RU2158938C2 - Multipurpose portable radiometer-spectrometer - Google Patents

Abstract

FIELD: detection and identification of sources of radioactive radiation. SUBSTANCE: portable radiometer-spectrometer has two channels to record nuclear radiation. In this case gamma-channel is made of scintillation crystal conjugate to photoelectric multiplier whose output is coupled to microprocessor system through amplifier of first channel and analog-to-digital converter. Neutron channel includes neutron detector coupled via amplifier of second channel and discriminators to microprocessor system with outputs to display and computer. Portable radiometer-spectrometer is supplemented with stabilization system incorporating light-emitting diode conjugate to photoelectric multiplier and connected to current pulse generator whose input is coupled to output of microprocessor system, with amplification stage controlled by microprocessor system and digital temperature-sensitive element whose output is coupled to microprocessor system. EFFECT: expanded functional capabilities of radiometer-spectrometer thanks to elimination of necessity of systematic calibration of gamma-channel. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области обнаружения и идентификации источников радиоактивных излучений и может быть использовано для осуществления контроля за перемещением делящихся и радиоактивных материалов, экологического мониторинга, в передвижных радиологических лабораториях, службах радиационного контроля и т.п. The invention relates to the field of detection and identification of sources of radioactive radiation and can be used to monitor the movement of fissile and radioactive materials, environmental monitoring, in mobile radiological laboratories, radiation monitoring services, etc.

В качестве аналога рассмотрим портативный индикатор ионизирующего излучения [1] , состоящий из газоразрядной трубки, узла контроля питания, схемы усиления и формирования одиночной серии импульсов, в которую введен узел контроля схемы на ложные срабатывания от помех, неисправностей и т.д. Схема усиления и формирования выполнена в виде ждущего генератора одиночной серии импульсов. As an analogue, we consider a portable ionizing radiation indicator [1], which consists of a gas discharge tube, a power control unit, a gain circuit and the formation of a single series of pulses, into which a circuit control unit for false responses from interference, malfunctions, etc. is introduced. The amplification and shaping circuit is designed as a standby generator of a single series of pulses.

Серия импульсов индуцируется звуковым и световым индикатором. В индикатор введены импульсный детектор и зарядная цепь для ждущего режима работы. A series of pulses is induced by a sound and light indicator. The indicator includes a pulse detector and a charging circuit for standby operation.

Недостатком данного устройства является невозможность идентификации обнаруживаемых источников радиоактивных излучений. The disadvantage of this device is the inability to identify detectable sources of radioactive radiation.

В качестве прототипа рассмотрим устройство [2], предназначенное для спектрометрии ионизирующих излучений, имеющее 2 сцинтилляционных блока, сопряженных с фотоэлектронными умножителями, и регистрирующее как гамма-кванты, так и нейтроны. As a prototype, we consider a device [2], intended for spectrometry of ionizing radiation, having 2 scintillation units coupled to photoelectron multipliers, and detecting both gamma quanta and neutrons.

Недостатком данного устройства является неточность измерения спектров ионизирующих излучений, вызванная температурной нестабильностью элементов устройства. The disadvantage of this device is the inaccuracy of measuring the spectra of ionizing radiation caused by the temperature instability of the elements of the device.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно - устранение необходимости систематической калибровки гамма-канала. The aim of the invention is to eliminate this drawback, namely, eliminating the need for systematic calibration of the gamma channel.

Цель достигается тем, что в устройство, предназначенное для спектрометрии ионизирующих излучений, регистрирующее ядерные излучения, содержащее два канала регистрации ядерных излучений, при этом гамма-канал состоит из сцинтилляционного кристалла, сопряженного с фотоэлектронным умножителем, выход которого через усилитель гамма-канала и аналого-цифровой преобразователь связан с микропроцессорной системой, в состав гамма-канала дополнительно введена система стабилизации, включающая светодиод, сопряженный с фотоэлектронным умножителем и соединенный с импульсным генератором тока, вход которого связан с выходом микропроцессорной системы, управляемый микропроцессорной системой каскад усиления, расположенный между усилителем гамма-канала и его аналого-цифровым преобразователем, и цифровой датчик температуры, выход которого связан с микропроцессорной системой, а нейтронный канал состоит из детектора нейтронов, связанного через усилитель второго канала и дискриминаторы с микропроцессорной системой, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ. The goal is achieved in that in a device designed for spectrometry of ionizing radiation, detecting nuclear radiation, containing two channels for detecting nuclear radiation, the gamma channel consists of a scintillation crystal coupled to a photoelectron multiplier, the output of which is through the gamma channel amplifier and analog the digital converter is connected to the microprocessor system; the stabilization system, which includes an LED coupled to a photoelectronic multiplier, is additionally introduced into the gamma channel and connected to a pulsed current generator, the input of which is connected to the output of the microprocessor system, a gain stage controlled by the microprocessor system located between the gamma channel amplifier and its analog-to-digital converter, and a digital temperature sensor, the output of which is connected to the microprocessor system, and the neutron channel consists from a neutron detector connected through an amplifier of the second channel and discriminators with a microprocessor system having outputs to a display and a computer.

