчиком с использованием полученных вне объекта измерения зависимостям определяют эффективные мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерений при работе коронного счётчика в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов и в режимах коронного разряда и ионизационной камеры;

- заключение о стабильности работы устройства с коронным счетчиком осуществить:

во-первых, при условии выполнения соотношения, учитывающего эффективные мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определённые из зависимостей мощности поглощённой дозы гамма-излучения от тока коронного счётчика при его работе, соответственно, в режиме ионизационной камеры и коронного разряда вне объекта измерений, и предельного значения случайной составляющей разности указанных эффективных мощностей; и

во-вторых, при условии выполнения соотношения, учитывающего эффективные мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определённое из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от скорости счета импульсов и тока коронного счётчика при его работе, соответственно, в режиме коронного разряда и нулевом значении порога дискриминации его импульсов и коронного разряда вне объекта измерений, и предельного значения случайной составляющей разности указанных эффективных мощностей.

Условия измерения токов и скоростей отчета импульсов вне зоны объекта измерения отличаются от условий измерения в зоне объекта измерений присутствием в ней нейтронного излучения.

Оценки влияния нейтронного излучения на измеряемые величины токов и скоростей счета импульсов показывают, что при отношении плотности потока нейтронов к мощности поглощённой дозы гамма-излучения от 0,1 до 10³ (н/(см² ∙с)) /(Гр/ч) вклад в измеряемые токи коронного счетчика и скорость счета импульсов становятся пренебрежимо малым, что позволяет использовать предложенный признак стабильности работы устройства при указанном ограничении.

Использованный в способе признак стабильности работы устройства чувствителен к практически к любым изменениям параметров коронного счетчика и измерительных каналов, в частности к коэффициенту газового усиления и напряжению питания коронного счетчика, коэффициентом преобразования измерительных каналов и порогу дискриминации импульсов.

В зоне объекта измерения мощность поглощённой дозы гамма-излучения может варьироваться в диапазоне от 1 до 2000 Гр/ч.

Из зависимостей токов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда, тока коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры и скорости счета импульсов коронного счетчика от величины поглощённой дозы гамма-излучения наиболее чувствительной зависимостью к определению стабильности работы устройства является зависимость тока коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры от мощности поглощённой дозы гамма-излучения.

В частном случае реализации способа предлагается диагностирование стабильности работы устройства с коронным счетчиком выполнять при отношении плотности потока нейтронов к мощности поглощённой дозе гамма-излучения в зоне объекта измерений от 0,1 до 10³ (н/(см² ∙с)) /(Гр/ч).

Сущность способа диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком при измерении нейтронных потоков в присутствии гамма-излучения заключается в следующем.

Последовательно выполняют следующие действия:

Коронный счетчик размещают вне зоны объекта измерений

Регистрируют токи коронного счетчика при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры и скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации импульсов при различных уровнях мощности поглощённой дозы гамма-излучения.

Полученные вне зоны объекта измерений токи коронного счетчика и скорость счета импульсов представляют в виде зависимостей мощности поглощённой дозы гамма-излучения от тока коронного счетчика соответственно при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры и в виде зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов.

Коронный счетчик размещают в зоне объекта измерения и регистрируют скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации импульсов и токи коронного счетчика при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры.

По зарегистрированным показаниям устройства с коронным счётчиком с использованием полученных вне объекта измерения зависимостям определяют эффективные мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерений при работе коронного счётчика в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов и в режимах коронного разряда и ионизационной камеры.

Заключение о стабильности работы устройства с коронным счетчиком осуществляют при условии выполнения соотношения

|Р^*₂ — Р^*₁ | ≤ 140 [Гр/ч], (1)

где Р^*₂ — эффективная мощность поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определенная из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от тока коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры при работе вне зоны измерения, Гр/ч;

Р^*₁ — эффективная мощность поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определенная из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от тока коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при работе вне зоны измерения, Гр/ч.

и при условии выполнении соотношения

|Р^*₃ — Р^*₁ | ≤ 140 [Гр/ч], (2)

где Р^*₃ — эффективная мощность поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определенная из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда и нулевом значении порога дискриминации его импульсов при работе вне зоны измерения, Гр/ч.

