Способ измерения параметров поля ионизирующего излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01T1/02 

00

ел

Область использования: ядерная физика, а именно способы для измерения параметров полей ионизирующих излучений (дозиметрия) и устройства для их реализации. Сущность изобретения: для уменьшения погрешности измерения параметров поля ионизирующего излучения, связанной е энергией поля, при расширении границ энергетического диапазона регистрации, и расширения функциональных возможностей путем разделения всего энергетического диапазона регистрации выбранного параметра поля на ряд поддиапазонов и, тем самым формирования заданного числа параллельных каналов обработки, задания в каждом канале обработки соответствующего коэффициента прореживания при измерении параметра поля, импульсные сигналы с выхода спектрометрического детектора излучений, имеющие один из параметров (амплитуда или длительность), пропорциональный энергии принятого кванта поля, селектируют по каналам обработки в соответствии с величиной парамет- ра селекции (амплитуда или длительность), в каждом канале обработки импульсные последовательности прореживают в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и затем объединяют прорежение последовательности всех каналов в одну импульсную последовательность, у которой измеряют интенсивность как величину, пропорциональную параметру поля ионизирующего излучения, выбранному для измерения. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. СО С

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно, к способам и устройствам для измерения мощностей доз (экспозиционной, эквивалентной и поглощенной) ионизирующего излучения. Данный класс измерений ионизирующих излучений относится к области дозиметрических измерений, т.е. используется для измерения энергий, переносимых ионизирующими излучениями или передаваемых объектам, находящимся в полях излучений.

Наиболее близким по сущности заявляемому способу является способ измерения параметра поля ионизирующего излучения, служащем для измерения, в данном случае, мощности экспозиционной дозы (МЭД). Способ-прототип содержит следующую последовательность операций: перед измерением МЭД задают минимальный порог энергетического диапазона регистрации поля ионизирующего излучения в виде напряжения постоянного тока и выбирают

со

необходимый диапазон измерения МЭД, при измерении с помощью спектрометрического детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергии квантов поля, преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электричевский сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии кванта поля, селектируют импульсы сигналов по амплитуде в соответствии со значением минимального порога, нормируют отеелектированные импульсы по амплитуде и длительности, измеряют интенсивность нормированной импульсной последовательности, пропорциональной величине МЭД, и индицируют результат измерения.

Работу способа-прототипа рассмотрим на примере его реализации в приборе СРП- 68. Структура устройства приведена на фиг.2, где

1 - спектрометрический детектор излучений (СДИ),

1,1- сцинтилляционный датчик,

2 - усилитель-преобразователь (УП),

3 - блок параметрической селекции (БПС),

7 - формирователь измерительных импульсов (ФИ И),

9 - интегратор,

10 - управляемый аттенюатор (УА),

11 - блок измерения постоянной составляющей (Б И СП),

12 - индикатор,

13 - задатчик диапазона измерения (ЗДИ), ..

14 - задатчик порога (ЗП), П - порог, НП - нижний порог. Отметим следующие особенности. СДИ 1 состоит из оптически связанных сцинтил- ляционного датчика 1.1 и ФЭУ 1.2, выход которого является выходом детектора 1. Энергетический порог селекции в приборе задается при его изготовлении и соответствует энергии в 25 кэВ. ЗП 14 представляет собой резистивный делитель постоянногр напряжения со стабилитроном и подключается к источнику питания прибора. БСП 3 в данном случае является амплитудным селектором и его реализация приведена на фиг.З, где 3.1 - пороговый элемент, 3.6 - ключевой элемент. Селектор выполняет операцию

А

Авх, Авх НП, вых Ч

(.0,,

где Авых - амплитуда выходного сигнала БСП 3, Авх амплитуда входного сигнала БСП 3. Перед измерением МЭД с помощью ЗДИ 13, коммутирующего резистивные це5 пи делителя УА 10, задают диапазон измерения измеряемого параметра поля. Затем включают питание устройства и проводят измерение МЭД. С помощью СДИ 1 принимают кванты поля ионизирующего излучеЮ ния, где они преобразуются в электрические заряды на выходе ФЭУ 1.1. Далее, каждый заряд на выходе СДИ 1 с помощью УП 2 преобразуется в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорцио15 нальна энергии кванта поля ионизирующего излучения. Далее импульсные электрические сигналы с выхода УП 2 поступают на вход канала обработки, состоящего из последолвательно соединенных БПС 3 и

20 ФИИ 7. В БПС 3 осуществляется амплитудная селекция входных сигналов в соответствие с выражением (1), Прошедшие селекцию импульсы поступают на вход ФИИ 7, который состоит из последовательно соединен25 ных усилителя - ограничителя и ждущего мультивибратора (ЖМ). Усилитель-ограничитель используется для обострения переднего фронта импульса, по которому осуществляется запуск ЖМ, что необходимо

