Способ измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения Советский патент 1991 года по МПК G01T1/105 

Изобретение относится к ядерной физике, а точнее к области индивидуального дозиметрического контроля, и наиболее эффективно может быть использовано для определения доз облучения персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, и населения в диапазоне доз от близких к естественному радиационному фону до аварийных.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения.

Сущность изобретения заключается в том, что измеряется не временной спектр люминесценции, а счет фотонов люминесценции в воротах, сдвинутых определенным образом относительно возбуждающего импульса. При этом скорость набора информации ограничивается мертвым временем электронного тракта, которое составляет 20-50 не, т.е. по сравнению с известным способом в 103 раз лучше.

Возможность замены измерения временного спектра люминесценции на измерение в выбранных воротах основана на том, что информация о дозе содержится только в определенной части временного спектра. Оптимальным выбором параметров ворот и сравнением информации в этих

О

00

ю о о

воротах для облученного и необлученного дозиметров можно определить дозу. Более того возможно измерение дозы при неэкспоненциальном законе фоновой люминесценции, так как происходит сравнение информации облученного и необлученного дозиметров.

Параметры ворот выбираются из оптимального получения информации о дозе. Задержка первых ворот должна быть достаточной, чтобы исключить влияние лазерного свечения и вызванных им переходных процессов, длительность которых около 0,1 мкс. В то же время основная информация о дозе, особенно при малых значениях доз, находится в интервале до 5 мкс. Поскольку она резко спадает во времени, наибольшая чувствительность измерения - при малой длительности ворот. Однако при уменьшении длительности ворот проигрывают в статистике. Анализ показал, что длительность ворот, равная 2 мкс, достаточна. Параметры вторых ворот менее критичны и выбираются таким образом,чтобы была достаточная статистика и в то же время малое влияние дозовой люминесценции.

Способ осуществляется следующим образом.

Импульсным периодическим возбуждающим ультрафиолетовым (УФ) излучением освещают дозиметр, в котором центры радиофотолюминесценции начинают испускать фотоны. Интенсивность испускания фотонов завипитот времени, прошедшего с момента возбуждающего импулоса интсн сивности возбуждающего импульса и дозы, накопленной дозиметром Возбуждающий импульс запускает два генератора ворот с параметрами 0,1 мкс ъ 0,5 мкс; 0,5 мкс Ti 2,Ъ мкс; 30 мкс Т-2 мкс; 10 мкс та 50 мкс где ri и i v - время задержки ворот относительно возбуждающего импульса; Ti и Тз - длитегьности ворот. Производится счет фотонов в зсих вооотах: счет числа возбуждающих импульсов; счет имп/льсов, пропорциональных амплитудами возбуждающих импульсов, т.е. производится мониторированис возбуж дающего излучения. Суммируются указанные счета за время измерения. Сравнение -JTUX счетов для облученного и необлумонного дозиметров дает информацию о дозе.

Для измерения больших доз. когда скорость поступления фотонов чюминесцен- ции велика, перед дозиметром вводят блок калиброванных сменяющихся светофигьт- ров. Способ позволяет существенно умеьо шить время измерения, а следсвгпепьно, ь нижний порог определения доз. снизить погрешность измерения доз, что дополнительно приводит к уменьшению нижнего порога определения доз, а также имеется возможность измерения больших доз.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для осуществления способа.

