Пристрій для контролю якості джерела води і реєстрації присутності b-частинок та детектор радіоактивного випромінювання для реєстрації радіоактивних частинок малої енергії

1. Устройство для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц, содержащее флуоресцентный радиационный преобразователь, средства для обеспечения непосредственного тесного взаимодействия воды с флуоресцентным радиационным преобразователем, чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них, отличающееся тем, что флуоресцентный радиационный преобразователь выполнен в виде пучка сцинтиллирующих оптических волокон, чувствительных к бета-излучению малой энергии, каждое из которых имеет твердую сердцевину и тонкий слой оболочки, покрывающий практически всю внешнюю поверхность сердцевины практически по всей длине сердцевины, и красящую добавку, диспергированную в тонком слое оболочки, такую,что при взаимодействии радиоактивной бета-частицы малой энергии с тонким слоем оболочки оптического волокна энергия частицы преобразуется в некоторое число фотонов, каждый из которых имеет частоту энергии излучения, определяемую красящей добавкой, и хотя бы один фотон проходит через волокно к первому концу за счет полного внутреннего отражения, а чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них оперативно связаны с первыми концами оптических волокон пучка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства, обеспечивающие непосредственное тесное взаимодействие воды с волокнами пучка, включают корпус, в котором расположен пучок во C2 (54) ПРИСТРIЙ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЯКОСТI ДЖЕРЕЛА ВОДИ I РЕЄСТРАЦIЇ ПРИСУТНОСТI БЕТА-ЧАСТИНОК ТА ДЕТЕКТОР РАДIОАКТИВНОГО ВИПРОМIНЮВАННЯ ДЛЯ РЕЄСТРАЦIЇ РАДIОАКТИВНИХ ЧАСТИНОК МАЛОЇ ЕНЕРГIЇ 37270 13. Детектор радиоактивного излучения для регистрации радиоактивных частиц малой энергии, содержащий хотя бы одно оптическое волокно, каждое из которых содержит твердую длинную сердцевину и тонкий слой оболочки, покрывающий всю внешнюю поверхность сердцевины по всей длине сердцевины, и чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них, отличающийся тем, что каждое оптическое волокно содержит красящую добавку, диспергированную в тонком слое оболочки, такую, что при взаимодействии радиоактивной бета-частицы малой энергии с тонким слоем оболочки оптического волокна энергия частицы преобразуется в некоторое число фотонов, каждый из которых имеет частоту энергии излучения, определяемую красящей добавкой, и хотя бы один фотон проходит по волокну к его концу за счет полного внутреннего отражения, а чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них оперативно соединены с концом хотя бы одного оптического волокна. 14. Детектор радиоактивного излучения по п. 13, отличающийся тем, что чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них содержат фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов. 15. Детектор радиоактивного излучения по п. 14, отличающийся тем, что сердцевина оптического волокна выполнена из прозрачного полистирола или из прозрачного полиметилметакрилата. 16. Детектор радиоактивного излучения по п. 15, отличающийся тем, что тонкий слой оболочки содержит полистирол. 17. Детектор радиоактивного излучения по п. 16, отличающийся тем, что тонкий слой оболочки из полистирола имеет толщину от 2 до 20 мкм. 18. Детектор радиоактивного излучения по п. 17, отличающийся тем, что толщина оболочки из полистирола составляет до 10 мкм. 19. Детектор радиоактивного излучения по п. 13, отличающийся тем, что красящая добавка содержит флуоресцентный краситель, имеющий видимую световую составляющую одного из цветов: синего, зеленого, красного или желтого. 20. Детектор радиоактивного излучения по п. 13, отличающийся тем, что тонкая оболочка содержит полистирол. 21. Детектор радиоактивного излучения по п. 20, отличающийся тем, что тонкий слой оболочки из полистирола имеет толщину от 2 до 20 мкм. 22. Детектор радиоактивного излучения по п. 21, отличающийся тем, что красящая добавка содержит до 2% синего флуоресцентного красителя в тонкой оболочке из полистирола. 23. Детектор радиоактивного излучения по п. 21, отличающийся тем, что чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них содержат фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов. ____________________ Настоящее изобретение относится к оптическим волокнам и к системам обнаружения радиоактивных частиц, в которых используются оптические волокна, в частности, к оптическому волокну и детектору радиоактивного излучения, в котором используется это оптическое волокно, служащим для обнаружения бета-частиц, образующихся при распаде трития (ЗH). В патенте США № 5500054 описан сверхизлучающий световод со сверхизлучающим материалом внутри прозрачной основы, покрытой отражательной оптической оболочкой. Было предложено использовать этот световод, например, в ядерном реакторе, где тепловая энергия, образующаяся при ядерном распаде, будет возбуждать сверхизлучающий материал, который будет излучать фотоны. Основа и оболочка обеспечивают отражательное пропускание света в коллекторы. Таким образом, в патенте США № 5500054 описано устройство, преобразующее энергию. В патенте США № 5153931 описан волоконно-оптический датчик водорода, в регистрационной камере которого находится свернутое в спираль оптическое волокно, подвергаемое воздействию газа. Если газ содержит водород, то водород будет поглощен оболочкой из кремнезема, в результате чего изменятся показатель преломления и удельный коэффициент пропускания фотонов оптическим волокном. Детектор регистрирует поглощение оптическим волокном инфракрасного излучения, свидетельствующее о присутствии во дорода. В патенте указано, что