30 для его стабильного запуска. ЖМ вырабатывает нормированные по амплитуде и длительности измерительные импульсы. Затем измеряют интенсивность нормированной последовательности измерительных им35 пульсов, которая пропорциональна МЭД. В данном устройстве реализован аналоговый метод измерения интенсивности, который основан на выделении постоянной составляющей импульсной последовательности в

40 виде напряжения постоянного тока и его последующего измерения. Данные операции осуществляются с помощью интегратора 9, где выделяется постоянная составляющая. Причем постоянная времени

45 интегрирования интегратора 9 задается равной максимально возможному периоду следования импульсов, тогда постоянное напряжение на выходе интегратора 9 будет соответствовать фоновому значению изме50 ряемой МЭД. В УА 10 напряжение с выхода интегратора 9 приводится к необходимому диапазону измерения, определяемому БИСП 11 и индикатором 1-2, а ЗДИ 13 будет определять заданный диапазон изменения

55 МЭД, в котором проводится измерение. В устройстве операции измерения постоянной составляющей и индикации результатов измерения совмещены. Они осуществляются с помощью стрелочного прибора, объеди- няющего функции БИСП 11 и индикатора 12,

который одновременно измеряет величину постоянного напряжения и индицирует результат измерения в виде угла поворота стрелки прибора вдоль шкалы. Таким образом, на индикаторе 12 индицируется измеренное значение МЭД поля ионизирующего излучения.

Рассмотренный способ-прототип измерения параметров поля ионизирующего излучения имеет один основной недостаток - точность измерения (погрешность) существенно зависит от энергетического спектра поля ионизирующего излучения. Это связано с большой разницей между эффективным атомным номером сцинтилляционного кристалла и воздуха (при измерении МЭД). Сказанное, иллюстрируется.фиг.66, где приведена зависимость (Е) - отношения массовых коэффициентов истинного поглощения излучения в материале рабочего тела детектора и в воздухе от энергии поля ионизирующего излучения. А погрешность .измерения МЭД ОЕ , связанная с энергией излучения, пропорциональна р, (Е). В качестве иллюстрации этого недостатка могут быть .рассмотрены результаты измерения МЭД на местности, загрязненной в результате аварии на ЧАЭС. Так показания прибора СРП-68-01 в первые несколько недель после аварии превышали истинное значение МЭД в 3-3,5 раза, измерения проводились в правой части кривой /г-i (Е) при больших энергиях поля, Через несколько месяцев, по мере распада и изменения спектрального состава излучения, переход в левую часть кривой, показания прибора СРП-68-01 превышали истинное значение МЭД в 2-2,5 раза. Поэтому минимальную погрешность измерения ОЕ , связанную с энергией поля, способ дает только в середине диапазона. Из-за этого вводится нижний порог измерения по энергии и определяется верхняя граница энергии, причем значения Emin - пороговой энергии и Emax максимально допустимой энергии/такие, что

ОЕ (Emin) ОЕ (Emax) OEmax

. погрешности измерения не превосходят максимально допустимой погрешности измерения по энергии. Таким образом задается среднее значение погрешности измерения по энергии излучения ОЕ во всем диапазоне регистрации Emm, , хотя, возможно для энергий, лежащих внутри диапазона ДЕ

ОЁ OiEmax

Известные способы устранения этих недостатков не снимают проблемы зависимости СГЕ (Е), а только, в той или иной степени, ослабляют ее. Самый простой способ - это создание детектора, чувствительный объем которого заполняет вещество, адекватное

5 по своим физическим свойствам веществу, в котором необходимо измерить соответствующий эффект. Но создание такого детектора сложно и практически невозможно, так как получается, что для каждого вида веще0 ства необходимо иметь свой детектор, а это нереально. Второй способ - введение соответствующего управления регистрацией импульсов. Но для этого надо знать функциональную связь параметров выход15 ных сигналов детектора с энергией излучения, то есть необходима априорная информация о энергетическом спектре поля ионизирующего излучения. Ее обычно нет, а если необходимо получить, тс ис0. пользуются другие способы, получения, например, радиометрические, что требует дополнительных аппаратных и временных затрат. Способ-прототип является компро- мисом между двумя описанными методика5 ми, так как не требует подбора детекторов и обеспечивает усредненную погрешность

. измерений по энергии во всем диапазоне регистрации, но на краях диапазона эта погрешность существенно возрастает, что яв0 ляется крупным недостатком способа. Кроме того; для измерения других дозиметрических параметров, например, мощности или поглощенной,или эквивалентной дозы, .способ-прототип требует смены детектора.

5 Например, при измерении мощности эквивалентной дозы требуется применение тка- неэквивалентного детектора или проведение дополнительной обработки результатов измерения. Это существенно сни0 жает функциональные возможности, способа-прототипа.

