МОДУЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01T1/16 

Изобретение относится к области ядерного приборостроения, а именно к дозиметрической аппаратуре радиационного мониторинга. Представляет собой блок детектирования гамма-излучения в модульном исполнении, предназначенный для постоянного контроля радиационной обстановки и измерения мощности дозы ионизирующего излучения, состоящий из блока электроники и сменного картриджа, содержащего детектирующие элементы -счетчики Гейгера-Мюллера.

В ходе проведения контроля радиационной обстановки, с целью проверки точности измерений, блоки детектирования подвергают процедуре поверки не реже чем раз в три года. Для проведения процедуры поверки необходимо останавливать процесс измерения, производить демонтаж системы и отвозить блоки детектирования на место проведения поверочных работ. В случае эксплуатации развернутой системы постоянного контроля радиационной обстановки (например, на АЭС), включающей в себя большое количество блоков детектирования, сводимых к единому устройству вывода информации, требуется проводить демонтаж всей системы либо нескольких блоков детектирования. Данный процесс является весьма дорогостоящим, трудоемким и, главное, связан с необходимостью остановки процесса радиационного контроля на период проведения поверки. Блоки детектирования также могут выходить из строя, что чаще всего вызвано неисправностью собственно детектирующих элементов - счетчиков Гейгера-Мюллера. Для проведения ремонта блока детектирования необходимо разбирать все устройство и заменять счетчики Гейгера-Мюллера, что занимает значительное время и требует наличия высококвалифицированных специалистов на месте установки системы.

Кроме того, ремонт не сводится к простой замене детектирующего элемента на новый, поскольку каждый счетчик Гейгера-Мюллера имеет собственные поправочные коэффициенты, которые характеризуют эффективность детектора к определенному виду излучения, степень ослабления излучения на пути к рабочему объему детектора и т.д. Для настройки блоков детектирования, а именно, внесения значений поправочных коэффициентов, учет которых обеспечивает достоверность информации, поступающей со счетчиков Гейгера-Мюллера, необходимо подключать каждый блок детектирования к ЭВМ с установленным специальным программным обеспечением. Процесс настройки блоков детектирования больших распределенных систем, содержащих множество блоков детектирования, требует остановки процесса измерения, является трудоемким и занимает значительное время.

Таким образом актуальна задача обеспечения проведения поверочных или ремонтных работ без длительной остановки процесса радиационного мониторинга.

Для решения задачи предлагается использовать модульную конструкцию блока детектирования с разделением детектирующих элементов от блока электроники путем выноса счетчиков Гейгера-Мюллера в сменный картридж (модуль), подлежащий замене на время процедуры поверки или проведения ремонтных работ. Модульный принцип построения блока детектирования позволит значительно уменьшить время приостановки процесса радиационного мониторинга за счет оперативной замены сменного картриджа. Дополнительно ускорить процесс настройки блока детектирования при замене сменного картриджа позволит автоматизация процесса внесения поправочных коэффициентов.

Известен дозиметр-радиометр ионизирующего излучения компактного встраиваемого (модульного) исполнения (патент на полезную модель RU 145480 U1), содержащий детектор излучения, а именно, p-i-n диод, в котором в слаболегированном полупроводнике кремнии созданы высоколегированные р- и n-области, а также интерфейс управления и передачи данных, калибратор, преобразователь напряжения, интегральная микросхема и микропроцессор. Микропроцессор связан с интерфейсом управления и передачи данных, который выполнен с возможностью подключения к шинам информации и питания мобильного устройства. Миниатюрный дозиметр-радиометр-спектрометр относится к устройствам контроля радиационной обстановки и предназначен для обнаружения, измерений и обработки результатов измерений мощности дозы гамма-излучения. Дозиметр-радиометр помещен в компактный корпус и выполнен с возможностью оперативной установки в мобильное устройство-коммуникатор из группы: смартфон, планшетный компьютер, ноутбук и снабжен автономными средствами питания.