В частном случае диагностирование стабильности работы устройства с коронным счетчиком выполняют при отношении плотности потока нейтронов к мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерений в диапазоне от 0,1 до 10³ (н/(см² ∙с)) /(Гр/ч).

Пример конкретного осуществления способа диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком.

Подлежащее диагностированию устройство включает в себя детектор нейтронного и гамма излучений, вторичное электронное оборудование, кабельную линию связи.

В качестве детектора нейтронного и гамма излучений используют коронный счетчик СНМ-Ф.

Вторичное электронное оборудование включает в себя токовый и импульсный измерительные каналы, высоковольтный источник питания коронного счетчика, вычислитель.

Импульсный измерительный канал имеет возможность амплитудной дискриминации выходных импульсов коронного счетчика.

Высоковольтный источник питания коронного счетчика позволяет изменять напряжение питания коронного счетчика для установки требуемого режима его работы.

Вычислитель предназначен для обработки сигнала коронного счетчика, управления работой устройства и представления результатов диагностирования устройства.

В качестве интенсивного источника гамма-излучения использовано гамма-излучение ускорителя Тандетрон. Уровень мощности поглощённой дозы гамма-излучения в месте расположения коронного счетчика измерялся стандартным клиническим дозиметром UNIDOS.

Измерения токов коронного счетчика при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры и скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда проведены вне зоны объекта измерения и в зоне объекта измерения. Вне зоны объекта измерения мощность поглощённой дозы гамма-излучения изменялась в диапазоне от 0 до 1800 Гр/ч.

В зоне объекта измерения для моделирования нейтронного потока использовался нейтронный источник, который в месте расположения коронного счетчика создавал нейтронный поток с плотностью 10³ н/(см² ∙ с)

Вне зоны объекта измерений получены данные, из которых определены зависимости мощности поглощённой дозы Р_γ1 гамма-излучения от тока коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда I₁ (Р _γ,1 =1,4∙ 10⁹ I₁ - 3,1∙10³), (см фиг.1), мощности поглощённой дозы гамма-излучения Р _γ2 коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры I₂ (Р _γ,2=1,8∙ 10¹⁰ I₂) (фиг.2) и мощность поглощённой дозы гамма-излучения Р _γ3 от скорости счета импульсов n коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда и нулевом значении порога дискриминации импульсов (Р _γ,3=0,25∙10³ N – 5,0∙10³) (фиг.3). В полученных зависимостях токи счетчика выражены в амперах, мощность поглощённой дозы гамма-излучения в Гр/ч, скорость счета импульсов в имп/с.

Полученные зависимости вне зоны объекта измерения совместно с данными, полученными в зоне объекта измерений, позволяют по признаку стабильности работы устройства определить стабильность/нестабильность работы измерительных каналов устройства в присутствии интенсивного гамма-излучения.

Ток коронного счётчика при его работе в режиме коронного разряда составляет I₁=2,8∙10^-6 А, ток коронного счётчика при его работе в режиме ионизационной камеры составляет I₂=5,2 ∙10^-8 А, скорость счёта импульсов коронного счётчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении уровня дискриминации составляет n=23,5 имп/с.

По зависимостям, полученным вне зоны объекта измерения (см. фиг.1-3), и по данным, полученным в зоне объекта измерений, определены соответствующие эффективные мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, которые соответственно равны Р^*₁ = 820 Гр/ч, Р^*₂ = 9З6 Гр/ч, Р^*₃ = 875 Гр/ч.

Совокупность полученных данных используем для определения стабильности работы устройства с использованием соотношений (1) и (2). Имеем:

Р^*₂ — Р^*₁ =116 Гр/ч; Р^*₃ — Р^*₁ = 55 Гр/ч;

116 Гр/ч≤140 Гр/ч; 55 Гр/ч ≤140 Гр/ч.

Видим, что условие стабильной работы устройства в зоне объекта измерения выполнено.

Оценим возможность определения стабильности работы устройства с коронным счётчиком в присутствии гамма-излучения по способу [1].

Для этого используем графический материал, представленный на фиг.4 и 5.

На фиг, 4 представлено амплитудное распределение импульсов коронного счётчика в присутствии гамма-излучения мощностью 6,54 Гр/ч.

На фиг. 5 представлено амплитудное распределение импульсов коронного счётчика в присутствии гамма-излучения мощностью 1338 Гр/ч.

Согласно способу признаком стабильной работы устройства является постоянство скорости счёта импульсов коронного разряда.

