Пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів

Корисна модель відноситься до галузі ядерної фізики, зокрема, до пристроїв для дозиметрії іонізуючого випромінювання, а саме, до пристроїв для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів. Рішення завдань радіаційної безпеки в напрямі виміру слабких і надслабких радіаційних полів, визначення поточних просторових координат радіоактивних джерел, що переміщуються, побудови гамма-зображення об'єктів, проведення аналізу гама-сплесків у режимі реального часу вимагає розробки принципово нових підходів, методів і апаратури для цієї цілі. Це обумовлено обмеженістю стандартних методик, які накладають істотні обмеження на граничну чутливість, час виміру, стаціонарність процесу виміру радіоактивних випромінювань. Так при вимірі стаціонарної інтенсивності з детектуванням часу приходу імпульсів найкраще значення інтенсивності дорівнює числу відліків, діленому на інтервал відліку. При цьому існує ймовірність, що не буде одержане ніякої додаткової інформації про постійну інтенсивність, якщо, крім підрахунку числа імпульсів у заданому тимчасовому інтервалі, не буде визначено також і моменти tі їхньої появи. Найкращим критерієм при дослідженні питання про те, чи постійна інтенсивність випромінювання, що викликає серію показань лічильника, або ж вона піддана випадковим флуктуаціям, є критерій c2. Але при дослідженні досить короткочасних флуктуацій може виявитися корисним вимірювати не число імпульсів у заданому інтервалі, а точний час появи окремих імпульсів - часток радіоактивного розпаду, що приходять випадковим образом [1]. Відомий пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, що містить з'єднані послідовно між собою детектор, підсилювач, дискримінатор нижнього рівня, блок обробки і індикатор тривоги, при цьому до складу блоку обробки введені генератор тактових імпульсів, регулятор відліку, схеми порівняння, схеми І, схеми АБО та D-тригер [2]. До недоліків відомого пристрою відноситься те, що даним пристроєм практично неможливо виявити джерела радіоактивного випромінювання, інтенсивність яких змінюється в наслідок їхнього переміщення в просторі або нестаціонарному екрануванні. Відомий пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, що містить перший та другий сцинтиляторні детектори, захисний екран, розміщений між зазначеними сцинтиляторними детекторами, вимірювач різниці швидкостей рахунку указаних детекторів, при цьому перший сцинтиляторний детектор виконаний ідентичним другому сцинтиляторному детектору, причому форма та розміри захисного екрану і детекторів та відстань між ними вибрані виходячи з заданої діаграми направленості реєстрації пристрою [3]. До недоліків відомого пристрою відноситься те, що даним пристроєм практично неможливо виявити джерела радіоактивного випромінювання, інтенсивність яких змінюється в наслідок їхнього переміщення в просторі або нестаціонарному екрануванні. Найбільш близьким технічним рішенням як по суті, так і по задачах, що вирішуються, яке обране за прототип, є пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який містить сцинтилятор з фотоелектронним помножувачем, попередній підсилювач, формувач імпульсів, підсилювач, піковий детектор, аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор та персональний IBM-сумісний комп'ютер з друкуючим пристроєм, при цьому ви хід фотоелектронного помножувача зв'язаний з персональним комп'ютером послідовно через попередній підсилювач, формувач імпульсів, підсилювач, піковий детектор, аналого-цифровий перетворювач та мікропроцесор, вихід персонального комп'ютера з'єднаний із входом друкуючого пристрою, перший вихід мікропроцесора зв'язаний із другим входом пікового детектора, другий вихід мікропроцесора зв'язаний із другим входом аналого-цифрового перетворювача, причому як друкуючий пристрій використовують або принтер, або будьякий інший пристрій з аналогічними функціями [4]. До недоліків відомого пристрою, який обрано за прототип, відноситься те, що даним пристроєм практично неможливо виявити джерела радіоактивного випромінювання, інтенсивність яких змінюється в наслідок їхнього переміщення в просторі або нестаціонарному екрануванні. Так само до недоліків відомого пристрою, який обрано за прототип, відноситься й те, що за допомогою нього неможливо оцінити миттєві значення