Спосіб детектування іонізуючих випромінювань

Реферат: UA 94042 U UA 94042 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області прикладної ядерної фізики й може бути використана у радіологічному контролі промислових джерел іонізованого випромінювання, моніторингу енергетичних та дослідницьких ядерних реакторів, заощадженні та захороненні ядерних відходів, та у наукових дослідженнях, зокрема атмосферних променів від енергійних космічних часток. Існує багато способів детектування іонізуючих випромінювань, які засновані на різних наукових та технологічних принципах [1]. Усі вони мають свої позитивні та негативні боки, які доволі часто як обмежують галузі їх використання, так і потребують специфічних умов для їх практичного застосування [2]. Серед сучасних способів детектування іонізуючих випромінювань відомий радіаційноакустичний спосіб, основна корисна відміна якого від багатьох інших - це завадозахищеність від супутніх часу детектування електромагнітних перешкод [3]. Це досягається, коли супутні перешкоди синхронні дозиметричним вимірам, тоді час вимірів можливо змінити завдяки підбору ультразвукової затримки інформативного сигналу таким чином, щоб він попав у часову зону, де електромагнітних перешкод немає. Така ситуація практично завжди використовується на імпульсних радіаційних приладах та джерелах. Недоліками радіаційно-акустичного способу детектування іонізуючих випромінювань є вплив на достовірність вимірів зовнішніх акустичних завад, боротьба з якими дуже трудомістка, та часто просто неможлива, природно мала чутливість радіаційно-акустичного способу, а також те, що за відсутності зовнішньої синхронізації, яка постає завдяки синхронізаційному електричному імпульсу радіаційного приладу, втрачається завадо захищеність від електромагнітних перешкод. Найбільш близьким аналогом по технічній суті до корисної моделі, що пропонується, є відомий спосіб реєстрації іонізуючих випромінювань [4], який полягає в тому, що, при наявності іонізуючого випромінювання, за допомогою п'єзоелектричного датчика реєструють параметри збуджених у ньому ультразвукових хвиль. За відомим способом вимірюють амплітуду ультразвукових біжучих хвиль, що з'являються при дії іонізуючого випромінювання на п'єзоелектричний датчик, в якому попередньо було створене електричне поле, достатнє для виникнення акустичного надвипромінювання з його об'єму, та по амплітуді зареєстрованих ультразвукових хвиль судять о радіаційній дії. Такі операції підвищують чутливість радіаційно-акустичного способу детектування іонізуючих випромінювань. Недоліком способу, прийнятого за найближчий аналог, є те, що він, при відсутності синхронізації вимірів з дією іонізуючого випромінювання, не має захисту від сторонніх акустичних шумів, які знижують достовірність вимірів, а інколи зводять нанівець дослідження, що проводяться. Тобто достовірність вимірів для відомого способу детектування, працюючого у полі акустичних шумів (завад) низька, бо не дозволяє відрізнити само інформативний корисний сигнал від сигналу супутніх акустичних шумів. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача створення радіаційноакустичного способу детектування іонізуючих випромінювань, який при відсутності синхронізації до дії іонізуючого випромінювання, має нечутливість до супутніх акустичних шумів, що заважають, а завдяки цьому високу достовірність вимірів іонізуючого випромінювання. Для вирішення поставленої задачі вимірюють амплітуду біжучих хвиль у двох ідентичних п'єзоелектричних датчиках, в одному з яких попередньо створюють електричне поле, по величині більше, ніж поле насичення поляризації для п'єзоелектричного матеріалу датчика, що використовується, та з нього ж вимірюють корисний інформаційний сигнал у момент часу, коли амплітуда цього сигналу перевищить амплітуду сигналу з другого п'єзоелектричного датчика без електричного поля. Суть запропонованої корисної моделі в наступному. При наявності іонізуючого випромінювання п'єзоелектричний датчик реєструє параметри ультразвукових хвиль, збуджених у ньому як цим випромінюванням, так і сторонніми акустичними шумами, що заважають. Коли інтенсивність радіаційного випромінювання на датчик не змінюється, корисний сигнал з датчика дорівнює нулю, так як для збудження ультразвукових хвиль акустичного випромінювання потрібне створення в об'ємі датчику нестаціонарної сили, що з'являється від поглинання радіаційних загублень енергії у матеріалі датчика, а вона без зміни