толщина оболочки должна составлять около 20 микрон, а волокно может состоять из полимерной оболочки из легированного кремнезема, покрывающей сердцевину волокна из кварцевого стекла. Однако, в патенте нет указаний на то, что необходимо или желательно использование материала, легированного флуоресцентными добавками. В известных детекторах радиоактивного излучения широко применяются выпускаемые промышленностью оптические волокна с сердцевинами из окрашенного полистирола и оболочками из полиметилметакрилата C5H8О2 (РММА). В детекторах радиоактивного излучения, в которых используются оптические волокна такого типа, обычно имеется пучок из одного или нескольких волокон, соединенных с фотодетектором. Когда легированная сердцевина волокна поглощает радиоактивное излучение, часть энергии радиоактивной частицы преобразуется в видимые фотоны с частотой энергии излучения, определяемой по частоте энергии излучения красителя, использованного для легирования сердцевины волокна. Оптическое волокно проводит эти видимые фотоны, отражающиеся от внутренних поверхностей сердцевины и оболочки, к фотодетектору. Детекторы, в которых применяются оптические волокна с легированными сердцевинами, достаточно эффективно регистрируют большинство видов радиоактивного излучения, но оказываются 2 37270 неэффективными, когда необходимо регистрировать радиоактивное излучение малой энергии. Радиоактивное излучение малой энергии, такое как бета-частицы, образующиеся при распаде трития, оказывается полностью поглощенным оболочкой оптического волокна и не достигает чувствительной сердцевины, легированной красителем. Энергия, поглощенная акриловой (РММА) оболочкой, рассеивается в виде тепловой энергии, а не в виде обнаружимых фотонов. Попытки уменьшить поглощение радиоактивного излучения малой энергии за счет применения более тонких оболочек бессмысленны. Средняя энергия бета-частицы трития составляет 5,6 кэВ, и оболочка толщиной в 1 мкм легко поглощает ее. Такое значение толщины гораздо меньше тех, использование которых на практике целесообразно. Один известный способ регистрации бетачастиц трития предусматривает смешивание анализируемого образца с жидким сцинтиллятором, обеспечивающее соприкосновение трития с активным материалом. Полученную смесь помещают в сцинтилляционный счетчик с набором фотоэлектронных умножителей, регистрирующий оптические фотоны, образующиеся при сцинтилляциях, как правило, при помощи метода совпадений, энергетической дискриминации и дискриминации по форме импульса. Осуществляется также экранирование для минимизации фоновых ошибок и влияния помех. Этот известный способ, называемый способом подсчета сцинтилляций в жидкости, характеризуется достаточными чувствительностью и точностью. Однако, в промышленных масштабах отбор образцов, ведение документации и лабораторный анализ являются трудоемкими процессами, требующими больших затрат времени и средств. Нередко приходится значительное время ожидать результатов испытаний. Кроме того, за счет отработанных жидких сцинтилляционных смесей возрастает количество отходов, а необходимость в регулярном проведении испытаний увеличивает их стоимость. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению "Устройство для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц" является выбранный в качестве прототипа детектор для контроля трития, содержащий флуоресцентный радиационный преобразователь, средства для обеспечения непосредственного тесного взаимодействия воды с флуоресцентным радиационным преобразователем и чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них. При этом флуоресцентный радиационный преобразователь выполнен в виде набора светопрозрачных листов, средства для обеспечения непосредственного тесного взаимодействия воды с флуоресцентным радиационным преобразователем выполнены в виде кубической ячейки из оргстекла, а чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них представляют собой два фотоумножителя, которые обозревают ячейку с противоположных сторон (см. Nuclear instruments and methods, 77 (1970), с. 170-172). У заявляемого объекта "Устройство для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц" и прототипа совпадают следующие существенные признаки: каждое из устройств содержит флуоресцентный радиационный преобразователь, средства для обеспечения непосредственного тесного взаимодействия воды с флуоресцентным радиационным преобразователем, чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них. Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при его использовании препятствуют следующие причины. Излучаемые тритием бета-частицы имеют среднюю энергию 5,7 кэВ. Поскольку энергия этого излучения мала, мала и его проникающая способность: приблизительно 1 ММ в воздухе и около 1 мкм в воде и твердых веществах с низкой молекулярной массой. Из этого следует, что при регистрации трития измерения являются практически двумерными (поверхностными). Объем накопления детектора зависит прежде всего от площади облучаемой поверхности детектора, поскольку при регистрации трития в жидкостях и твердых веществах детекторной поверхности достигают только те бета-частицы, которые находятся в непосредственной близости от детектора, так как происходит самопоглощение. При выполнении в прототипе флуоресцентного радиационного преобразователя из набора светопрозрачных листов облучаемая поверхность детектора получается относительно небольшой, а расположение фотоумножителей снаружи закрывающей детектор ячейки из оргстекла способствуют рассеиванию части образовавшихся фотонов по пути на регистрацию. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению "Детектор радиоактивного излучения для регистрации радиоактивных частиц малой энергии" является выбранное в качестве прототипа устройство для преобразования энергии, содержащее сверхизлучающий световод и чувствительные средства для регистрации присутствия фотонов и оповещения о них. Сверхизлучающий световод имеет твердую длинную сердцевину и тонкий слой оболочки, покрывающий практически всю внешнюю поверхность сердцевины практически по всей длине сердцевины. Внутри прозрачной сердцевины имеется сверхизлучающий материал (см. патент США № 5500054). У заявляемого объекта "Детектор радиоактивного излучения для регистрации радиоактивных частиц малой энергии" и прототипа совпадают следующие существенные признаки: каждое из устройств содержит хотя бы одно оптическое волокно, каждое из которых содержит твердую длинную сердцевину и тонкий слой оболочки, покрывающий практически всю внешнюю поверхность сердцевины практически по всей длине сердцевины, и чувствительные средства для регистрации присутствия фотонов и оповещения о них. Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при его использовании препятствуют следующие 3 37270 причины. Радиоактивное излучение малой энергии, такое как бета-частицы, образующиеся при распаде трития, оказывается полностью поглощенным оболочкой оптического волокна и не достигает чувствительной сердцевины, легированной красителем. Энергия, поглощенная оболочкой, рассеивается в виде тепловой энергии, а не в виде обнаружимых фотонов. В основу изобретения поставлена задача создать такое "Устройство для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бетачастиц", в котором усовершенствование путем изменения формы элементов, материала, из которого выполнены элементы и взаимосвязи между элементами позволило бы при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении чувствительности к радиоактивному излучению малой энергии, такому как бета-частицы, образующиеся при распаде трития. В основу изобретения поставлена задача создать такой "Детектор радиоактивного излучения для регистрации радиоактивных частиц малой энергии", в котором усовершенствование путем изменения материала, из которого выполнена оболочка волокна, позволило бы при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении чувствительности к радиоактивному излучению малой энергии, такому как бета-частицы, образующиеся при распаде трития. Для решения поставленных задач предлагается группа, состоящая из следующих изобретений: "Устройство для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц" и "Детектор радиоактивного излучения для регистрации радиоактивных частиц малой энергии", который предназначен для использования в указанном устройстве Заявляемое изобретение "Устройство для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц" содержит флуоресцентный радиационный преобразователь, средства для обеспечения непосредственного тесного взаимодействия воды с флуоресцентным радиационным преобразователем и чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них. От прототипа изобретение отличается тем, что флуоресцентный радиационный преобразователь выполнен в виде пучка сцинтиллирующих оптических волокон, чувствительных к бета-излучению малой энергии, каждое из которых имеет твердую сердцевину и тонкий слой оболочки, покрывающий практически всю внешнюю поверхность сердцевины практически по всей длине сердцевины, и красящую добавку, диспергированную в тонком слое оболочки, такую что при взаимодействии радиоактивной бетачастицы малой энергии с тонким слоем оболочки оптического волокна энергия частицы преобразуется в некоторое число фотонов, каждый из которых имеет частоту энергии излучения, определяемую красящей добавкой, и хотя бы один фотон проходит через волокно к первому концу за счет полного внутреннего отражения, а чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них оперативно связаны с первыми концами оптических волокон пучка. При использовании изобретения ожидается достижение технического результата, заключающегося в повышении чувствительности детектора к радиоактивному излучению малой энергии, такому как бета-частицы, образующиеся при распаде трития. Между совокупностью признаков изобретения и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь. При указанном выполнении оптического волокна, которое использовано в качестве приемника энергии радиоактивной частицы в заявляемом устройстве, энергия радиоактивной частицы полностью не поглощается в тонком слое оболочки оптического волокна, а преобразуется в некоторое количество обнаружимых фотонов, каждый из которых имеет частоту энергии излучения, определяемую красящей добавкой, и хотя бы один фотон проходит по волокну к его концу за счет полного внутреннего отражения и в дальнейшем, нигде не рассеиваясь, обязательно регистрируется соединенным непосредственно с этим концом чувствительным средством для регистрации фотонов и оповещения о них, что обеспечивает повышение чувствительности устройства к радиоактивному излучению малой энергии. Выполнение флуоресцентного радиационного преобразователя в виде пучка сцинтиллирующих оптических волокон значительно увеличивает облучаемую поверхность детектора, что способствует дальнейшему повышению чувствительности устройства к радиоактивному излучению малой энергии. В частных случаях выполнения заявляемое устройство характеризуется следующими признаками. Средства, обеспечивающие непосредственное тесное взаимодействие воды с волокнами пучка, включают корпус, в котором расположен пучок волокон и имеется входной канал для подачи воды из источника в корпус и обеспечения ее взаимодействия с волокнами пучка. Чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них содержат первый фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов, расположенный у