інтенсивності нестаціонарних радіаційних полів. В основу корисної моделі покладена задача шляхом введення до складу пристрою блоку часової реєстрації для одержання додаткової інформації, який визначить моменти приходу часток радіоактивного розпаду, і обробки цієї інформації, забезпечити вимір нестаціонарних радіаційних полів і оцінити при цьому миттєві значення їхньої інтенсивності. Суть корисної моделі в пристрої для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, що містить сцинтилятор з фотоелектронним помножувачем, попередній підсилювач, формувач імпульсів, підсилювач, піковий детектор, аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор та персональний IBM-сумісний комп'ютер з друкуючим пристроєм, при цьому вихід фотоелектронного помножувача зв'язаний з персональним комп'ютером послідовно через попередній підсилювач, формувач імпульсів, підсилювач, піковий детектор, аналого-цифровий перетворювач та мікропроцесор, вихід персонального комп'ютера з'єднаний із входом друкуючого пристрою, перший вихід мікропроцесора зв'язаний із другим входом пікового детектора, другий вихід мікропроцесора зв'язаний із другим входом аналого-цифрового перетворювача, причому як друкуючий пристрій використовують або принтер, або будь-який інший пристрій з аналогічними функціями, полягає в тому, що він додатково містить блок часової реєстрації. Суть корисної моделі полягає і в тому, що до складу блоку часової реєстрації входять таймер та годинник реального часу. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що другий ви хід пікового детектора зв'язаний з першим входом блоку часової реєстрації додатковим зв'язком, вихід блоку часової реєстрації зв'язаний з третім входом мікропроцесора, третій вихід мікропроцесора з'єднаний з другим входом блоку часової реєстрації, а піковий детектор додатковим зв'язком з'єднаний з другим входом мікропроцесора через блок часової реєстрації, а у зазначеному блоці - відповідними каналами зв'язку через таймер та годинник реального часу з ви ходом блоку. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється, відрізняється тим, що він додатково містить блок часової реєстрації, при цьому до складу блоку часової реєстрації входять таймер та годинник реального часу, причому другий вихід пікового детектора зв'язаний з першим входом блоку часової реєстрації додатковим зв'язком, вихід блоку часової реєстрації зв'язаний з третім входом мікропроцесора, третій вихід мікропроцесора з'єднаний з другим входом блоку часової реєстрації, а піковий детектор додатковим зв'язком з'єднаний з другим входом мікропроцесора через блок часової реєстрації, а у зазначеному блоці - відповідними каналами зв'язку через таймер та годинник реального часу з ви ходом блоку. Таким чином, пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється, відповідає критерію корисної моделі «новизна». Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на Фіг.1 представлена конструктивнокомпонувальна схема пристрою для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється. Пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється, містить, як варіант конструктивного виконання (див. Фіг.1), сцинтилятор з фотоелектронним помножувачем 1, попередній підсилювач 2, формувач імпульсів 3, підсилювач 4, піковий детектор 5, аналого-цифровий перетворювач 6, мікропроцесор 7, персональний IBM-сумісний комп'ютер 8 з друкуючим пристроєм (позиція 9) та блок часової реєстрації 10. Конструктивно складу блоку часової реєстрації 10 входять таймер 11 та годинник реального часу 12 (див. Фіг.1). При цьому конструктивно і технологічно вихід сцинтилятору з фотоелектронним помножувачем 1 зв'язаний з персональним ІВМ-сумісним комп'ютером 8 послідовно через попередній підсилювач 2, формувач імпульсів 3, підсилювач 4, піковий детектор 5, аналого-цифровий перетворювач 6 та мікропроцесор 7 (див. Фіг.1). Вихід персонального ІВМ-сумісного комп'ютера з'єднаний із входом друкуючого пристрою 9 (причому як друкуючий пристрій 9 використовують або принтер, або будь-який інший пристрій з аналогічними функціями). Перший вихід мікропроцесора 7 конструктивно зв'язаний із другим входом пікового детектора 5, другий вихід мікропроцесора 7 зв'язаний із другим входом аналого-цифрового перетворювача 6. Конструктивно другий вихід пікового детектора 5 зв'язаний із першим