інтенсивності випромінювання відсутня. При появі сигналу з вихідної сторони датчика та при відсутності синхронізації зі зміною інтенсивності іонізаційного випромінювання, неможливо зрозуміти чи сигнал, що реєструють в часі, є продукт дії радіаційної індукованої пружної сили (корисний сигнал), чи є супутній вимірюванням зовнішній акустичний імпульс-завада (наприклад, удар). Це зводить нанівець дозиметричні виміри, що проводять, бо вони недостовірні. Для вирішення цієї 1 UA 94042 U 5 10 15 20 25 30 35 проблеми водночас реєструють акустичний сигнал ще з одного ідентичного датчика, який спільно та одночасно розміщують у тому ж радіаційному полі, що вимірюють. У цей час в ньому створюється електричне поле, яке по величині більше, ніж поле насичення поляризації для п'єзоелектричного матеріалу цього датчика, що дозволяє знімати з нього додатково імпульс акустичного надвипромінювання. Таким чином він має змогу реєструвати як акустичний імпульс від акустичних завад, та і акустичне надвипромінювання, яке чутливо реагує на зміну інтенсивності радіаційного випромінювання. Коли реєструють однакові сигнали з обох датчиків це акустична завада, а коли сигнал з датчика з електричним полем більший - то це є корисний сигнал. У випадку, як що сигнал, що вимірюється, є суперпозицією завади та корисного сигналу, його можливо або не вважати надійним, або для очищення від завад додатково математично обробити. Це залежить від потреб дозиметричних вимірів та вимог існуючого робочого завдання. Що ж стосується взагалі надійності вимірів, то, коли з датчика з електричним полем реєструють сигнал більший, ніж з іншого, - це надійно є корисний сигнал від іонізуючого випромінювання, що вимірюється, особливо якщо сигнал з іншого датчика має амплітуду близько нуля. Таким чином, вимірювання амплітуди ультразвукових біжучих хвиль, генерованих іонізуючим випромінюванням у двох ідентичних п'єзоелектричних датчиках, в одному з яких попередньо створено електричне поле, по величині більше, ніж поле насичення поляризації для п'єзоелектричного матеріалу датчика, що використовується, та з нього ж вимірюють корисний інформаційний сигнал у момент часу, коли амплітуда цього сигналу перевищить амплітуду сигналу з другого п'єзоелектричного датчика без електричного поля дозволяє досягнути мети корисної моделі, що пропонується - достовірність дозиметричних акустичних вимірів при відсутності змоги синхронізувати зміну дії іонізаційного випромінювання та момент вимірів. Як п'єзоелектричний матеріал, з якого виготовлено датчик бажано застосовувати п'єзоелектричну кераміку, вироби з якої мають радіаційну, термічну та вібраційну стійкість властивих параметрів та мають високу радіаційну довговитривалість. Крім цього високий внутрішній електричний опір та малі токи утікання дозволяють тривалий час стабільно витримувати електричні навантаження. Джерела інформації: 1. Иванов В.И. Курс дозиметрии. Атомиздат. М., 1978. - 392 с. 2. Залюбовский И.И., Калиниченко А.И., Лазурик В.Т. Введение в радиационную акустику. "Вища школа" Изд-во при Харьковском университете, 1986. - 168 с. 3. Патент RU № 2195004, G01T 1/00. Способ регистрации ионизирующих злучений; опубл. 20.12.2002. 4. Патент України № 78176, G01T 1/00. Спосіб детектування іонізуючих випромінювань /С.І. Іванов: опубл. 11.03.2013, Бюл. № 5. 5. Воловик В.Д., Иванов С.И. Возбуждение механических колебаний в сегнетоэлектриках пучками ионизирующего излучения.: ФТТ, 1976, Том 16. - Вып. 6. - С. 1603-1605. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Спосіб детектування іонізуючих випромінювань, що полягає в тому, що при наявності іонізуючого випромінювання за допомогою п'єзоелектричного датчика реєструють параметри збуджених у ньому ультразвукових хвиль, який відрізняється тим, що вимірюють амплітуду ультразвукових біжучих хвиль, генерованих іонізуючим випромінюванням, що вимірюється, у двох ідентичних п'єзоелектричних датчиках, в одному з яких попередньо створюють електричне поле, по величині більше, ніж поле насичення поляризації для п'єзоелектричного матеріалу датчика, що використовується, та з нього ж вимірюють корисний інформаційний сигнал у момент часу, коли амплітуда цього сигналу перевищить амплітуду сигналу з другого п'єзоелектричного датчика без електричного поля. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як п'єзоелектричний матеріал датчика використовують п'єзоелектричну кераміку. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2