первого конца корпуса и оперативно связанный с каждым из волокон на первом его конце. Каждое волокно в пучке имеет противоположный второй конец, а чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них содержат второй фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов, расположенный у второго конца корпуса и оперативно связанный со вторыми концами волокон в пучке, а также средства термоэлектрического охлаждения, оперативно связанные с каждым фотоэлектронным умножителем. Сердцевина оптического волокна выполнена из прозрачного полистирола или из прозрачного полиметилметакрилата. Тонкий слой оболочки оптического волокна содержит полистирол. Тонкий слой оболочки из полистирола имеет толщину между приблизительно 2 мкм и 20 мкм. Толщина оболочки из полистирола составляет около 10 мкм. Красящая добавка содержит флуоресцентный краситель, имеющий видимую световую составляющую одного из цветов: синего, зеленого, красного или желтого. Красящая добавка содержит синий флуоресцентный краситель. Тонкая оболочка содержит полистирол. 4 37270 Красящая добавка содержит около 2% синего флуоресцентного красителя в тонкой оболочке из полистирола. Заявляемое изобретение "Детектор радиоактивного излучения для регистрации радиоактивных частиц малой энергии" содержит хотя бы одно оптическое волокно, каждое из которых содержит твердую длинную сердцевину и тонкий слой оболочки, покрывающий практически всю внешнюю поверхность сердцевины практически по всей длине сердцевины, и чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них. От прототипа изобретение отличается тем, что каждое оптическое волокно содержит красящую добавку, диспергированную в тонком слое оболочки, такую что при взаимодействии радиоактивной частицы малой энергии с тонким слоем оболочки энергия частицы преобразуется в некоторое число фотонов, каждый из которых имеет частоту энергии излучения, определяемую красящей добавкой, и хотя бы один фотон проходит по волокну к его концу за счет полного внутреннего отражения. При этом чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них оперативно соединены с концом хотя бы одного оптического волокна. При использовании изобретения ожидается достижение технического результата, заключающегося в повышении чувствительности детектора к радиоактивному излучению малой энергии, такому как бета-частицы, образующиеся при распаде трития. Между совокупностью признаков изобретения и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь. При указанном выполнении оптического волокна, которое использовано в качестве приемника энергии радиоактивной частицы в заявляемом детекторе, энергия радиоактивной частицы полностью не поглощается в тонком слое оболочки оптического волокна, а преобразуется в некоторое количество обнаружимых фотонов, каждый из которых имеет частоту энергии излучения, определяемую красящей добавкой, и хотя бы один фотон проходит по волокну к его концу за счет полного внутреннего отражения и обязательно регистрируется соединенным с этим концом чувствительным средством для регистрации фотонов и оповещения о них, что обеспечивает повышение чувствительности детектора к радиоактивному излучению малой энергии. В частных случаях выполнения заявляемый детектор характеризуется следующими признаками. Чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них содержат фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов. Сердцевина оптического волокна выполнена из прозрачного полистирола или из прозрачного полиметилметакрилата. Тонкий слой оболочки содержит полистирол. Тонкий слой оболочки из полистирола имеет толщину между приблизительно 2 и 20 мкм. Толщина оболочки из полистирола составляет около 10 мкм. Красящая добавка содержит флуоресцентный краситель, имеющий видимую световую составляющую одного из цветов: синего, зеленого, красного или желтого. Тонкая оболочка содержит полистирол. Тонкий слой оболочки из полистирола имеет толщину между приблизительно 2 и 20 мкм. Красящая добавка содержит около 2% синего флуоресцентного красителя в тонкой оболочке из полистирола. Чувствительные средства для регистрации фотонов и оповещения о них содержат фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов. Оптическое волокно, соответствующее настоящему изобретению, позволяет осуществить другой аспект настоящего изобретения, а именно, создать детектор радиоактивного излучения для обнаружения активности трития в водозаборных скважинах, поверхностных водах, грунтовых водах и очищенных сточных водах, работающий в автономном или оперативном режиме. В другом варианте исполнения оптического волокна в качестве прозрачной сердцевины используется неокрашенный РММА (акрил). Оптическое волокно, соответствующее настоящему изобретению, может быть использовано в качестве приемника в детекторе радиоактивного излучения малой энергии. Пучок волокон помещают вблизи источника излучения в качестве детекторной головки. Например, воду, присутствие трития в которой необходимо проверить, можно привести в непосредственное соприкосновение с пучком особых оптических волокон, изготовленных в соответствии с настоящим изобретением. Каждое из оптических волокон пучка соединено с датчиком. Когда радиоактивное излучение, исходящее из источника излучения, попадает на окрашенную оболочку любого из волокон, энергия частицы преобразуется в фотоны с частотным диапазоном, соответствующим цвету красителя, использованного для легирования оболочки. Фотоны за счет полного внутреннего отражения проходят через сердцевину оптического волокна к датчику, где происходит их регистрация. Детектор радиоактивного излучения, соответствующий настоящему изобретению, может быть применен для контроля качества воды в загрязненных источниках воды, реках, скважинах, поверхностных и/или грунтовых водах, очищенных сточных водах и т.