Участок с импульсами коронного разряда на фиг. 4 находится между 50 и 100 каналами энергетической шкалы.

Однако, при изменении мощности поглощённой дозы гамма-излучения границы этого участка изменяются в сторону больших амплитуд импульсов за счёт многократного наложения импульсов коронного разряда с импульсами от регистрации гамма-излучения.

На фиг. 5 показано, что эти изменения могут привести к тому, что на участке между каналами от № 50 до № 100 не будет зарегистрировано ни одного импульса коронного разряда. В тоже время каналы от № 150 до № 250 дают существенно больший счет импульсов по сравнению с поглощённой дозой гамма-излучения, равной 6,54 Гр/ч.

Таким образом, показана методическая погрешность известного способа в условиях присутствия гамма-излучения в зоне проведения измерений по установлению стабильности работы устройства, поскольку счёт импульсов коронного разряда существенно зависит от мощности поглощённой дозы гамма-излучения.

Промышленная применимость способа обосновывается положительными результатами экспериментов.

Изобретение относится к средству диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком для измерения нейтронных потоков в присутствии интенсивного гамма-излучения. В заявленном способе до начала измерений размещают коронный счётчик вне зоны объекта измерения и при различных уровнях мощности поглощённой дозы гамма-излучения регистрируют ток коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда, ток коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры и скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации импульсов. Далее необходимо регистрировать при проведении измерений коронным счетчиком в зоне объекта измерения скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации и токи коронного счетчика при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры. Далее проводят обработку и анализ полученных данных. Техническим результатом является повышение эффективности диагностики стабильности работы устройства с коронным счетчиком для измерения нейтронных потоков за счет исключения методической погрешности измерений. 1 з.п. ф-лы,5 ил., 1 пр.

1. Способ диагностирования стабильности работы устройства с коронным счетчиком для измерения нейтронных потоков в присутствии гамма-излучения, включающий размещение коронного счетчика в зоне объекта измерения, регистрацию скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда в зоне объекта измерения и определение стабильности работы устройства по соотношению полученных данных, отличающийся тем, что перед размещением коронного счетчика в зоне объекта измерения его размещают вне зоны объекта измерения при различных уровнях мощности поглощённой дозы гамма-излучения, регистрируют токи коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда и в режиме ионизационной камеры и скорость счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации импульсов, полученные вне зоны объекта измерений данные представляют в виде зависимостей тока коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда от мощности поглощённой дозы гамма-излучения, тока коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры от мощности поглощённой дозы гамма-излучения, скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов от мощности поглощённой дозы гамма-излучения, после размещения коронного счетчика вне зоны объекта измерения его размещают в зоне объекта измерений, регистрируют скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов, регистрируют токи коронного счетчика при его работе в режимах коронного разряда и ионизационной камеры и по зарегистрированным показаниям устройства с коронным счётчиком с использованием полученных вне объекта измерения зависимостей определяют эффективные мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерений при работе коронного счётчика в режиме коронного разряда при нулевом значении порога дискриминации его импульсов и в режимах коронного разряда и ионизационной камеры, а заключение о стабильности работы устройства с коронным счётчиком осуществляют:

во-первых, при условии выполнении соотношения

|Р^*₂ — Р^*₁ | ≤ 140 [Гр/ч],

где Р^*₂ — эффективная мощность поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определенная из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от тока коронного счетчика при его работе в режиме ионизационной камеры при работе вне зоны измерения, Гр/ч;

Р^*₁ — эффективная мощность поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определенная из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от тока коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда при работе вне зоны измерения, Гр/ч,

во-вторых, при условии выполнении соотношения

|Р^*₃ — Р^*₁ | ≤ 140 [Гр/ч],

где Р^*₃ — эффективная мощность поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерения, определенная из зависимости мощности поглощённой дозы гамма-излучения от скорости счета импульсов коронного счетчика при его работе в режиме коронного разряда и нулевом значении порога дискриминации его импульсов при работе вне зоны измерения, Гр/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диагностирование стабильности работы устройства с коронным счетчиком выполняют при отношении плотности потока нейтронов к мощности поглощённой дозы гамма-излучения в зоне объекта измерений от 0,1 до 10³ (н/(см²⋅с))/(Гр/ч).