Устройство для измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения содержпт импульсный периодический источник 1 УФ-излучения, светофильтр 2, разделительное зеркало 3, первый детектор 4 излучения в виде фотоэлектронного умножителя {ФЭУ), мониторный блок 5 в виде АЦП,

первый формирователь-дискриминатор 6, генераторы 7 и 8 ворот, схемы 9 и 10 совпадений, блок 11 сменных светофильтров, дозиметр 12, фокусирующую линзу 13, второй детектор 14 излучения в виде ФЭУ,

усилитель 15, второй формирователь-дискриминатор 16, счетчики 17-20 импульсов, контроллер 21 и ЭВМ 22.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный периодический луч возбуждающего УФ-излучения от источника 1 используется лазер с длиной волны излучающего излучения 337 нм, длительностью импульса 10 не и частотой повторения импульсов i «JO Гц, проходит через светофильтр 2, пропускающий только УФ-иэлучение. Далее возбуждающее излучение попадает на разделительное зеркало 3, из которого часть УФ-излучения направляется в мониторный канал, а другая часть - в измерительный канал. В мониюрном канале свет попадает на первый детектор 4, сигнал от которого поступает в мониторный блок 5, на выходе которого имеется число импульсов NM,

пропорциональное световому потоку лазерного луча и в ncpcoui формирователь-дискриминатор 6. Сигнал с форми- рогзтеля-дискриминаторэ 6 образует стартовые импульсы Ы0, котооые запускают генераторы 7 и 8 ворот. Сигналы с гене- ратороз 7 и 8 ворот поступают на схемы 9 и 10 соьпадений. Используются следующие параметры ворот: п 0.5 мкс; TI 2 мкс; Г2 ЬО мкс; г/кс

В измерительном канале возбуждающее излучение пролодит через блок 11 сменных светофильтров и подается на дозиметр 12. Люминесценция дозиметра, сфокусированная фокусирующей линзой 13, регистрируется вторым детектором 14. Импульсы с второго детектора 14, пропорциональные числу люминесцентных фотонов, поступают на усилитель 15, далее на второй

формирователь-дискриминатор 16 и затем на указанные схемы 9 и 10 совпадений.

Информация со схем 9 и 10 совпадений - число импульсов (Ni и N2), пропорциональных числу люминесцентных фотонов за время открытия ворот, с первого формирователя-дискриминатора 6 - число запусков лазера, с мониторного блока 5 - число импульсов, пропорциональное световому потоку, с лазера через соответствующие счетчики импульсов и контроллер подается на ЭВМ. Расчет дозы производится по формуле

D «102 NM - No

/1 .. Nip . N2x m

N20 Ni/ UJ 15

где D - измеряемая доза (гр);

«1 - градуировочный коэффициент, определенный предварительно измерением облученных известной дозой дозиметров (Гр. имп.);

GC2i - коэффициент поглощения УФ-из- лучения 1-го светофильтра (отн.ед.) при этом количество светофильтров может быть любым, начиная с 0, и зависит от диапазона измеряемых доз. Практически достаточно шесть светофильтров, т.е. ,.. ,6, для которых Oi меняется от 1 до 10 . Конкретный светофильтр устанавливают в зависимости от величины измеряемой дозы;

No - число импульсов возбуждения за время измерения (имп.),

NI - количество импульсов в первых воротах за все время измерения (имп ), т.е. п

NIK.

к 1

где NIK - количество импульсов (число фотонов люминесценции) в единичных первых воротах с номером К;

п - количество первых ворот за время измерения, т.е. количество импульсов возбуждения N0;

N2 - количество импульсов во вторых воротах за все время измерения (имп.), т.е.

N2-2N2K

к 1

где N2ic количество импульсов в единичных вторых воротах с номером К;

п - количество вторых ворот за время

измерения, т.е. количество импульсов возбуждения N0;

NM - количество импульсов с мониторного блока за все время измерения (имп.}, т.е.

п

NMK, к 1

где NMK - количество импульсов с мониторного блока при К-м импульсе возбуждения,

пропорциональное интенсивности К-ro импульса возбуждения;

п - количество импульсов возбуждения;

Nio.

N20 P - констант-з дозиметра, содержит

величины NIO и N20 аналогичные Ni и N2, но для необлученного дозиметра.

Это отношение не зависит от числа импульсов возбуждения и определяется для каждого дозиметра один раз перед началом его использования либо указывается в его паспортных данных. Время измерения одного дозиметра составляет 10-100 с.