д. Детектор радиоактивного излучения, в котором используются оптические волокна, соответствующие настоящему изобретению, более рентабелен, чем известные приборы, прост в обращении, его легче калибровать, и он скорее выдает результаты. Разнообразные особенности, характеризующие настоящее изобретение и несущие в себе новизну, подробно перечислены в пунктах формулы изобретения, прилагаемой к настоящему описанию и являющейся его неотъемлемой частью. Для лучшего разъяснения настоящего изобретения, преимуществ его эксплуатации и пользы от его применения мы ссылаемся на прилагаемые графические материалы и пояснения к ним, иллюстрирующие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. На иллюстрациях: фиг. 1 - продольный разрез оптического волокна со строением, соответствующим первому варианту осуществления настоящего изобретения. Волокно погружено в анализируемую среду; фиг. 2 - продольный разрез оптического волокна со строением, соответствующим второму 5 37270 варианту осуществления настоящего изобретения. Волокно погружено в анализируемую среду; фиг. 3 - поперечное сечение любого из оптических волокон, изображенных на фиг. 1 и 2; фиг. 4 - продольный разрез оптического волокна, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий то обстоятельство, что хотя высокая концентрация красителя в оболочке приводит к более значительным потерям за счет самопоглощения, основная часть длины пути приходится на прозрачную сердцевину, а не на окрашенную оболочку, и потому последствия более значительных потерь за счет самопоглощения вполне контролируемы; фиг. 5 - схематическое изображение части детектора радиоактивного излучения, в котором используются оптические волокна, соответствующие настоящему изобретению; фиг. 6 - схематическое изображение первого варианта осуществления устройства для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц, в котором используются оптические волокна, соответствующие настоящему изобретению; и Фиг. 7 - схематическое изображение второго варианта осуществления устройства для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бета-частиц, в котором используются оптические волокна, соответствующие настоящему изобретению. На иллюстрациях, где одинаковые или функционально подобные элементы обозначены одинаковыми числами, в частности, на фиг. 1, 2 и 3, изображено оптическое волокно 10, соответствующее настоящему изобретению и имеющее сердцевину 30 и оболочку 20, погруженное в анализируемую среду 35, возможно, воздух, но, как правило, воду или жидкость на основе воды. Сердцевина 30, предпочтительно, состоит из прозрачного (нелегированного) полистирола (PS) или, в другом варианте, прозрачного (нелегированного) РММА (акрила). Оболочка 20 легирована флуоресцентным красителем 25 и является тонкой: толщина оболочки 20 обычно составляет 5-10 мкм. На всех фигурах n oбозначает показатель преломления. Показатель преломления n воздуха или воды 35, куда погружают оптическое волокно 10, меньше, чем показатель преломления PS, поэтому волокно образует волновод, эффективно проводящий свет за счет последовательности полных внутренних отражений. Краситель 25, которым легируют оболочку 20, может быть синего, зеленого, красного или желтого цвета. Синий краситель обеспечивает наиболее эффективное преобразование энергии частиц излучения в энергию фотонов, которая затем передается сердцевиной 30 оптического волокна к чувствительным средствам (позиция 40 на фиг. 5). Красители, излучающие синий цвет,имеют достоинство, заключающееся в том, что они порождают фотоны, для которых квантовый выход наиболее широко применяемых фотодетекторов является наивысшим. При использовании зеленых, желтых или красных красителей квантовый выход детекторов оказывается ниже, но уменьшаются и потери на затухание в прозрачной сердцевине 30 из полистирола. Концентрацию красителя 25 в оболочке 20 выбирают такой, чтобы оптимизировать преобразование энергии радиоактивного излучения в видимые фотоны, образующиеся при поглощении частиц излучения оптическим волокном 10. Хотя высокая концентрация красителя обусловливает более значительные потери за счет самопоглощения, основная часть длины пути все же приходится на прозрачную сердцевину 30, а не на легированную область 20, как показано на фиг. 4, и за счет этого потери на самопоглощение можно регулировать. На фиг. 2 изображена другая система, в которой исключено относительно сильное затухание, характерное для прозрачного PS. В этой системе анализируемая среда 35 (воздух или вода) с низким показателем преломления по-прежнему осуществляет поглощение, а легированный слой 20 полистирола обеспечивает преобразование радиоактивного излучения малой энергии в видимые фотоны. Однако сердцевина 30 изготовлена не из стирола, а из РММА (акрила). Поскольку РММА проводит фотоны гораздо эффективнее, чем стирол, потери при прохождении фотонов по длине волокна 10 оказываются гораздо меньше. Это повышение эффективности пропускания частично нейтрализуется за счет того, что доля фотонов, образующихся в легированном слое 20 и проникающих в сердцевину 30, меньше, чем в системе на фиг. 1. Это объясняется тем, что слой оболочки 20 поглощает часть образовавшихся фотонов за счет разницы между показателями преломления стирола (1,59) и РММА (1,45). Энергия частиц излучения, поглощенная оболочкой 20, сообщается полистирольной оболочке 20 и вызывает местную ее ионизацию и/или возбуждение. Красящая легирующая добавка 25 преобразует часть энергии возбуждения в фотоны, энергия которых находится в том же диапазоне спектра, что и цвет красителя 25. Часть этих фотонов оказывается захваченной волокном 