На чертеже представлена блок-схема устройства, где:
1 - сцинтилляционный кристалл,
2 - ФЭУ,
3 - усилитель первого канала,
4 - АЦП,
5 - микропроцессорная система,
6 - детектор нейтронов,
7 - усилитель второго канала,
8 - дискриминаторы,
9 - дисплей,
10 - светодиод,
11 - импульсный генератор тока,
12 - управляемый каскад усиления,
13 - цифровой датчик температуры.The drawing shows a block diagram of a device where:
1 - scintillation crystal,
2 - PMT,
3 - amplifier of the first channel,
4 - ADC,
5 - microprocessor system,
6 - neutron detector,
7 - amplifier of the second channel,
8 - discriminators,
9 - display
10 - LED
11 - pulse current generator,
12 - controlled gain stage,
13 is a digital temperature sensor.

Прибор имеет два встроенных канала регистрации ядерных излучений: гамма и нейтронный. The device has two built-in channels for detecting nuclear radiation: gamma and neutron.

Гамма-канал состоит из сцинтилляционного кристалла 1, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 2, усилителя 3, управляемого каскада усиления 12, светодиодной системы стабилизации. The gamma channel consists of a scintillation crystal 1, a photomultiplier tube (PMT) 2, an amplifier 3, a controlled amplification stage 12, and an LED stabilization system.

Световые вспышки, образующиеся в кристалле 1, при прохождении ядерного излучения, регистрируются ФЭУ 2, усиливаются усилителем 3, дополнительным каскадом 12 и подаются на вход амплитудно-цифрового преобразователя (АЦП) 4. Light flashes formed in the crystal 1, during the passage of nuclear radiation, are recorded by a PMT 2, amplified by an amplifier 3, an additional cascade 12 and fed to the input of an amplitude-to-digital converter (ADC) 4.

Стабилизация гамма-канала осуществляется по реперному пику, образующемуся в гамма-спектре при засветке ФЭУ световыми импульсами от специального светодиода 10. Светодиод запитывается импульсным генератором тока 11, управляемым микропроцессорной системой 5. Микропроцессорная система определяет положение реперного пика и затем поддерживает его положение в заданных пределах путем управления по специальной программе коэффициентом усиления управляемого каскада 12 с учетом данных температурного датчика 13. The gamma channel is stabilized by the reference peak formed in the gamma spectrum when the PMT is illuminated by light pulses from a special LED 10. The LED is powered by a pulse current generator 11 controlled by a microprocessor system 5. The microprocessor system determines the position of the reference peak and then maintains its position within specified limits by controlling according to a special program the gain of the controlled cascade 12, taking into account the data of the temperature sensor 13.

Нейтронный канал содержит детектор 6 в виде трубок, помещенных в замедлитель из полиэтилена. Сигналы детекторов усиливаются усилителем 7, отбираются по амплитуде с помощью дискриминаторов 8 и далее обрабатываются микропроцессорной системой 5. The neutron channel contains a detector 6 in the form of tubes placed in a moderator made of polyethylene. The signals of the detectors are amplified by the amplifier 7, are selected by amplitude using discriminators 8 and then processed by the microprocessor system 5.

В результате введения системы стабилизации появилась возможность проводить идентификацию радиоактивных источников в широком диапазоне температур и входных загрузок без применения внешней ЭВМ и дополнительных калибровок по энергии. As a result of the introduction of the stabilization system, it became possible to identify radioactive sources in a wide range of temperatures and input loads without the use of an external computer and additional energy calibrations.

Проведенные испытания подтвердили возможность идентификации устройством изотопов Am-241, Ba-133, Co-57, Co-60, Cs-137, K-40, Mn-54, Sn-113, Th-232, U-235, U-238 в диапазоне температур от -20^oC до +50^oC.The tests carried out confirmed the possibility of the device identifying the isotopes Am-241, Ba-133, Co-57, Co-60, Cs-137, K-40, Mn-54, Sn-113, Th-232, U-235, U-238 in the temperature range from -20 ^o C to +50 ^o C.

Литература
1. А.С. 1764432 от 20.04.91.Literature
1. A.S. 1764432 from 04.20.91.

2. Патент RU 2071089 C1. 2. Patent RU 2071089 C1.

Claims (1)

Универсальный портативный радиометр-спектрометр, регистрирующий ядерные излучения, отличающийся тем, что содержит два канала регистрации ядерных излучений, при этом гамма-канал состоит из сцинтилляционного кристалла, сопряженного с фотоэлектронным умножителем, выход которого через усилитель гамма-канала и аналого-цифровой преобразователь связан с микропроцессорной системой, в состав гамма-канала дополнительно введена система стабилизации, включающая светодиод, сопряженный с фотоэлектронным умножителем и соединенный с импульсным генератором тока, вход которого связан с выходом микропроцессорной системы, управляемый микропроцессорной системой каскад усиления, расположенный между усилителем гамма-канала и его аналого-цифровым преобразователем, и цифровой датчик температуры, выход которого связан с микропроцессорной системой, а нейтронный канал состоит из детектора нейтронов, связанного через усилитель второго канала и дискриминаторы с микропроцессорной системой, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ. A universal portable radiometer spectrometer that detects nuclear radiation, characterized in that it contains two channels for detecting nuclear radiation, the gamma channel consists of a scintillation crystal coupled to a photomultiplier tube, the output of which is connected to a gamma channel amplifier and an analog-to-digital converter microprocessor system, the gamma channel additionally introduced a stabilization system, including an LED, coupled to a photomultiplier tube and connected to a pulse a current generator, the input of which is connected to the output of the microprocessor system, controlled by the microprocessor system, an amplification stage located between the gamma channel amplifier and its analog-to-digital converter, and a digital temperature sensor, the output of which is connected to the microprocessor system, and the neutron channel consists of a neutron detector, connected through an amplifier of the second channel and discriminators with a microprocessor system having outputs to a display and a computer.