К недостаткам аналога можно отнести отсутствие технической возможности оперативной замены детектирующего элемента для проведения ремонтных или обязательных поверочных мероприятий из-за размещения регистрирующей части прибора в закрытом корпусе. Недостатком также является длительный и сложный процесс настройки блоков детектирования из-за необходимости подключения каждого блока детектирования к ЭВМ, содержащей специальное программное обеспечение для внесения настроек и поправочных коэффициентов.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является дозиметр гамма-излучения ДБГ-С11Д, предназначенный для непрерывного контроля радиационной обстановки, а именно для проведения постоянных измерений мощности эквивалента дозы и мощности поглощенной дозы гамма-излучения (Изготовитель ООО НПП «Доза», г. Москва, номер в госреестре: 42783 - 11 https://www.doza.ru/catalog/continuous_monitoring/DBG-S11D/).

ДБГ-С11Д состоит из блока детектирования и блока обработки и передачи данных, которые соединены между собой посредством кабелей с использованием клеммных коробок. Блок детектирования состоит из двух моноблоков, платы управления и платы интерфейсов. Моноблок регистрации излучения размещается в пластиковом корпусе и состоит из газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, платы высоковольтного питания и формирователя сигналов. Все составные части ДБГ-С11Д размещены в едином корпусе.

К основному недостатку прототипа можно отнести отсутствие автоматизированного внесения значений поправочных коэффициентов при проведении настройки прибора. Необходимо подключать каждый блок детектирования к ЭВМ с установленным специальным программным обеспечением «Конфигуратор» ФВКМ.001005-07 34 01. Процедура настройки блоков, которые используются в составе больших распределенных систем постоянного радиационного контроля, требует остановки процесса измерения, является трудоемкой и занимает значительное время.

Кроме того, в случае неисправности прототипа возникает необходимость замены блока детектирования целиком, поскольку его конструкция не позволяет осуществить замену только детектирующих элементов.

Существенными общими признаками прототипа и заявляемого изобретения являются назначение, связанное с проведением постоянного контроля радиационной обстановки, а именно измерения мощности дозы гамма-излучения и использование газоразрядных счетчиков Гейгера-Мюллера в качестве детектирующих элементов.

Цель настоящего изобретения - создание блока детектирования гамма-излучения, конструкция которого обеспечивает оперативную замену детектирующих элементов и настойку блока для проведения поверочных и ремонтных работ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить две задачи, решение которых не обеспечивается прототипом, а именно разработать модульную конструкцию блока детектирования и автоматизировать процесс его регулировки и настройки при замене детектирующих элементов.

Первая задача решается за счет реализации модульного подхода к конструированию блока детектирования, в результате чего прибор состоит из двух легко разделяемых модулей: сменного картриджа, содержащего только детектирующие элементы - газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера, и блока электроники, обеспечивающего питание всех элементов блока детектирования, предварительную обработку сигналов, поступающих от счетчиков, а также настройку блока и хранение полученной информации.

Вторая задача решается путем внедрения автоматической системы передачи поправочных коэффициентов на основе устройства идентификации. Передача поправочных коэффициентов осуществляется путем считывания информации с карты-идентификатора, прилагающейся к каждому сменному картриджу. Для определения соответствия карты-идентификатора определенному сменному картриджу, на них нанесены идентификационные номера. В блоке электроники дополнительно установлено устройство идентификации, которое считывает значения поправочных коэффициентов и заносит их в устройство обработки и хранения информации.

Техническим результатом является возможность оперативного проведения процедуры замены сменного картриджа, содержащего детектирующие элементы, на новый: время остановки измерений для замены сменного картриджа и настройки блока детектирования составляет не более 10 минут.

Предложен блок детектирования гамма-излучения в модульном исполнении со сменным картриджем, содержащим детектирующие элементы, предназначенный для постоянного контроля радиационной обстановки и измерения мощности дозы ионизирующего излучения, который обеспечивает возможность оперативной замены сменного картриджа и автоматической настройки блока детектирования при необходимости проведения поверочных или ремонтных работ без длительной остановки проведения радиационного мониторинга.

На фиг. 1 представлена блок-схема блока детектирования гамма-излучения.

Блок детектирования гамма-излучения состоит из двух раздельных модулей: блока электроники 1 и сменного картриджа 2. Блок электроники содержит источник питания 3, усилитель-формирователь 4, устройство обработки и хранения информации 5 и устройство идентификации 6. Сменный картридж содержит карту-идентификатор 7 и два счетчика Гейгера-Мюллера 8 (на фиг. 1 не показаны).

На фиг. 2 представлена схема сменного картриджа на основе газоразрядных счетчиков Гейгера-Мюллера.