10 и проходит к концу волокна 10 за счет полного внутреннего отражения на внешней поверхности оболочки (см. фиг. 4). На фиг. 5 дано схематическое изображение части детектора 50 радиоактивного излучения, который можно изготовить на основе оптических волокон 10, предложенных настоящим изобретением. В детекторе 50 имеется пучок оптических волокон 10, оперативно соединенных с датчиком 40. Датчик 40 может представлять собой фотоэлектронный умножитель для подсчета фотонов. На основании интенсивности подсчета сигналов датчиком 40 можно получить константы для каждого конкретного детектора 50. Следовательно, детектор 50 на основе оптических волокон 10, предложенных настоящим изобретением, можно применять для относительно точного измерения активности источника радиоактивного излучения. Пример изготовления и калибровки такого детектора приведен ниже. Пример. Мы провели экспериментальную регистрацию бета-излучения трития в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Экспериментальное волокно 10 имело сердцевину 30 из чистого полистирола, покрытую внешней оболочкой 20 приблизительно в 10 мкм 6 37270 Q - это квантовый выход фотоэлектронного умножителя. Строго говоря, уравнение (2) верно лишь при толщиной, состоящей из полистирола, легированного 2% синего флуоресцентного красителя 25. Полный диаметр волокна 10 составлял 500 мкм. Волокно 10 было изготовлено для регистрации бета-частиц трития (3Н), максимальная энергия которых составляет 18,6 кэВ, а средняя 5,7 кэВ. Поскольку это относительно небольшая энергия, глубина проникновения частиц в толщу воздуха составляет лишь несколько миллиметров, а в воду - около 1 мкм. Оболочка 20 толщиной 10 мкм должна полностью поглощать все бета-частицы, образующиеся на ее поверхности. Легированную оболочку 20 изготавливают максимально тонкой намеренно, по двум причинам. Во-первых, если толщина оболочки превысит несколько микрон, дополнительные сигналы бета-частиц трития не возникнут. Предпочтительной была бы толщина 2 мкм, если бы существовала практическая возможность изготовить такую оболочку, так как чем толще оболочка 20, тем выше ее чувствительность к излучению с высокой проникающей способностью (бета-частицам большой энергии, альфа- и гамма-частицам), которое усиливает фоновый шум при измерении уровня 3 H. Поэтому оболочку 20 изготавливают настолько тонкой, насколько это возможно. Во-вторых, если окрасить только оболочку 20, то основная часть площади поперечного сечения оптического волокна 10 (т.е. сердцевина 30) не будет содержать красителя и будет лучше проводить. За счет прозрачности сердцевины 30 повышается вероятность регистрации активности бета-частиц и появляется возможность использования оптических волокон большей длины в детекторах такого типа. В настоящее время в детекторах радиоактивного излучения используются волокна со сцинтиллятором в сердцевине, полезная длина которых ограничена поглощением сцинтилляционного сигнала легирующей добавкой (С. D'Ambrosio, et al., "New Organic Scintillating with Large Stokes shifts". Applied Spectroscopy, Vol. 45, No. 3, 1991, pp. 484 - 490.) Как сказано выше, сцинтилляционное волокно 10 одним концом было соединено с фотоэлектронным умножителем для подсчета фотонов. Интенсивность подсчета сигналов с, наблюдаемая, если волокно подвергается равномерному по всей его длине воздействию источника 3Н с активностью R, записывается так: с = RAÎ (раз/сек), р £ l/(T[cp]Q) поскольку, по определению, максимальное значение Î равно 1. Однако реальные свойства волокон легко удовлетворяют уравнению (3). Эффективность пропускания имеет экспоненциальный характер. Как видно из T(l)=e-kl (4) где l - это расстояние от конца волокна, соединенного с детектором, до точки поглощения бета-частиц; и k - это коэффициент затухания. Средняя эффективность пропускания для волокна, облучаемого по всей длине L, определяется при помощи уравнения (5): L òe Т[ср]= -kl 0 dl (5) , L ò dl 0 что при решении интегрального уравнения дает: Т[ср]= [ 1 1 -ekL kL ] (6) Подставляя в уравнение (6) части уравнений (1) и (2), имеем для с: с= [ ] RApQ 1 -ekL = RApQ × T[cp] kL (7) Это уравнение для с выражает измеряемую интенсивность счета через активность источника, R, и свойства оптического волокна 10 и датчика 40. Если эти величины известны, уравнение можно использовать для расчета ожидаемой эффективности работы датчика. Квантовый выход Q для используемого датчика 40 известен, а р и k (единственные параметры, которые нельзя определить только исходя из геометрии волокна) можно определить эмпирически. В этом примере р ³ 0,33, а k = 0,034 см-1. Для детектора 50 такого типа предусмотрено применение, в частности, для регистрации бета-излучения трития. Бета-излучение трития имеет малую энергию, и его нелегко обнаружить при помощи известных способов и оборудования. Детектор 50, предложенный настоящим изобретением, регистрирует радиоактивное излучение такого типа значительно эффективнее. Этот детектор можно использовать многократно: он не приходит в негодность после однократного применения, как имеющиеся средства. Кроме того, он прост в обращении: его следует лишь внедрить в загрязненную среду (воздух или воду). На фигурах 6 и 7 два возможных варианта устройства датчиков радиоактивного излучения малой энергии (далее мы будем называть их бета (1) где R - это бета-активность, частиц/см2/сек; А - это общая площадь облученной поверхности волокна,см2; и Î - вероятность того, что удар бета-частицы будет подсчитан. Значение члена Î зависит от свойств волокна 10 и датчика (фотоэлектронного умножителя) 40. Î можно выразить следующим образом: Î = pT[cp]Q, (3) (2) где р - это среднее количество поглощенных волоконным волноводом фотонов на каждую поглощенную