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения параметров поля ионизирующего излучения, связанной с

5 энергией поля, при расширении границ энергетического диапазона регистрации, и. расширение функциональных возможностей путем измерения мощностей поглощенной и эквивалентной доз излучения.

0 Для достижения указанной цели в способ измерения параметров поля ионизирующего излучения, основанный на том, что перед измерением мощности экспозиционной дозы излучения задают минимальный

5 порог энергетического диапазона регистрации поля в виде напряжения постоянного тока и выбирают необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поля, при измерении с помощью спектрометрическиго детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергиям квантов поля, преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии кванта поля, селектируют импульсы сигналов в соответствии со значением минимального порога, нормируют от- селектированные импульсы по амплитуде и длительности, измеряют интенсивность нормированной импульсной последовательности, пропорциональной величине измеряемого параметра поля, и индицируют результат измерения, введены следующие операции: перед измерением разделяют заданный энергетический диапазон регистрации поля ионизирующего излучения на ряд энергетических поддиапазонов с помощью порогов в виде напряжений постоя иного тока, формируя соответствующее число параллельных каналов обработки, и задают в каждом канале обработки коэффициент прореживания, при измерении параметра поля проводят параметрическое преобразование электрических зарядов, соответствующих энергиям принятых квантов поля, в импульсные электрические сигналы, амплитуда (или длительность) которых пропорциональна величине заряда, а длительность (или амплитуда) - фиксированная, одновременно в каждом канале обработки проводят параметрическую селекцию импульсов электрических сигналов по амплитуде (или длительности), сравнивая ее с порогами канала обработки, прореживают импульсы отсел ектиро ванн ой последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и, после нормировки, перед измерением интенсивности потока, объединяют прореженные нормированные последовательности импульсов всех каналов обработки в одну импульсную последовательность электрических сигналов.

Введение новых операций в известный способ измерения параметра поля ионизирующего излучения позволяет снизить погрешность измерения, связанную с энергией поля, расширить энергетический диапазон регистрации и выбрать необходимый для измерения параметр поля, а именно, мощность или поглощенной, или экспозиционной или эквивалентной дозы.

Сравнительный анализ операций заявляемого способа и способа-прототипа приведен в таблице.

В известных технических решениях не имеется признаков, сходных с признаками,

отличающими заявляемое решение от прототипа. Наличие новой совокупности признаков в заявляемом способе измерения параметров поля ионизирующего излучения

позволяет обеспечить уменьшение, связанной с энергией поля, погрешности измерения параметров поля при расширении границ энергетического диапазона регистрации и расширение функциональных возможностей.

Рассмотрим теоретическое основание заявляемого способа. Физическую сущность заявляемого способа поясним на примере измерения такого параметра поля

ионизирующего излучения (гамма-излучения) как мощность экспозиционной дозы (МЭД). Возможность применения различных детекторов, (датчиков) - Д, ионизирующего излучения для цели измерения МЭД с

теоретической точки зрения достаточно известны. Для Д, вырабатывающих один выходной электрический импульс на каждый поглощенный в рабочем теле квант поля ионизирующего излучения, справедливо соотношение

M/D А / А /Л , (2)

где М - зарегистрированное число импульсов, D - истинное значение экспозиционной дозы (ЭД), и, массовые коэффициенты истинного поглощения излучения в материале рабочего тела Див воздухе, соответственно, А - некоторый коэффициент,/л - отношение массовых коэффициентов. Чем сильнее меняется отношение /л от энергии в пределах выбранного энергетического интервала регистрации излучения, тем больше ошибка измерения. Сказанное

поясняется фиг.бб - сплошная кривая, где приводится зависимость /л /л (Е)для пары материалов детектор/воздух. Из графика видно, что максимальная погрешность измерения ЭД присутствует на границах

энергетического диапазона. Традиционно уменьшение погрешности достигалось подбором такого материала рабочего тела Д, у которого / очдет максимально в широком диапазоне энергий. Но подобрать такой материал, особенно для энергий Е 50 кэВ, - задача практически невозможная. В способе-прототипе поэтому можно указать только усредненную во всем диапазоне погрешность измерения

ОЕ . хотя из фиг.бб видно, что она минимальна только в середине диадпазона энергий. При больших энергиях она растет пропорционально Е, а в области малых энергий, Е 50 кэВ, поведение погрешности становится непредсказуемым. Поэтому в устройстве, реализующем способ-прототип, введен НП - нижний порог, ниже которого излучение не регистрируется, а для энергий Е 25 кэВ величина погрешности ОЕ меняется от Отах до Omin . Использование вновь введенных операций заявляемого способа позволяет добиться того, чтобы сделать значение /Л (Е) const в пределах всего диапазона регистрации Emin. Emax, или что то же самое

0(Е) 0Е, Е , Emax, (3)

где ОЕ может быть задано перед измерением. Обычно берут ИЛИ ОЕ OEmln или

ОЕ ОЕ , где ОЕ среднее значение погрешности измерения во всем диапазоне энергий регистрации, a OEmin - минимально достижимое значение погрешности измерения. В общем случае

ОЕ € OEmin , ОЕ .

