Радиационный монитор нейтронного излучения Российский патент 2023 года по МПК G01T1/02 

Изобретение относится к области регистрации радиоактивных излучений, а именно к регистрации нейтронного излучения, и может быть использовано для обнаружения ядерных материалов.

Известен радиационный монитор «Янтарь-2П» производства предприятия ЗАО «НИЦ «Аспект», выполненный в виде портала, предназначенный для регистрации гамма- и нейтронного излучения, содержит 8 счетчиков нейтронов по 0,3 л [1].

Известен радиационный монитор «ТСРМ85» производства ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова», который содержит блоки детектирования нейтронов на основе ³Не-счетчиков, помещенных в полиэтилен [2]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Недостатком является большой фоновый счет нейтронов, что приводит к завышению порога обнаружения и недостаточная эффективность применения из-за отсутствия измерения спектрального состава нейтронного излучения.

Основной характеристикой радиационного монитора является порог 1/2 обнаружения П, который связан с уровнем фонового счета n_ф как П ~ n_ф. Под порогом обнаружения понимают минимальную массу ядерного материала, которую способен обнаружить радиационный монитор с вероятностью 0,5 и доверительной вероятностью 0,95 [3].

Задачей изобретения является снижение фонового счета и, как следствие, снижение порога обнаружения ядерных материалов, повышение эффективности работы устройства, расширение области применения радиационного монитора.

Техническим результатом изобретения является измерение радиационным монитором с детекторами на основе ³Не-счетчиков аппаратурного спектра нейтронного излучения в диапазоне энергий от 0,01 эВ до 0,1 МэВ, что позволяет снизить порог обнаружения, расширить область применения радиационного монитора.

Технический результат достигается тем, что радиационный монитор, включающий в себя блок детектирования, содержащий пропорциональный счетчик нейтронов на основе ³Не, помещенный в полиэтилен, окруженный слоем кадмия толщиной 1-1,5 мм, соединен с зарядочувствительным усилителем и высоковольтным блоком питания, зарядочувствительный усилитель соединен с дискриминатором нижнего уровня, который соединен с пиковым детектором, который соединен с микропроцессором и аналого-цифровым преобразователем, выход блока детектирования соединен с блоком питания и управления.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1.

На фиг. 1 схематично представлен радиационный монитор, где: 1 - слой кадмия; 2 - полиэтилен; 3 - счетчик нейтронов на основе ³Не; 4 - зарядочувствительный усилитель; 5 - высоковольтный блок питания; 6 -дискриминатор нижнего уровня; 7 - микропроцессор; 8 - аналого-цифровой преобразователь; 9 - пиковый детектор; 10 - блок детектирования; 11 - блок питания и управления.

Пропорциональный счетчик нейтронов на основе ³Не 3 помещен в полиэтилен 2 и окружен слоем кадмия 1, соединен с зарядочувствительным усилителем 4 и высоковольтным блоком питания 5, связан с дискриминатором нижнего уровня 6, который сопряжен с пиковый детектором 9, который соединен с микропроцессором 7 и аналого-цифровым преобразователем 8. Выход блока детектирования 10 соединен с блоком питания и управления 11.

Радиационный монитор работает следующим образом.

В случае отсутствия источника нейтронного излучения на блок детектирования 10 попадают нейтроны фонового излучения с энергией до 0,45 эВ [4], которые будут поглощаться слоем кадмия 1. Оставшаяся часть нейтронов попадет в замедлитель - полиэтилен 2, а затем - в счетчик нейтронов 3, на который подают напряжение с высоковольтного блока питания 5. В случае нахождения рядом с радиационным монитором ядерных материалов на блок детектирования будут попадать нейтроны со средней энергией 2,3 МэВ, которые, проходя слой кадмия 1 без поглощения, замедляются в полиэтилене 2, а затем попадают в счетчик нейтронов 3. Нейтронное излучение вызывает в счетчике нейтронов 3 реакцию n+³Не→р+³Н; возникший заряд подают на зарядочувствительный усилитель 4. Усиленные импульсы напряжения направляют на дискриминатор нижнего уровня 6; импульсы, амплитуда которых ниже порогового значения, отбрасывают, остальные подают в пиковый детектор - последовательное соединение диода и конденсатора далее сигнал попадает на АЦП 8, который оцифровывает их, и микропроцессор 7, который содержит амплитудное распределение импульсов. Информацию об амплитудном распределении импульсов с БД 10 направляют в БПУ 11; просуммировав амплитуды импульсов в необходимом диапазоне энергий сравнивают его с пороговым значением и принимают решение о наличии источника. В памяти БПУ 11 находится калибровка АЦП 8 по энергии.

Численное моделирование с помощью Метода Монте-Карло показало, что использование слоя кадмия позволяет значительно снизить эффективность регистрации падающих нейтронов с энергией до 1 эВ и с незначительно большей. На фиг. 2 показана зависимость эффективности регистрации блока детектирования от энергии нейтронов при разной толщине кадмиевого фильтра: 1-0 мм, 2-0,1 мм, 3-0,5 мм, 4-1,5 мм.

В таблице приведены результаты измерений фона и порога обнаружения со слоем кадмия толщиной 1 мм и без него. Порог обнаружения определяют измерением фонового счета и счета от ядерного материала с фоном.

Заявленный радиационный монитор имеет сниженный фоновый счет и порог обнаружения. Использование слоя кадмия толщиной 1 мм позволяет снизить порог обнаружения ядерного материала на 17% для одного ³Не-счетчика и на 27% для двух.

Источники информации, принятые во внимание:

1. ЗАО «НПЦ «Аспект». Рекламный проспект, 2019.

2. ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова». Рекламный проспект, 2019.

3. ГОСТ Р51635-2000. Мониторы радиационные ядерных материалов. Общие технические условия. - М: ИПК Изд. стандартов, 2000. - С. 3.

4. Кадилин В.В., Рябева Е.В., Самосадный В.Т. Прикладная нейтронная физика: учебное пособие. - М.: НИЯУ МИФИ, 2011. - С. 14.

Изобретение относится к области регистрации радиоактивных излучений. Радиационный монитор содержит блок детектирования, при этом блок детектирования содержит пропорциональный счетчик нейтронов на основе ³Не, помещенный в полиэтилен, окруженный слоем кадмия толщиной 1-1,5 мм, соединен с зарядочувствительным усилителем и высоковольтным блоком питания, зарядочувствительный усилитель соединен с дискриминатором нижнего уровня, который соединен с пиковым детектором, который соединен с микропроцессором и аналого-цифровым преобразователем, выход блока детектирования соединен с блоком питания и управления. Технический результат – снижение порога обнаружения радиоактивных излучений, расширение области применения радиационного монитора. 2 ил., 1 табл.

Радиационный монитор, содержащий блок детектирования, отличающийся тем, что блок детектирования содержит пропорциональный счетчик нейтронов на основе ³Не, помещенный в полиэтилен, окруженный слоем кадмия толщиной 1-1,5 мм, соединен с зарядочувствительным усилителем и высоковольтным блоком питания, зарядочувствительный усилитель соединен с дискриминатором нижнего уровня, который соединен с пиковым детектором, который соединен с микропроцессором и аналого-цифровым преобразователем, выход блока детектирования соединен с блоком питания и управления.