В состав сменного картриджа входят два газоразрядных счетчика Гейгера-Мюллера 8, два высоковольтных разъема 9, четыре технологических отверстия для болтов 10, с помощью которых осуществляется соединение модулей блока детектирования, и выступ для удобного извлечения сменного картриджа 11.

Блок детектирования работает следующим образом.

Источник питания 3 осуществляет формирование и подачу напряжений питания на все элементы блока детектирования. Газоразрядные счетчики 8 осуществляют детектирование гамма-квантов. Сигналы с выхода каждого счетчика поступают на соответствующий вход усилителя-формирователя 4. Сформированные импульсы поступают на соответствующие входы устройства обработки и хранения информации 5.

Ввод поправочных коэффициентов, соответствующих конкретному сменному картриджу со счетчиками, осуществляется автоматически путем передачи информации от карты-идентификатора 7 устройству идентификации 6. Устройство обработки и хранения информации 5 на основании информации от счетчиков осуществляет расчет значений мощности дозы с учетом введенных поправочных коэффициентов. Система передачи информации, ее индикация и дальнейшее использование могут быть реализованы различными известными способами и здесь не рассматриваются.

В конкретной реализации блока детектирования гамма-излучения обмен данными и подача питания на счетчики осуществляется с помощью высоковольтных разъемов HSB-40 или аналогичных соединений. Для автоматической идентификации используется RFID-метка, прикрепленная к карте-идентификатору, и RFID-считыватель в качестве устройства идентификации. Механическое крепление сменного картриджа к блоку электроники обеспечивается болтовым соединением; плотность прилегания сменного картриджа к блоку электроники обеспечивается за счет резиновой ленты, проложенной вдоль корпуса сменного картриджа.

Замена неисправного или подлежащего поверке сменного картриджа на новый осуществляется следующим образом:

- Отключают питание блока детектирования.

- Поочередно выкручивают болты и извлекают из ответных отверстий.

- Используя выступ для удобного извлечения сменного картриджа разделяют модули блока детектирования.

- Присоединяют новый сменный картридж с RFID-меткой, совместив высоковольтные разъемы с отверстиями в блоке электроники.

- Вкручивают болты в ответные отверстия.

- Включают питание блока детектирования.

- Считывание поправочных коэффициентов происходит автоматически, после чего блок детектирования готов к работе.

Изобретение относится к модульной конструкции блока детектирования гамма-излучения. Блок детектирования гамма-излучения состоит из двух раздельных модулей: блока электроники и сменного картриджа, содержащего карту-идентификатор и два газоразрядных счетчика Гейгера-Мюллера. Блок электроники содержит источник питания, усилитель-формирователь, устройство обработки и хранения информации и устройство идентификации. Связь модулей и питание сменного картриджа осуществляется с помощью герметичных высоковольтных разъемов. Передача поправочных коэффициентов осуществляется путем считывания информации с карты-идентификатора, прилагающейся к каждому сменному картриджу. Для определения соответствия карты-идентификатора определенному сменному картриджу на них нанесены номера. В блоке электроники установлено устройство идентификации, которое считывает значения поправочных коэффициентов и заносит их в устройство обработки и хранения информации. Техническим результатом является возможность оперативного проведения процедуры замены сменного картриджа, содержащего детектирующие элементы, на новый при сокращении времени остановки измерений для замены сменного картриджа и настройки блока детектирования до не более чем 10 минут. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модульная конструкция блока детектирования гамма-излучения для проведения постоянного контроля радиационной обстановки и измерения мощности дозы ионизирующего излучения, содержащего газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера, источник питания и усилитель-формирователь, отличающаяся тем, что блок детектирования конструктивно состоит из двух механически связанных модулей: сменного картриджа, содержащего счетчики Гейгера-Мюллера и карту-идентификатор, и блока электроники, в который дополнительно включены устройство идентификации и устройство обработки и хранения информации, при этом электрическое соединение модулей и обмен данными осуществляется с помощью герметичных высоковольтных разъемов.

2. Модульная конструкция блока детектирования по п. 1, отличающаяся тем, что для автоматической идентификации используется RFID-метка, прикрепленная к карте-идентификатору, а в качестве устройства идентификации используется RFID-считыватель.

3. Модульная конструкция блока детектирования по п. 1, отличающаяся тем, что для автоматической идентификации используется смарт-карта, а в качестве устройства идентификации - считыватель смарт-карт.