Покажем возможность этого утверждения. Разобьем диапазон регистрации энергий поля ионизирующего излучения на N поддиапазонов:

Emln НП П1, П2,...,П|,...,Пм. Пм-И ВП Emax. 30

Причем A EI Пц-i - П|, i fc 1, N, (5) - ширина 1-го поддиапазона, а следовательно, и П|, выбирается таким образом, чтобы в пределах A Et (ширины поддиапазона)

/Л (AEi)«const gi.

Величина о определяется значением выбранной СЕ из (4). В общем случае величина о определяет влеичину OIE в каждом ДЕ|. Для того, чтобы все О(Ебыли одинаковы

01 О2 «... «ON «ОЕ

необходимо выполнение следующего условия

Д-Erl й/л(Ё) 1/dE I A Ei I - (8)

пропорциональность ширины поддиа- пазона среднему значению модуля первой производной отношения массовых коэффициентов по энергии в пределах поддиапазо- на. Такое разбиение позволяет в каждом поддиапазоне задавать нормирующий коэффициент kj, при использовании которого выполняется соотношение

ki/л (AEi)« 1

(9)

(пунктирная кривая на фиг.бб). Тогда,

если произвести подсчет импульсов MI в

каждом поддиапазоне A EI, умножить на ki и

просуммировать по всем поддиапазонам, то

получим значение D с заданной ОЕ :

10

kiMi D.

I 1

(Ю)

Анализ кривой /л (Е) показывает, что величина АЕ| зависит от крутизны и, в об- 15 щем случае A EI АЕц-1, т.е. при приближении К Emax ИЛИ вблизи Emin ЧИСЛО

поддиапазонов велико, а их ширина мала. В середине диапазона энергий АЕ| значительно увеличивается. Кроме того ki 1, 20 следовательно из-за дискретного характера воздействия поля ионизирующего излучения можно задавать ki 1/ki 1 ,- коэффициент прореживания импульсных сигналов в A EI, тогда

25

D 2 Mi/kr(11)

i 1

30

35

40

Такой подход к измерению ЭД позволяет не только уменьшить энергетическую составляющую погрешности измерения и сделать ее заданной во всем диапазоне энергией, но и расширить диапазон энергий регистрации, т.е. вместо Emin, Emax

ПОЛУЧИТЬ Emin, Emax, Где Emln И

Emaxi Emax, путем введения дополнительных A EJ с соответствующими kj , пользуясь (6), (8) и (9). Далее, на фиг.ба приведена зависимость /«1(Е)для пары детектор/вода. Анализ этой кривой показывает, что для достижения аналогичной ОЕ разбиение r«i (AEi) на поддиапазоны требует более частого выставления порогов П|, т.к. крутизна кривой в дан- с ном случае большая. Объединив случаи кривых а и б вместе, сформулируем следующие положения:

для достижения заданной погрешности измерения ЭД ОЕ по энергии необходимо CQ выполнение одного условия:

- число разбиений N зависит от крутизны кривой //i (E);

при увеличении энергетических границ

регистрации необходимо вводить новые

ее поддиапазоны со своими коэффициентами.

Отметим, что для заявляемого способа Emin зависит только от чувствительности Д, a Emax определяется радиационной стойкостью прибора, реализующего данный способ.

Если теперь перейти к мощности экспозиционной дозы, которая определяется через интенсивность импульсной последовательности или через скорость счета М и D в (2), то обозначив через Mt - измеренную скорость счета, а через Dt - истинное значение МЭД, получим аналогичное выражение

Mt/Dt (E).(12)

Для выражения (12) справедливы все вышеизложенные выкладки. Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что при его реализации тем же устройством можно измерять и другие виды мощности дозы, а именно, поглощенную и эквивалентную. Для этого необходимо по соответствующим кривым fl (Е) для выбранного вида мощности дозы определить N, ДЕ|, 16(1. М)икг

