Спосіб детектування потоків іонізуючих випромінювань

Реферат: UA 97947 U UA 97947 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі прикладної ядерної фізики, зокрема детектування та дозиметрії іонізуючих випромінювань як імпульсної, так і сталої дії. Сучасний дозиметричний контроль використовує багато фізичних явищ та технологічних принципів, на основі яких створюються різноманітні детектори потоків іонізуючих випромінювань. Подальші розробки цих детекторів дозволяють виконати на їх основі робочі комплекси та прилади радіаційних вимірювань. Вони використовуються у радіологічному контролі промислових джерел іонізованого випромінювання, моніторингу прискорювачів та енергетичних і дослідницьких ядерних реакторів, при заощадженні та захороненні ядерних відходів, в галузі медицини та різноманітних наукових дослідженнях. Особливе значення серед відомих способів детектування потоків іонізуючих випромінювань, що застосовуються в сучасних технологіях, мають радіаційно-акустичні [1], які дозволяють проводити вимірювання параметрів радіаційних полів за ультразвуковим відгуком на їх дію у чутливих елементах, що застосовуються, та використати при цьому низку фізичних ефектів, притаманних цим способам дозиметрії. Також багато з них можуть працювати за наявності зовнішніх імпульсних електромагнітних завад [2]. Але усі вони мають свої негативні сторони, які доволі часто як обмежують галузі їх використання, так і потребують специфічних умов для їх практичного застосування. Серйозним недоліком цих способів є природно мала чутливість, тобто коефіцієнт перетворення загублених в матеріалі детектора втрат енергії іонізуючого випромінювання в -9 -10 енергію ультразвукових хвиль - малий, приблизно 10 -10 , та ще й при урахуванні невеликої величини коефіцієнту електромеханічного зв'язку сегнетоелектриків, корисний інформативний -5 вихідний електричний сигнал при цьому становить менше ніж 10 В. Цього замало для його надійної реєстрації і, крім того, робить ці способи непрацездатними за наявності супутніх електромагнітних перешкод, боротьба з якими дуже трудомістка, та часто просто неможлива. Тому їх практичне використання потребує додаткового електричного та магнітного екранування, якщо можливо, та значного електричного посилення вихідного сигналу, та все ж при роботі зі сталими потоками радіаційного опромінювання усього цього виявляється замало. Відомий спосіб детектування іонізуючих випромінювань, в якому чутливість детектування іонізуючого випромінювання підвищена за рахунок посилення первісного ультразвукового сигналу в акустичному каналі реєстрації [3]. Це відбувається завдяки додаванню в первісний термопружний ультразвуковий сигнал, що генерується іонізуючим випромінюванням, ще й сигналу акустичної емісії від механічної релаксації загальмованих доменів та об'ємних елементів структури сегнетоелектрика, які зведені зовнішнім електричним полем, та кооперативно відпущені дією іонізуючого випромінювання - акустичне надвипромінювання. Це синхронно збуджує додатковий акустичний сплеск у сегнетоелектрику, який значно більший по амплітуді ніж термопружний, що робить його реєстрацію більш легкою та достовірною. Недоліком цього способу є те, що він спрацьовує тільки тоді, коли внутрішня структура сегнетоелектрика зведена зовнішнім електричним полем, та знаходиться у збудженому та загальмованому стані. При цьому його подальша механічна релаксація, яка і приводить до акустичного сплеску, здійснюється за допомогою іонізуючого випромінювання. Під час сплеску структура сегнетоелектрика виробляється, тобто зменшує накопичену внутрішню енергію та змінюється на більш стабільну. Тому наступні акустичні сплески за рахунок акустичного надвипромінювання на тому ж рівні неможливі. Найближчим аналогом за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є відомий спосіб детектування потоків іонізуючих випромінювань, який полягає в тому, що за наявності іонізуючого випромінювання за допомогою сегнетоелектричного датчика, який розташовано в зовнішньому електричному полі, що більше, ніж поле насичення електричної поляризації сегнетоелектрика, що застосовується, реєструють параметри збуджених у ньому ультразвукових хвиль, та за ними судять про параметри іонізуючого випромінювання [4]. Недоліком способу-найближчого аналога є те, що для кожного послідуючого спрацьовування сегнетоелектричного датчика, коли це можливо, потрібен час, необхідний для колективної перебудови внутрішньої структури сегнетоелектрика, за рахунок, наприклад, термічних, чи інших флуктуацій, в структуру, здатну для акустичного надвипромінювання, а цей час зрівняний з періодом довготривалості матеріалів, тобто дуже довгий. Задачею запропонованої корисної моделі є безперервна, за весь час роботи, реєстрація потоків іонізуючого випромінювання за сплесками акустичного надвипромінювання із сегнетоелектрика, що опромінюється цими потоками. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що після реєстрації ультразвукового сплеску полярність зовнішнього електричного поля змінюють на протилежну - і так увесь час протягом вимірів. 1 UA 97947 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Зв'язок між суттєвою ознакою корисної моделі та досягненням технічного результату полягає у тому, що зміна полярності електричного поля, в якому знаходиться сегнетоелектричний детектор, дозволяє його по новому поляризувати в цьому полі, але вже з іншим напрямком вектора поляризації. Це приводить до того, що за величини поля більшої, ніж поле насичення поляризації для сегнетоелектрика, що використовується, в ньому з'являється нова зведена та загальмована внутрішня структура, яка придатна для отримання радіаційноіндукованого сплеску акустичного надвипромінювання. В подальшому дії повторюють. Виміри амплітуд ультразвукових сплесків, що з'являються, проводять через проміжок часу, коли перестройка внутрішньої структури сегнетоелектрика після зміни полярності електричного поля скінчиться. Для практичного застосування запропонованого способу детектування потоків іонізуючих випромінювань як сегнетоелектрик, що опромінюється, найбільш придатна п'єзоелектрична кераміка, наприклад ЦТС-19, яка має полікристалічну структуру, радіаційна перебудова якої теж, поряд з перебудовою доменної структури, збільшує сигнал акустичного надвипромінювання. Також п'єзокераміка серед інших сегнетоелектриків найбільш стійка до радіаційного випромінювання, що дозволяє її тривале використання. Зміну ж напрямку електричного поля можливо проводити, наприклад, електронним комутатором, який спрацьовує синхронно з акустичними сплесками з сегнетоелектричного детектора. Таким чином, запропонований спосіб детектування потоків іонізуючих випромінювань за допомогою зміни полярності електричного поля після спрацьовування детектора дозволяє виконати поставлену задачу і проводити реєстрацію іонізуючих потоків в безперервному режимі та з використанням акустичного надвипромінювання. Джерела інформації: 1. Залюбовский И.И., Калиниченко А.И., Лазурик В.Т. Введение в радиационную акустику: "Вища школа", Изд-во при Харьковском университете, 1986.-168 с. 2. Патент RU № 2195004, G01T 1/00, публ. 20.12.2002. /Способ регистрации ионизирующих излучений. 3. Воловик В.Д., Иванов С.И. Возбуждение механических колебаний в сегнетоэлектриках пучками ионизирующего излучения: ФТТ, 1976. - Том 16, вып. 6. - С. 1603-1605. 4. Патент України № 78176, МПК G01T 1/00. Спосіб детектування іонізуючих випромінювань / С.І. Іванов; опубл. 11.03.2013, бюл. № 5. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб детектування потоків іонізуючих випромінювань, який полягає в тому, що при наявності іонізуючого випромінювання за допомогою сегнетоелектричного датчика реєструють амплітуду ультразвукового сплеску акустичного надвипромінювання, що з'являється у сегнетоелектрику, який розташовується у зовнішньому постійному електричному полі з напруженістю більше, ніж поле насичення поляризації у застосованому сегнетоелектрику, який відрізняється тим, що після реєстрації ультразвукового сплеску полярність зовнішнього електричного поля змінюють на протилежну, і так увесь час протягом вимірів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як п'єзоелектричний матеріал датчика використовують п'єзоелектричну кераміку. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виміри амплітуд ультразвукових сплесків, що з'являються, проводять через проміжок часу, коли перестройка внутрішньої структури сегнетоелектрика після зміни полярності електричного поля скінчиться. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2