Информация о дозе находится в первых воротах. При идеально стабильной работе лазера и электронной системы доза пропорциональна разности счетов фотонов люминесценции в первых воротах для облученного и необлученного дозиметров, т.е.

D(Ni-Nio).(2)

Если лазер не стабилен, то

n fNi

°(щ-Що)-(3)

где NMO - величина, аналогичная NM , но для необлученного дозиметра.

Гели стаби.к чэ электронная система, например изменился коэффициент

усиления измерите; ькг и канала, то

/NI - N-o Л(4)

D-м

NjjO , |

NM NMO J

где к - относительное изменение коэффициента усиления измерительного канала в режиме измерения по отношению к калибровке.

При стабильной работе лазера

N2

k

N20

(5)

При нестабильной работе пазера

N2 N20 N2NMO

Щ

k

(6)

NMO N,M N20

Подставив значение k из формулы (6) о оомулу (4) получают

Ni N10 N2NMo

NMO NM N20

NM

()

Учтя градуировку, поглощение в фильтре и нормировку на количество запусков лазера N0 получают формулу (1).

Предлагаемый способ измерения поглощений дозы ионизирующего излучения позволяет расширить диапазон измерений по сравнению с лучшими образцами оборудования индивидуального дозиметрического контроля и измерять поглощенную дозу в

диапазоне 10 - 10 Гр, причем время измерения не превышает 1-2 мин.

Формула изобретения Способ измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения, основанный на освещении радиофотолюминесцентного дозиметра импульсами возбуждения ультрафиолетового излучения и регистрации фотонов люминесценции после каждого импульса возбуждения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, после каждого импульса возбуждения формируют сигналы двух измерительных ворот с параметрами 0.1 мкс Г1 0,5 мкс; 0,5 мкс Ti 2, 10 мкс TI 50 мкс;30 мкс Т2 100 мкс, где TI и Т2 - время задержки ворот; Ti и Та - длительность ворот, первых и вторых соответственно, подсчитывают число импульсов возбуждения N0 за время измере

0

5

ния, после каждого импульса возбуждения подсчитывают числа фотонов люминесценции в первых и вторых измерительных воротах, путем суммирования этих чисел за время измерения отдельно в первых и вторых измерительных воротах находят соответствующие суммарные количества импульсов NI и N2, измеряют интенсивность каждого импульса возбуждения и путем суммирования находят полную интенсивность NM возбуждающего излучения за время измерения и вычисляют поглощенную дозу D по формуле

Ni /„ oN2

D «1021

1

0

NMN0 NW где а - градуировочный коэффициент;

GUI - коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения 1-го светофильтра;

Р - константа дозиметра.

Изобретение относится к ядерной физике, а точнее к области индивидуального дозиметрического контроля, и может быть использовано для определения доз облучения персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, и населения. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Способ основан на освещении радиофотолюминесцентного дозиметра импульсным периодическим УФ-излучением и регистрации фотонов люминесценции. После каждого импульса возбуждения формируют сигналы двух измерительных ворот с параметрами 0,1 мкс *98 Τ₁ *98 0,5 мкс, 0,5 мкс *98 T₁ *98 2,5 мкс

30 мкс *98 Τ₂ *98 100 мкс, 10 мкс *98 T₂ *98 50 мкс, где Τ₁ и Τ₂ - время задержки ворот

T₁ и T₂ - длительность ворот, подсчитывают количество фотонов люминесценции в измерительных воротах, подсчитывают количество импульсов возбуждения за время измерения, измеряют интенсивность возбуждающего УФ-излучения и, сравнивая полученные величины для облучаемого и необлучаемого дозиметров, вычисляют поглощенную дозу ионизирующего излучения. Способ позволяет измерять дозы от естественного радиационного фона до аварийных. Приведено устройство для реализации способа. 1 ил.

2/

22