Перед измерением выбирают вид параметра поля ионизирующего излучения для измерения (мощность или поглощенной или экспозиционной или эквивалентной дозы) и энергетический диапазон регистрации параметра, разделяют заданный, энергетический диапазон на ряд энергетических поддиапазонов с помощью порогов в виде напряжений постяонного тока, формируя соответствующее чиело параллельных каналов обработки, задают в каждом канале обработки коэффициент прореживания и выбирают необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поля, при измерении с помощью спектрометрического детектора излучений принимают кванты поля ионизирующего излучения и преобразуют их в электрические заряды, величина которых пропорциональна энергиям кван- тоа поля, проводят параметрическое преобразование электрических зарядов в импульсные электрические сигналы, амплитуда (или длительность) которых пропорциональна величине заряда, а длительность (или амплитуда)- фиксированная, одновременно в каждом канале обработки проводят параметрическую селекцию импульсов электрических сигналов по амплитуде (или длительности), сравнивая ее с порогами канала обработки, прореживают импульсы отсел ектиро ванн ой последовательности электрических сигналов в соответствии с за- данным коэффициентом прореживания, нормируют по амплитуде и длительности импульсы прореженной последовательности .электрических сигналов, объединяют нормированные последовательности импульсов всех каналов в одну импульсную последовательность, измеряют интенсивность объединенной импульсной последовательности, пропорциональной величине измеряемого параметра, и индицируют результат измерения.

Работу заявляемого способа рассмот- рим на примере устройства, его реализующего.

Структурная схема устройства приведена на фиг,1, где

1 - спектрометрический детектор излу- чений,

2 - усилитель-преобразователь,

3 - блок параметрической селекции, 4 - блок амплитудной нормировки,

5 - счетчик-делитель,

6 - схема совпадений,

7 - формирователь измерительных импульсов, 8 - блок суммирования,

9 - интегратор,

10 - управляемый аттенюатор,

11 -блок измерения постоянной составляющей,

12 - индикатор,

13 - задатчик диапазона измерения, 14.1-14.N+1 - задатчики порогов селекции,

прореживания,

П|, (1, N + 1) - 1-й порог селекции, ВП| - 1-й верхний порог селекции (1, N), НП| - 1-й нижний порог селекции, (1, N),

ВП| по +1), нП| п(0,

IM1.N),. I(1,N).

Устройство, реализующее заявляемый способ измерения параметров поля ионизирующего излучения, содержит последовательно соединенные спектрометрический детектор излучений 1, состоящий из оптически связанных сцинтилляционного датчика 1.1 и фотоэлектронного умножителя 1.2, выход которого является выходом детектора 1, и усилитель-преобразователь 2, N каналов обработки, блок суммирования 8, последовательно соединенные интегратор 9, вход которого соединен с выходом блока суммирования 8, управляемый аттенюатор 10, блок измерения постоянной составляющей 11 и индикатор 12, задатчик диапазона измерения 13, выход которого соединен с управляющим входом управляемого

аттенюатора 10, задатчики порогов селекции 14.1-14.(N + 1), причем выход каждого задатчика порога селекции 14.1, начиная со второго и по М-й, соединен с первым опорным входом каждого, соответствующего по номеру канала обработки и со вторым опор

ным входом каждого предыдущего канала обработки, выход задатчика порога селекции 14.1 соединен с первым опорным входом первого канала обработки, а выход задатчика порога селекции 14.(N + 1) -- с вторым опорным входом N-го канала обработки, задатчики коэффициентов прорежи- вания 15.1-15.N, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих по номеру каналов обработки, выходы которых соединены с соответствующими по номеру входами блока суммирования 8, а входы каналов объединены и соединены с выходом усилителя-преобразователя 2, каждый канал обработки содержит последов.ательно соединенные блок параметрической селекции 3, вход которого является входом канала, а опорные входы являются соответственно первым и вторым опорными входами канала, блок амплитудной нормировки 4 и счетчик-делитель 5, схему совпадений б и формирователь измерительных импульсов 7, выход которого является выходом канала обработки, а вход объединен с входом Сброс счетчика-делителя 5 и соединен с выходом Равно схемы совпадений б, сигнальная группа входов которого соединена с соответствующими выходами счетчика-делителя 5, а опорная группа входов является управляющим входом канала.

Рассмотрим работу устройства. Предварительно отметим следующее. В данной реализации параметрическая селекция импульсов в кадом канале обработки проводится по амплитуде.

Структурная схема блока селекции 3 приведена на фиг.4. Блок содержит пороговые элементы 3.1-3.1.2, усилитель-ограничитель 3,2. ждущий мультивибратор 3.3, сумматор 3.4, селектор отрицательной полярности 3.5, ключевой элемент 3.6 и линию задержки 3.7. Выходной сигнал блока 3 формируется в соответствии с выражением

Ue«x(t)

UBx(t), , О, Авх НГМАвх ВП|, (13)

где Uebix(t) - выходной сигнал блока 3, Uex(t) -входной сигнал 1-го канала обработки, НП| и ВП| - соответственно нижний и верхний пороги 1-го канала обработки, причем

{

НП|-П|,

ВП|-П|+1, ie(l,N),(14)

гДе П) - выходкой сигнал 1-го задатчика порога селекции 14.1, le (1, N + 1); АВх - амплитуда импульса электрического сигнала UBx(t) на входе канала обработки. Измерение интенсивности нормированной импульсной последовательности, как измерение параметра поля, в данном устройстве происходит аналогичным образом как и в

