Радиометр аэрозолей Советский патент 1986 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области ядерного приборостроения, а именно к радиометрам и каналам радиометрических си.стем,. предназначенным для определения объемной активности радиоактивных аэрозолей и построенным по принципу отбора дисперсной части аэрозолей на фильтрующую ленту и измерения активности аспирированного участка.

Известен радиометр аэрозолей, предназначенный для измерения объемной активности аэрозолей алъфа-активных долгоживущих радионуклидов, в состав которого входит аэрозолъная фильтрующая лента, полупроводниковый детектор -и блок регистрации.. В данномрадиометре аэрозоль пропускается через фильтрующую ленту, которая после окончания отбора и измерения активности пробы аэрозоля перемещается с помощью электродвигателя, установленного на валу приемной кассеты. Цикл измерений повторяется. Радиометр рассчитан на непрерывную работу в течение 700 ч, при смене кадра 1 раз в 6 ч, после чего необходимо провести замену, фильтрующей ленты на новую.

Недостатком радиометра является низкая надежность работы из-за отсутствия устройства контроля работоспособности.

Наиболее близким по своей технической сущности является радиометр аэрозолей, включающий фильтрующую ленту, приемную и подающую кассеты, пропорциональный детектор, блок регистрации, устройство контроля работоспособности, содержащее излучатель света.

Узел проверки радиометрического тракта включает радиоактивный источник стронция-90-иттрия-90, укрепленный на электромеханическом устройстве, с помощью которого он подается под детектор. Узел проверки целостности фильтрующей ленты включает излучатель света и светоприемник,- установленные по разным сторонам диска с отверстиями, который закреплен на валу подающей кассеты. При наличии целой фильтрующей ленты в момент ее перемотки диск приводится во вращение, и светоприемник получает сигнал от излучателя света в виде импульсной последовательности (в результате перемещения отверстий

в диске;. В случае обрыва или окончания фильтрующей ленты вращение приемной, кассеты, установленной на валу двигателя, не вызовет вращения

подающей кассеты, и светоприемник полу 1ит либо непрерывный сигнал от излучателя света либо не получит сигнала совсем (в зависимости от наличия или отсутствия отверстия в диске на пути луча).

Основными недостатками описанного радиометра являются:

( сложность радиометра, за счет того, что в устройство контроля работоспособности входит много элементов: радиоактивный источник, электромехани еское устройство, излучатель света, светоприемник и диск с отверстиями, низкая достоверность результатов измерений, так как контроль за целостностью фильтрующей ленты осуществляется косвенным путем (по вращению диска) и возможна выдача ложной ин5 формации о неисправности. Так например , при неплотной намотке фильтрующей ленты на подающей кассете, в результате чего при перемотке кассета не будет вращаться, перемещение ленты произойдет за счет уплотнения намотки. Кроме того, при неправильном закреплении конца ленты в кассете последняя может не приходить во вращение, хотя обрыва или окончания ленты и не произойдет.

Запаздывает информация об окончании фильтрующей ленты - она поступа. ет только после окончания ленты, в то время как очень важно получить предупредительньй сигнал об окончании фильтрующей ленты, чтобы вовремя произвести ее замену и тем самым обеспечить непрерьшность циклов измерения и исключить возможность потери

f информации. Б особенности это важно при автоматическом измерении средне- сменных и среднесуточных значений объемной активности аэрозолей.

Большое значение фона (до 2 имп/с)

из-за наличия радиоактивного источника в узле проверки радиометрического тракта ухудшает метрологические характеристики радиометра.

Целью изобретения является упрощение конструкции радиометра при одновременном улучшении метрологических характеристик.