входом блоку часової реєстрації 10 додатковим зв'язком (позиція 13). Вихід блоку часової реєстрації 10 зв'язаний із третім входом мікропроцесора 7, а зазначений третій вихід мікропроцесора 7 з'єднаний з другим входом блоку часової реєстрації 10 (див. Фіг.1). Піковий детектор 5 додатковим зв'язком (позиція 13) конструктивно з'єднаний з другим входом мікропроцесора 7 через блок часової реєстрації 10 (див. Фіг.1). У зазначеному блоці часової реєстрації 10 відповідними каналами зв'язку через таймер 11 та годинник реального часу 12 піковий детектор 5 зв'язаний з виходом блоку часової реєстрації 10 і далі із зазначеним вище другим входом мікропроцесора 7 (див. Фіг.1). Пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється, експлуатується (застосовується) таким чином. Попередньо виготовляється (збирається із конструктивних елементів) пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів (див. Фіг.1). Для цього спочатку на відповідних підприємствах промисловості виготовляють складальні одиниці пристрою, а саме: сцинтилятор з фотоелектронним помножувачем 1, попередній підсилювач 2, формувач імпульсів 3, підсилювач 4, піковий детектор 5, аналого-цифровий перетворювач 6, мікропроцесор 7, персональний IBM-сумісний комп'ютер 8, друкуючий пристрій (позиція 9) та блок часової реєстрації 10 (до складу блоку часової реєстрації 10 конструктивно входять таймер 11 та годинник реального часу 12). Далі проводять з'єднання між собою зазначених складальних одиниць пристрою. Для цього конструктивно і технологічно вихід сцинтилятору з фотоелектронним помножувачем 1 зв'язують з персональним ІВМ-сумісним комп'ютером 8 послідовно через попередній підсилювач 2, формувач імпульсів 3, підсилювач 4, піковий детектор 5, аналого-цифровий перетворювач 6 та мікропроцесор 7 (див. Фіг.1). Вихід персонального ІВМ-сумісного комп'ютера з'єднують із входом друкуючого пристрою 9 (причому як друкуючий пристрій 9 використовують або принтер, або будь-який інший пристрій з аналогічними функціями). Перший вихід мікропроцесора 7 конструктивно зв'язують із другим входом пікового детектора 5, другий вихід мікропроцесора 7 зв'язують із другим входом аналогоцифрового перетворювача 6. Конструктивно другий вихід пікового детектора 5 зв'язують із першим входом блоку часової реєстрації 10 додатковим зв'язком (позиція 13). Вихід блоку часової реєстрації 10 зв'язують із третім входом мікропроцесора 7, а зазначений третій вихід мікропроцесора 7 з'єднують з другим входом блоку часової реєстрації 10 (див. Фіг.1). Піковий детектор 5 додатковим зв'язком (позиція 13) конструктивно з'єднують з другим входом мікропроцесора 7 через блок часової реєстрації 10 (див. Фіг.1). У зазначеному блоці часової реєстрації 10 відповідними каналами зв'язку через таймер 11 та годинник реального часу 12 піковий детектор 5 зв'язують з виходом блоку часової реєстрації 10 і далі із зазначеним вище другим входом мікропроцесора 7 (див. Фіг.1). Після виконання технологічний операцій по з'єднанню між собою відповідним чином складальних одиниць пристрою, зазначений пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється, є готовим для використання, а саме, для аналізу та вимірювання іонізуючого випромінювання. Пристрій для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, який заявляється, працює наступним чином. Піковий детектор 5 поміщають у поле гама-випромінювання (позиція 14-див. Фіг.1). Потік 14 іонізуючого гама-випромінювання потрапляє на сцинтилятор з фотоелектронним помножувачем 1, за допомогою якого відбувається перетворення фізичної події (потоку 14) в електричний сигнал, що несе інформацію про енергетичний спектр випромінювання, та його активність (детектують прихожим випадковим чином частки радіоактивного розпаду). Далі (на попередньому підсилювачі 2) здійснюється попереднє підсилення сигналу до рівня, достатнього для обробки одиночних імпульсів. Підсилений сигнал з попереднього підсилювача 2 передається на формувач імпульсів 3, який конструктивно використовується для оптимізації співвідношення «сигнал/шум» та, відповідно, досягнення оптимальної енергетичної роздільної здатності між каскадами попереднього та основного підсилення). Формувач імпульсів 3, у свою чергу, виконує перетворення форми імпульсів до оптимальної з точки зору відношення. Підсилений та сформований сигнал подається