устройстве, реализующем способ-прототип, а именно, прибором СРП-68, и особых пояснений не требует. Интенсивность последовательности измеряется и индицируется с помощью блоков 9-13 на фиг.1, аналогичных по составу и функциям блокам 9-13 на фиг.2. Перед измерением выбирают вид измеряемого параметра поля ионизирующего излучения. Пусть, например, это будет мощ- ность экспозиционной дозы (МЭД), Затем

задаются требуемой ОБ-погрешностью измерения МЭД, определяемой энергией поля, и определяют вид вещества, у которого будет произведено измерение МЭД. Задаются значениями Emin и Emax - минимальной и

максимальной энергиями диапазона регистрации МЭД. По кривым у«1 (Е) для данного вещества и МЭД. в соответствии с изложенной в теоретической части методикой измерения, определяют N и { A Ei}iN - число

каналов обработки и величину i-ro энергетического поддиапазона регистрации, I (1, N), и с помощью задатчиков порогов селекции 14.1-14.N+1, выставляют соответствующие пороги П|, которые дают НП( и ВП( для

каждого значения AEi. В каждом канале обработки по AEi задают значение kj - коэффициент прореживания с помощью задатчика коэффициенте прореживания 15.1, так чтобы выполнялось соотношение (9). Структура спектрометрического детектора излучений 1 также является типовой. С помощью задатчика диапазона измерения 13 задают диапазон изменения МЭД, коммутируя цепи резистивного делителя управляемого аттенюатора 10. После этого устройство готово к проведению измерения. Измерение МЭД происходит следующим образом. Включается питание устройства и с помощью спектрометрического детектора излучений 1 принимаются кванты для ионизирующего излучения. Каждый поглощенный сцинтилляционным датчиком 1.1 квант поля, последовательно преобразуется в поток фотонов света, а затем в фотоэлектронном умножителе 1.2 в электрический заряд, величина которого пропорциональна энергии поглощенного кванта поля ионизирующего излучения. Далее каждый электрический заряд с выхода спектрометрического

детектора излучений 1 в усилителе-преобразователе 2 преобразуется в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине заряда и, соответственно, пропорциональна энергии

кванта поля. Затем электрические сигналы поступают на входы каналов обработки. Рассмотрим, например, работу первого канала обработки. В остальных (N - 1) каналах работа происходит аналогичным образом. Каждый электрический сигнал, поступающий на вход первого канала обработки, сравнивается по амплитуде с верхним и нижним порогами в блоке параметрической селекции 3, в соответствии с выражением (13). Для первого канала

УвыхМ

iWt), НП1 . О, АВх НП1ЛАВх ВП1,

где НГН f1i, , а ГН и П2 выходные сигналы задатчиков порогов селекции 14.1 и 14.2 соответственно. Прошедшие селекцию импульсы с выхода блока 3 поступают на вход блока амплитудной нормировки 4, где каждый импульс усиливается до амплитуды, необходимой для устойчивой работы счетчика-делителя 5. Кроме того, в блоке 4 задается необходимая форма фронтов (переднего или заднего, в зависимости от конкретной реализации счетчика-делителя 5), требуемая для счетчика 5.

Счетчик-делитель 5, схема совпадений б и задатчик коэффициента прореживания 15.1 образуют в канале обработки компрессор импульсных сигналов, который осуществляет прореживание импульсной последовательности отселактированных электрических сигналов в соответствии с заданным .коэффициентом прореживания ki , Пусть есть импульсная последовательность с выхода блока амплитудной нормировки 4

х(пТ), n 0,1,2,..,,

(15)

где Т- средний период повторения. Фактически х(пТ) - это моменты регистрации квантов поля ионизирующего излучения в спектрометрическом детекторе излучений 1. Зададим m - целое, и будем брать только каждый m-й отчет (15). тогда получим последовательность

x(Lr) x(L -mf), 1 0,1,2,..., (16)

со средним периодом повторения Т mf. Операция получения последовательности (16) называется прореживанием, а сама последовательность x(LTO называется прореженной, В нашем случае значение m будем определяться как m ki - коэффициентом прореживания в первом канале и определяться из (10). Пусть, например, ki ° 12.