Поставленная цепь достигается тем, что в радиометре аэрозолей, включающем фильтрующую ленту, приемную и подающую кассеты, пропорцио нальный детектор, блок регистрации и устройство контроля работоспособности, содержащее излучатель света, в качестве излучателя света использован источник импульсного типа, размещенный у приемной кассеты таки образом, что его оптическая ось нап равлена на чувствительную поверхность детектора, пересекает в двух точках поверхность фильтрующей ленты и является касательной к окружности диаметр которой равен диаметру приемной кассеты при ее заполнении фильтрующей лентой. Светоприемником в данном устройс ве является .сам детектор. Указанное расположение импульсного излучателя света позволяет осуществлять как проверку радиометрического тракта (по наличию или отсутствию сигнала, получаемого детектором от излучателя света), так ипроверку целостности фильтрующей ленты (по значению энергии регистрируемого светового излуче ния). Таким образом, конструкция предлагаемого радиометра по сравнению с прототипом проще за счет того что устройство контроля работоспособ ности содержит только один элемент излучатель света, тогда, как в прото типе оно содержит два узла, состоящих из пяти элементов. Отсутствие в устройстве контроля работоспособности радиоактивного источника приводит к снижению фона радиометра, т.е. к улучшению его метрологических харак. теристик. На фиг.1 приведена схема предложенного радиометра. Радиометр состоит из подающей кас сеты 1, фильтрующей ленты 2, пропорционального детектора 3, приемной кассеты 4, излучателя света 5, блока регистрации 6. Линией 7 обозначена ось излучателя света. Радиометр работает следующим образом. Отбор дисперсной части аэрозолей производится на фильтрующую ленту 2 путем прокачивания через нее воздуха. При включении радиометра на подающей кассете 1 находится почти весь запас фильтрующей ленты, поступающей по мере работы радиометра на приемную кассету 4. Активность аспирируемогр участка измеряется с помощью пропорционального детектора 3. В блоке регистрации 6 производится амплитудная селекция сигналов, поступающих с детектора, в соответствии с установленным энергетическим диапазоном регистрации ионизирующего излучения. При проверке работоспособности производят включение устройства контроля, в результате чего импульсы света от- излучателя поступают на детектор 3. Фильтрзтощая лента 2, изготовленная из волокнистых материалов типа ФП является поглотителем светового излучения. При этом энергия излучения, поступающего на детектор, зависит от установленной мощности излучателя и свойств фильтрующего материала, расположенного на пути луча, и будет ослаблена в К 2 раза. Здесь N - количество слоев фильтрующей ленты на пути луча от излучателя света до детектора; при целой фильтрующей ленте оно равно 2. Критериями для выбора мощности излучателя света являются энергия светового импульсного излучения, регистрируемая пропорциональным детектором при отсутствии фильтрующей ленты Ед, и соответствующие потери энергии при наличии N слоев фильтра между, источником света и детектором. При наличии одного слоя фильтрующей ленты между излучателем и детектором энергия светового излучения, регистрируемого пропорциональным де- тектором , , и равная должна превьшать верхнюю границу энергетического диапазона регистрации ионизирующего излучения Е : При наличии двух слоев фильтрующей ленты энергия светового излучения, регистрируемого пропорциональным детектором Е. , должна находиться в границах энергетического диапазона регистрации ионизирующего излучения : (2) 2Ео/Й„.2 нижняя граница энергетического диапазона регистрации ионизирующего излучения. Диаметр окружности D, к которой оптическая ось излучателя света явяется касательной, принимается равым диаметру .заполнения приемной кассеты на 95%. При дальнейшем заполнении приемной кассеты на пути луча от излучателя света к детектору число слоев фильтрующей ленты будет увеличиваться на 2 при каждом полном обороте приемной кассеты. Возрастающие энергетические потери приведут к тому, что регистрируемая энергия Е светового излучения станет меньше нижнего энергетического порога ре-гистрации ионизирующего излучения. Число слоев фильтрующей ленты при этом находится из условия: ЕО/Ч На фиг.2 схематически проиллюстрированы возможные варианты работы радиометра при проверке его работоспособности. Вариант а иллюстрирует обрыв фильтрующей ленты, вариант б нормальную работу радиометра, в окончание фильтрующей ленты, вариант Г- неисправность радиометрического тракта. Из фиг.2 и приведенных вьшге объяс нений видно, что проверка целостности фильтруклцей ленты осуществляется по факту регистрации светового излучения в одной из трех зон энергетической шкалы радиометра -(меньше Ед; больше .