бета-частицу; Т[ср] - это эффективность пропускания, усредненная по рабочей длине волокна; и 7 37270 верстие 140, затем в корпус 120 и выходит через выходное отверстие 160. Диаметр корпуса 120 составляет приблизительно 12,5 см, таким образом, внутри корпуса 120 содержится около 308000 оптических волокон 10. Вода 170, содержащая тритий, попадая в корпус 120, непосредственно соприкасается с волокнами 10 пучка 110 волокон. У одного из концов корпуса 120 имеется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 180 известной конструкции, работающий при комнатной температуре и соединенный с каждым из оптических волокон 10 пучка 110 в режиме односторонней регистрации. Источник питания 190 обеспечивает потребность ФЭУ 180 в электроэнергии. ФЭУ 180 соединен посредством линии 200 с предварительным усилителем 210, которому и передает свои выходные сигналы и который, в свою очередь, передает свои выходные сигналы на усилитель 230 по линии 220. Усиленные выходные сигналы ФЭУ 180 поступают по линии 240 в устройство дискриминации верхнего и нижнего уровня 250, затем в устройство подсчета 270 (по линии 260) и, наконец, в устройство обработки/вывода 290 по линии 280. Устройство обработки/вывода 290 может выдавать показания бета-активности в пКи/л для облегчения восприятия оператором или через посредством линии 300, активизировать устройство 310, подающее визуальный или звуковой сигнал тревоги. Исходя из предположения, что чувствительность и квантовый выход волокна 10 идентичны найденным экспериментальным путем, и используя окрашенную синим оболочку на прозрачной (нелегированной) сердцевине из полистирола, а также выпускаемые промышленностью электронные модули, получаем, что определенные посредством измерений характеристики волокон говорят о способности TBD 100, описанного выше, регистрировать (при отношении сигнал/шум, равном 2) радиоактивное излучение на уровне 1,2 х х 105 пКи/l (4,6 х 10-4 b-частиц/сек/см2). На фиг. 7 изображен второй вариант осуществления устройства для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бетачастиц - бета-детектора трития(TBD), в целом обозначенного 400. TBD 400 также имеет в своем составе пучок 410 оптических волокон 10, помещенный в свето- и водонепроницаемый корпус 420 с отражательными экранами 430 для света у входного отверстия 440 и отражательными экранами 450 для света у выходного отверстия 460. Для сравнения отметим, что длина оптических волокон 10 в пучке 410 волокон составляет приблизительно 1 м (100 см) и внешний диаметр каждого оптического волокна составляет около 200 мкм. Вода 170, содержащая тритий, поступает во входное отверстие 440, затем в корпус 420 и выходит через выходное отверстие 460, непосредственно соприкасаясь на своем пути с каждым из оптических волокон 10 пучка 410 волокон. У каждого конца корпуса 420 имеется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 480 известной конструкции, питающийся от источника питания 490. Каждый конец каждого оптического волокна 10 в пучке 410 волокон соединен с одним из ФЭУ 480. С каждым из ФЭУ 480 оперативно связано охлаждающее устройство, желательно, термоэлектрический охладитель 500, для поддержания ра детекторами трития - TBD), в которых применены оптические волокна 10, предложенные настоящим изобретением. Вкратце: на фиг. 6 изображен первый вариант устройства, согласно которому невозможно внести какие-либо усовершенствования в оптическое волокно 10, чувствительные средства и методику регистрации. На фиг. 7, напротив, показано, что можно добиться значительных улучшений в отношении квантового выхода оптического волокна 10, уменьшения оптических потерь и шума и в отношении методики регистрации. Первоочередным результатом этих улучшений, как видно на фиг. 6 и 7 (речь не идет о требуемых электронных устройствах), является уменьшение корпуса, через который пропускают воду, содержащую тритий, в ходе анализа. При выполнении расчетов, связанных с калибровкой и масштабированием, исходили из того, что бета-детектор трития может быть полезным, если нижний предел регистрации для него не будет превышать 10% от уровня трития, установленного Агентством по охране окружающей среды (США) в стандарте качества питьевой воды (ЕРА Drinking Water Standard - DWS) (20000 пКи/л), а его точность будет не менее 5% от уровня, предусмотренного стандартом качества питьевой воды, что дает нижний предел регистрации 2000 пКи/л. Детектор должен допускать погружение в грунтовые воды или анализ воды непосредственно в стоках производственных линий; продолжительность анализа не должна превышать 2 часов. К потенциальным помехам относится a-, b- и g-излучение, испускаемое 90Sr, 60Со, 99Тc, 106Ru, 129J, 137 Cs, 40K, U и Рu и другими источниками, упомянутыми в перечне Департамента Энергетики (DOE), присутствующими в концентрациях, определенных Положением о концентрациях (DOE Derived Concentration Guideline - DCG). Поскольку проникающая способность бетаизлучения трития по отношению к воде мала, для достижения хорошей чувствительности, обязательной при непродолжительном периоде анализа, необходима относительно большая площадь рабочей поверхности детектора. В описанных вариантах устройства бета-детектора трития для этого используют открытый пучок из множества параллельных волокон, со всех сторон омываемых содержащей тритий водой и оптически соединенных концами с общим датчиком. Такое расположение обеспечивает необходимую большую площадь поверхности при относительно небольших размерах. На фиг. 6 изображен первый вариант осуществления устройства для контроля качества источника воды и регистрации присутствия бетачастиц - бета-детектора трития (TBD), в целом обозначенного 100. TBD 100 обычно имеет в своем составе пучок 