на вхід високошвидкісного пікового детектора 5, що фіксує амплітуду кожного імпульсу на час, достатній для захвату швидкодіючим аналогоцифровим перетворювачем 6. Паралельно сигнал з високошвидкісного пікового детектора 5 подається на перший вхід блоку часової реєстрації 10, а безпосередньо у блоці 10 - на вхід таймеру 11 і вхід годинника реального часу 12. Таймер 11 виконує операції щодо вимірювання часу між попереднім та наступним (зареєстованими) випадковими імпульсами. Годинник реального часу 12 по фронту вхідного сигналу фіксує моменти між двома імпульсами (попереднім та наступним) і видає дане значення часу на свій вихід, а далі, відповідно, на другий вхід мікропроцесора 7 (див. Фіг.1). Аналого-цифровий перетворювач перетворює інформацію про амплітуду вхідних імпульсів у ци фровий вигляд, для подальшої обробки мікропроцесором 7 (дає змогу представити інформацію про амплітуду вхідних імпульсів у цифровому вигляді - з метою її подальшої обробки зазначеним мікропроцесором 7). Також мікропроцесор 7 видає сигнали скидання пікового детектора 5, таймера 11, годинника реального часу 12 (які входять до складу блоку часової реєстрації 10) та керування аналого-цифровим перетворювачем 6. Оброблений мікропроцесором 7 сигнал надходить на персональний IBM-сумісний комп'ютер 8, де фіксується інформація про енергію кожного розпаду та інтервал часу, що пройшов від попереднього. На персональному IBM-сумісному комп'ютері 8 здійснюється обробка отриманих результатів за допомогою певних програм та за спеціальними алгоритмами. Оброблена інформація подається до друкуючого пристрою 9 (причому як друкуючий пристрій 9 використовують або принтер, або будь-який інший пристрій з аналогічними функціями), де здійснюється переведення інформації електронного вигляду на паперові носії. У загальному вигляді те хнологічний процес проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів здійснюється шляхом послідовного виконання технологічних операцій, згідно з якими реєструють імпульси й час приходу кожної із часток радіоактивного розпаду, проводять обробку даних і з обліком отриманих тимчасових характеристик прихожих випадковим образом часток радіоактивного розпаду, проводять динамічний аналіз нестаціонарних радіаційних полів. При цьому в момент приходу кожного імпульсу будується гістограма їхнього числа із заданим інтервалом часу між ними, усереднена по кількості попередніх імпульсів, що представляє собою динамічний розподіл, обробляють отриманий динамічний розподіл, одержують при обробці динамічного розподілу дані по інтенсивності випромінювання, його флуктуації й більш високих моментах розподілу в кожний момент часу, проводять статичну оцінку характеристик динамічного радіаційного поля за отриманим значенням інтенсивності випромінювання і його флуктуацій, та проводять оцінку відхилення від класичного нестаціонарного Пуассонового процесу за отриманим значенням вищих моментів динамічного розподілу. На заключній стадії досліджень по вихідним даним проводять динамічний аналіз нестаціонарних радіаційних полів з обліком отриманих тимчасових характеристик прихожих випадковим образом часток радіоактивного розпаду та з урахуванням отриманих значень вищих моментів динамічного розподілу. Підвищення ефективності застосування пристрою для проведення динамічного аналізу нестаціонарних радіаційних полів, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок можливості одержання додаткової інформації, що визначить моменти приходу часток радіоактивного розпаду, і наступної обробки цієї інформації, забезпечити вимір нестаціонарних радіаційних полів і оцінити при цьому миттєві значення їхньої інтенсивності. Джерела інформації: 1. Л. Яноши. Теория и практика обработки результатов измерений. Перевод с английского Н.П. Клепикова. 2ое изд. - М.: Мир, 1968. - 464с. (L. Janossy. Theory and Practice of the Evaluation of Measurements. Oxford, Oxford University Press, 1965.) 2. Патент Російської Федерації №2105323 С1, МПК 6 G 01 Т 1/16-1/17 -аналог. 3. Патент Російської Федерації №2068184 СІ, МПК 6 G 01 Т 1/29 - аналог. 4. Т. Андерсон. Статистический анализ временных рядов. Перевод с английского И.Г. Журбенко, В.П. Носко. Под ред. Ю.К. Беляева - М.: Мир, 1976. - 756с. (T.W. Anderson. The Statistical Analysis of Time Series. - N.Y. John Wiley & Sons. 1971.) - прототип.