Тогда на опорном входе схемы совпадений 6 присутствует код числа 12 с выхода задат- чика коэффициента прореживания 15.1. Счетчик-делитель 5 проводит подсчет импульсов, поступающих с выхода блока амплитудной нормировки 4, и на его выходах последовательно появляются коды чисел от 1 до 12. При появлении 12-го счетного импульса коды на сигнальной и опорной груп0 пах входов схемы совпадения 6 станут равными, и на выходе равно схемы 6 появляется сигнал, который сбросит в нулевое состояние счетчик-делитель 5 и, одновременно, поступит на вход формирователя из5 мерительных импульсов 7, Счетчик 5 начнет новый цикл подсчета, и, тем самым, на вход формирователя 7 будет поступать сигнал, соответствующий каждому 12-му отселекти- рованному импульсу первого канала обра0 ботки. Формирователь измерительных импульсов 7 по сигналам прореженной последовательности импульсов формирует нормированные по амплитуде и длительности импульсы, необходимые для измерения

5 интенсивности. Аналогично работают остальные каналы обработки. Отличия заключаются только в значениях порогов и коэффициентов прореживания в каждом канале ВП), НП| и Г, iЈ(1, N). Затем импульсы

0 с выходов всех каналов обработки объединяются в одну импульсную последовательность в блоке суммирования 8, После чего производится измерение интенсивности объединенной импульсной последователь5 ности (аналогично способу-прототипу) с ло- мощью блоков 9-11 и индикация величины МЭД на индикаторе 12.

Рассмотрим подробнее работу и реализацию отдельных блоков устройства. Усили0 тель-преобразователь может быть реализован по схеме, причем данный усилитель.является универсальным. Так, если используется амплитудная селекция импульсов, то сигнал снимается с эмиттера

5 транзистора VT1. При селекции импульсов по длительности выходной сигнал усилителя снимается с эмиттера транзистора VT6, в данном случае величина заряда на выходе спектрометрического детектора излучений

0 1 будет пропорциональна длительности импульса электрического сигнала, а амплитуда фиксированная. Реализация блока амплитудной нормировки 4 для случая, когда счетчик - делитель 5 срабатывает по переднему

5 фронту импульса приведена на фиг.5 и содержит последовательно соединенные уси- литель-ограничитель 4.1, вход которого - вход блока 4, и ждущий мультивибратор 4.2, , выход которого - выход блока 4, Усилитель- ограничитель 4.1 производит нормировку

импульсов по амплитуде, до уровня, необходимого для работы счетчика 5, а ждущий мультивибратор 4.2 формирует фронты импульса, необходимые для устойчивого срабатывания счетчика 5. Формирователь измерительных импульсов 7 может быть реализован на основе ждущего мультивибратора, времязадающие цепи которого определяют необходимую длительность измерительного импульса. Блок суммирования 8 реализует операцию объединения импульсных последовательностей каналов обработки в одну последовательность и может быть реализован на основе N-входовой схемы ИЛИ.

Выбор элементной базы для реализации заявляемого устройства не является в данном случае критичным.

Технические преимущества заявляемого способа и устройства, его реализующего, заключается в снижении погрешности измерения, связанной с энергией поля ионизирующего излучения, за счет разбиения энергетического диапазона измерения на ряд поддиапазонов, число которых и протяженность зависит от требуемой точности измерения и задания в каждом поддиапазоне коэффициента прореживания, что обеспечивает постоянство погрешности измерения в поддиапазонах. Это, в свою очередь, зависит от крутизны кривой/л (Е) в каждом поддиапазоне. Единственное требование на величину поддиапазона A EI - крутизна в нем должна быть постоянной, с точностью до заданной погрешности измерения. Данный подход обеспечивает постоянство основной погрешно.сти измерения во всем диапазоне регистрации. Кроме того, появляется возможность управления погрешностью измерения. При грубых оценках параметра поля, когда не требуется большая точность измерения, можно использовать меньшее число каналов, задавая усредненные коэффициенты прореживания по нескольким поддиапазонам. Использование заявляемого способа позволяет легко изменять границы энергетического диапазона регистрации как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, меняя соответст- . вующим образом значения порогов селекции. Данная особенность заявляемого способа позволяет проводить спектрометрические исследования, заключающиеся в измерении параметра поля в узком диапазоне энергий, когда данный диапазон энергий разбивается на участки, для которых постоянство крутизны кривой (Л- (Е) выполняется точно. Это особенно важно в области малых энергий поля ионизирующего излучения (см. фиг.ба, б). Способ-прототип обеспечить такое изме:

рение принципиально не может. Расширение функциональных возможностей заявляемого способа заключается в способности измерять другие параметры поля только за

счет изменения коэффициентов прореживания, что в случае реализации способа в заявляемом устройстве позволяет иметь один прибор для измерений, а не три, как в устройстве-прототипе, для измерения всех параметров поля. Анализ кривой /л (Е) на фиг.ба показывает, что деление диапазона энергий регистрации поля на 4 поддиапазона позволяет снизить общую погрешность измерения с 10% (что является паспортным

значением для прибора СРП-68) до 6%, за счет снижения энергетической составляющей погрешности измерения с 8% до 4%. Выигрыш по точности измерения составляет 2 раза.