Е„), а проверка радиометрического тракта - по наличию или отсутствию регистрации светового излучения в пределах энергетического диапазона радиометра, обусловленного измеряемым ионизирующим излучением. Для экспериментальной проверки устройства был изготбвлен макет радиометра и проведены его лабораторные испытания. Макет построен на основе полупроводникового детектора типа ДКД-П-2, 5р, фильтрующей ленты ЛФС-2-25, светоизлучающего диода AfllOTA, подклю-ченного к генератору стандартной час тоты 1000 Гц, в блок регистрации вхо дит трехканальный амплитудный .селектор с диапазонами: 0,3-2,0 мэВ; 2,04,85 мэВ; 4,85 мэВ и более. На фиг.З приведена зависимость ко эффициента ослабления K| от количест ва слоев фильтрующего материала N, установленных на пути луча от излуча теля света, которая получена экспери ментальным путем на макете радиометра. В соответствии с этой зависимо-: равен 2,1, а стью К равен 2,6. Рассчитав условие (1) для описанного макета радиометра, получаем, что мощность светоизлучающего диода должна быть установлена такой, чтобы энергия светового излучения, регистрируемого детектором при отсутствии фильтрующего материала, была бы больше 10,2 мэВ. Установив Е равным П.мэВ, проверяем справедливость неравенства (2): Е., равно 4,24 мэВ. Таким образом условие (2) для макета радиометра также вьшолняется. Из условия (3) находим значение К, соответствукнцее выходу регистрируемого сигнала от светоизлучающего диода за нижнюю границу энергетического диапазона измерений, т.е. предупреждению о скором окончании фильтрующей ленты: К Е /Е 5,5. При шести слоях фильтрующей ленты на пути луча от излучателя света к детектору оператор получит сигнал о приближающемся окончании фильтрующей ленты. Так как на пути луча при отсутствии обрыв 1 фильтрующей ленты постоянно находится два слоя фильтра (см, фиг.2), то ясно, что сигнал об окончании ленты поступает при двух полных поворотах после превьш1ения диаметра намотки D, т.е. после использования 95% запаса фильтрующей ленты. Испытания макета радиометра показали, что макет радиометра работает надежно за счет того, что контроль за его работоспособностью осуществляется более достоверным путем. По сравнению с прототипом улучшены его метрологические характеристики и упрощена его конструкция. . В радиометре упрощена конструкция за счет исключения малонадежных элементов из устройства контроля работоспособности и обеспечения возможности решения задачи проверки радиометрического тракта и целостности фильтрующей ленты одним устройством контроля, выполненным на о.снове се- . рийного светоизлучающего диода. Расчетные средние времена работы радиометра - прототипа и разработанного макета составили 20000 и 27000 ч соответственно, т.е. показатель надежности предлагаемого радиометра вьшге на 40%. Собственный фон разработанного макета радиометра аэрозолей Пф при измерении бета-активных аэрозолей соетавляет 0,5 имп/с, в то время как у прототипа он равен 2 имп/с. Так как начальное значение диапазона измерений пропорционально l/V1n , то предлагаемьм радиометром можно изме- 5 рять объемные активности бета-активных аэрозолей в 2 раза более низкие, чем прототипом. По сравнению с прототипом в разра- Ю ботанном макете устранена возможность выдачи ложной информации об окончании или обрыве фильтрующей ленты, т.к. проверка целостности фильтрующей ленты проводится не косвенным, а f5 прямым путем. 109 05 Кроме того, в предлагаемом радиометре поверку радиометрического тракта можно осуществлять вне зависимости от активности, накопленной на фильтрующей ленте (при использовании методов временной селекции сигнала, регистрируемого от излучателя света, в то время как в прототипе проверку радиометрического тракта можно осуществлять только в начале цикла измерений. По сравнению с прототипом повыщается безопасность обслуживания радиометра, так как в предлагаемом радиометре отсутствует радиоактивный источник .

РАДИОМЕТР АЭРОЗОЛЕЙ, включающий фильтрующую ленту, приемную и подающую кассеты, пропорциональный детектор, блок регистрации., устройство контроля работоспособности, содержащее излучатель света, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции радиометра и улучшения метрологических характеристик, в качестве излучателя света использован импульсного типа, размещенный у приемной кассеты таким образом, что его оптическая ось направлена на чувствительную поверхность детектора, пересекает в двух точках фильтрукщую ленту и является касательной к окружности, диаметр которой равен диаметру приемной кассеты при ее заполнении фильтрующей лентой. (Л ;о 00 о ел