110 оптических волокон 10, помещенный в свето- и водонепроницаемый корпус 120 с отражательными экранами 130 для света у входного отверстия 140 и отражательными экранами 150 для света у выходного отверстия 160. Длина оптических волокон 10 в пучке 110 оптических волокон составляет приблизительно 1 м (100 см), а внешний диаметр каждого оптического волокна составляет приблизительно 200 мкм. Вода 170, содержащая тритий, поступает во входное от 8 37270 бочей температуры ФЭУ 480 на требуемом низком уровне, обеспечивающем эффективность их функционирования и эффективность работы TBD 400 в целом. Линии 510 связывают ФЭУ 480 с предварительными усилителями 520, линиями 530 и усилителями 540, усиливающими выходные сигналы фотоэлектронных умножителей. По линиям 550 эти усиленные сигналы попадают в логическую схему И 560 для более точного анализа зарегистрированного бета-излучения. Как и в случае, изображенном на фиг. 6, имеются устройства дискриминации нижнего и верхнего уровня 580, устройство подсчета 600, устройство обработки/вывода 620 и устройство подачи сигнала тревоги 640, надлежащим образом соединенные электрическими линиями 590, 610, 630, соответственно. Таким образом, при построении TBD 400, изображенного на фиг. 7, исходили из предположения, что квантовый выход волокон 10 можно увеличить в 8 раз за счет подбора оптимального флуоресцентного агента, сокращения оптических потерь и приближения длины волны испускаемого флуоресцентным агентом света к спектральной частотной характеристике детектора. В результате охлаждения датчика (фотоэлектронного умножителя) и подсчета совпадений интенсивность регистрации фонового шума сократилась приблизительно на 2 порядка величины; это обычное улучшение в детекторной технике. Примерно 4000 волокон по 1 метру длиной обеспечивают суммарную интенсивность подсчета, необходимую для достижения требуемой эффективности. Диаметр такого пучка волокон составляет около 1,4 см. С использованием выпускаемых промышленностью электронных модулей такой детектор обеспечит требуемый нижний предел регистрации в 2000 пКи/л и 5% точность в соответствии со стандартом качества питьевой воды и, после относительно несложной обработки, выдаст результат непосредственно в пКи/л. Повышение квантового выхода позволит выпускаемым промышленностью малошумящим электронным устройствам отсеивать почти все помехи способом прямой дискриминации по амплитуде импульса. Так, эти предвидимые преимущества в сочетании с термоэлектрическим охлаждением фотодетектора способны обеспечить чувствительность до 2000 пКи/л (7,4 х х 10-6 b-частиц/сек/см2), необходимую для измерения радиоактивности питьевой воды в соответствии с требованиями Агентства по охране окружающей среды. Таким образом, обе детекторные системы, изображенные на фиг. 6 и 7, способны регистрировать присутствие трития и определять его количество в оперативном режиме в грунтовых и поверхностных водах и в воде сточных линий перед выходом их в общий водоток. Эти системы быстрее, эффективнее и дешевле используемых в нас тоящее время за счет следующих особенностей: компактного погружаемого прибора, большой площади чувствительной поверхности, высокой чувствительности к 3H, высокой избирательности по отношению к 3H, выдачи результатов почти в реальном времени, надежной встроенной электроники. Итак, из предшествующего описания явствует ряд достоинств настоящего изобретения. Традиционные сцинтиллирующие волокна с легированными сердцевинами, используемые для регистрации радиоактивного излучения большой энергии, нельзя использовать для регистрации бета-частиц с энергией меньше около 50 кэВ и практически всех альфа-частиц. Это объясняется тем, что тонкий слой у поверхности волокна, не легированный сцинтиллирующим красителем, поглощает эти частицы. Основной областью применения настоящего изобретения является обнаружение трития (3H) в воде. Тритий является одним из самых распространенных радионуклидов, загрязняющих грунтовые, поверхностные и сточные воды. Контроль содержания трития осуществляется в соответствии с распоряжениями Агентства по охране окружающей среды США (ЕРА), приказами и распоряжениями DOE, а также с целью наблюдения за движением загрязненных тритием потоков грунтовых вод. Тритий имеет период полураспада приблизительно 12,3 года и при распаде испускает исключительно бета (b) частицы. Излучаемые тритием b-частицы имеют максимальную энергию 18,6 кэВ; средняя их энергия составляет 5,7 кэВ. Поскольку энергия этого излучения мала, мала и его проникающая способность: приблизительно 1 мм в воздухе и около 1 мкм в воде и твердых веществах с низкой молекулярной массой. Из этого следует, что для регистрации трития материал, содержащий тритий, должен непосредственно соприкасаться с датчиком; нельзя использовать промежуточные поглотители, такие как материал окна. Еще одно следствие заключается в том, что измерения являются практически двумерными (поверхностными). Объем накопления детектора зависит прежде всего от площади облучаемой поверхности детектора, поскольку при регистрации трития в жидкостях и твердых веществах детекторной поверхности достигают только те бета-частицы, которые находятся в непосредственной близости от детектора, так как происходит самопоглощение. Волокна обеспечивают высокое отношение площади поверхности к объему. Здесь был подробно описан и показан частный вариант осуществления настоящего изобретения, чтобы проиллюстрировать применение принципов настоящего изобретения, но следует понимать, что настоящее изобретение можно осуществить и иначе, не отступая от этих принципов. 9 37270 Фиг. 1 Фиг. 2 Фиг. 3 10 37270 Фиг. 4 Фиг. 5 Фиг. 6 11 37270 Фиг. 7 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 12 37270 13