Формула изобретения

минимального порога, нормируют отселек- тированные импульсы пр амплитуде и длительности, измеряют интенсивность нормированной импульсной последовательности, пропорциональной величине измеряемого параметра поля, и индицируют результат измерения, отличающийся тем, что перед измерением разделяют заданный энергетический диапазон регистрации поля ионизирующего излучения на ряд

энергетических поддиапазонов с помощью порогов в виде напряжений постоянного тока, формируя соответствующее число параллельных каналов обработки, и задают в каждом канале обработки коэффициент

прореживания, при измерении параметра поля проводят параметрическое преобразование электрических зарядов, соответствующих энергиям принятых квантов поля, в импульсные электрические сигналы, амплитуда (или длительность) которых пропорциональна величине заряда, а длительность (или амплитуда) зафиксирована, одновременно в каждом канале обработки проводят параметрическую селекцию импульсов электрических сигналов по амплитуде (или длительности), сравнивая ее с порогами канала обработки, прореживают импульсы отсел ектиро ванн ой последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания и после нормировки импульсов перед измерением интенсивности потока объединяют нормированные прореженные последовательности импульсов всех каналов обработки в одну импульсную последовательность электрических сигналов.

If п/п

Способ-прототип

1 Задают минимальный порог энергетического диапазона регистрации поля ионизирующего излучения в виде напряжения постоянного тока

2Задают (N-l) порогов в виде напряжений постоянного тока, разделяя энергетический диапазон регистрации поля ионизирующего излучения на N энергетических поддиапазонов, формируя, тем самым, Н параллельных каналов обработки.

3Выбирают вид измеряемого параметра поля

(j. Задают в каждом канале обработки коэффициент

прореживания

5 Выбирают необходимый диапазон изменения измеряемого параметра поля.

6 Принимают с помощью спектрометрического детектора излучений кванты поля ионизирующего излучения.

7 Преобразуют каждый принятый квант в электрический заряд, величина которого пропорциональна энергии кванта.

ляющим входом аттенюатора, и первый за- датчик порога, соединенный с первым опорным входом канала, отличающее-ся тем, что введены N - 1 идентичные каналы обработки, информационные входы которых соединены с информационным входом первого канала, блок суммирования, первый - N-й входы которого соединены с выходами соответственно первого - N-ro каналов обработки, а выход - с входом интегратора, (N - первый) - (N 4- первый) задат- чики порогов и первый - N-й задатчики коэффициентов прореживания, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого - N-ro каналов обработки, причем первый опорный вход (N - первого)- N-ro канала соединен соответственно с выходом (N - первого) - N-ro задат- чика порога, и, кроме того, (N - первый) - (N + первый) задатчик порога соединен с вторым опорным входом соответственно .(N - первого) - N-ro канала, а в каждый канал введены блок амплитудной нормировки, вход которого соединен с выходом блока параметрической селекции, счетчик-делитель и схема совпадений, причем счетный вход счетчика-делителя соединен с выходом блока амплитудной нормировки, а выходы - с первыми входами элемента совпадений, выход Равно которого соединен с объединенными входом Сброс счетчика-делителя и входом формирователя измерительных импульсов, а группа опорных входов элемента совпадений является управляющим входом канала, второй опорный вход блока параметрической селекции является вто- рым опорным входом канала.

Заявляемый способ

Продолжение таблицы

Сравнительный анализ операций, выполняемых заявляемым способом и способэм-прототипом

N

п/п

Способ-прототип

8 Преобразуют каждый электрический заряд в импульсный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии кванта, а длительность фиксированная,

или длительность которого пропорциональна энергии кванта, а амплитуда - фиксированная.

9 Селектируют импульсы электрических сигналов в соответствии со значением минимального порога.

В каждом канале одновременно:

ЮПроводят параметрическую селекцию импульсов,

сравнивая его амплитуду (или длительность) с порогами канала.

11Прореживают импульсы отселектированной последовательности электрических сигналов в соответствии с заданным коэффициентом прореживания.

12 Нормируют по амплитуде и длительности импульсы электрических сигналов.

13Объединяют нормированные импульсные последовательности, всех каналов в одну импульсную последовательность

И Измеряют интенсивность импульсной последовательности, пропорциональную величине измеряемого параметра поля ионизирующего излучения,

15 Индицируют результат измерения.

fl/W-0/7

П()

f

2T/F

ш

ПН

ВП(Н-1) .

« нпз

ВП2

Щ

Канал 2

пг

о

Заявляемый способ

IV

Канал N

о

Ј

Фиг./

блокЗ

л Л

te

L Т5

-j)- --- fe 3

..«.- - - - - ..----. Ч/« - ... .

.Ji.....-..-. г.1|

Ф«г,4

Йиг 2

ч I i

zry i

блок 4

Фиг. 5

JHf (детектпо/з/fdda)

25

50

Л JM (детектор /Воздух)

AW,,,

В 7 Б

5

4

3

25

50

mm

Фиг. В

E,K9B

H-1 N

1000 1050 1100

,. f,5

777ОЛ