Пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гамма-випромінювання

Реферат: Пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гаммавипромінювання має блок електроніки, блок детектування, що включає поглиначі та детектори. Детектори розташовані всередині поглиначів асиметричної та симетричної форми, а блок електроніки виконаний у вигляді багатоканальних аналізаторів імпульсів для вимірювання амплітуди гамма-імпульсу. UA 85493 U (12) UA 85493 U UA 85493 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до пристроїв неруйнівного контролю та може бути використана в радіаційному моніторингу місцевості для пошуку точкових джерел гаммавипромінювання та веденні спостереження за імпульсними джерелами на стаціонарних та рухомих постах. Відомий пристрій для пошуку та вимірювання двох кутових координат фотонних джерел, який складається з блока детектування, що включає захисний екран, кільцевий багатоелементний детектор, що розташований на боковій поверхні екрана, та електронний перетворювач, що з'єднаний з елементами детектора, та блок електроніки, що з'єднаний з виходами перетворювача. Пристрій також включає принаймні ще один багатоелементний детектор. Захисний екран виконаний у вигляді сфери з ортогональними один до одного кільцевими пазами, в яких розміщені детектори [1]. Суттєвим недоліком даного пристрою є відносно низька здатність по виявленню двох кутових координат фотонних джерел, що пов'язано з малою площиною пазів у порівнянні з площиною всієї сфери, а також неможливість визначення напрямку на імпульсні точкові джерела. Найбільш близьким до запропонованого пристрою є пристрій зі сферичною зоною огляду для пошуку фотонних джерел у тілесному куті 4π стерадіан, який складається з блока детектування, що включає захисний екран у формі шару та багатоелементний детектор, електронний перетворювач, що з'єднаний з елементами детектора та блок електроніки, що з'єднаний з електронним перетворювачам. Детектуючі елементи розташовані по ребрах правильного багатогранника, що утворені платами електронних перетворювачів, всередині якого розміщується захисний екран [2]. Суттєвим недоліком даного пристрою є залежність кутової роздільності від кількості детектуючих елементів та плат електронних перетворювачів, а також неможливість визначати напрямок на імпульсні точкові джерела. В основу корисної моделі поставлено задачу створити пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гамма-випромінювання. Для вирішення поставленої задачі пропонується пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гамма-випромінювання, який має блок електроніки, блок детектування, що включає поглиначі та детектори, які розташовані всередині поглиначів асиметричної та симетричної форми, а блок електроніки виконаний у вигляді багатоканальних аналізаторів імпульсів для вимірювання амплітуд гамма-імпульсу. На фіг. 1 зображено: 1 - поглинач у вигляді коаксіального циліндра; 2 - детектор Д1, що розташований в геометричному центрі поглинача 1. На фіг. 2а зображено: 3 - переріз асиметричного поглинача; 4 - детектор Д2, що розташований в геометричному центрі внутрішнього циліндра поглинача 3; 5 - товщина поглинача h, що залежить від напрямку на джерело іонізуючого випромінювання; 6 - кут α, який визначається як кут між напрямком на джерело іонізуючого випромінювання та межею асиметричного поглинача між мінімальною та максимальною товщиною, яка визначає кут α=0; 7 - джерело іонізуючого випромінювання (ДВ). На фіг. 2б зображено: 8 - секторний поглинач в межах декількох градусів, 9 - детектор Д3, що розташований за секторним поглиначем, якщо джерело іонізуючого випромінювання розташоване під кутом α=0. На фіг. 3 зображено: 10 - асиметричний півкульовий поглинач, 11 - детектор Д4, що розташований в центрі основи асиметричного півкульового поглинача. Пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гамма-випромінювання складається з блоку електроніки; поглинача у вигляді коаксіального циліндру 1 (фіг. 1), в якому розташований детектор Д1 2 (фіг. 1); асиметричного поглинача 3 (фіг. 2а), в геометричному центрі якого розташований детектор Д2 4 (фіг. 2а), товщина 5 (фіг. 2а) рівномірно змінюється в залежності від кута α 6 (фіг. 2а), що визначає напрямок на джерело випромінювання 7 (фіг. 2а); секторного поглинача 8 (фіг. 2б) з детектором Д 3 9 (фіг. 2б); асиметричного півкульового поглинача 10 (фіг. 3), в центрі основи якого розташований детектор Д4 11 (фіг. 3). Даний пристрій працює наступним чином. Для визначення напрямку на джерело гаммавипромінювання детекторами вимірюються щільності потоку фотонів, які проходять крізь блок детектування у вигляді поглиначів різної товщини та геометричної форми (фіг. 1, фіг. 2а, фіг. 2б, фіг. 3), що розташовані один над одним, щоб не затінювати один одного від джерела гаммавипромінювання, а асиметричний півкульовий поглинач розташований зверху. Сигнал, що виміряний детектором, надходить в блок електроніки, який включає аналізатори імпульсів, схему вимірювання, контролер, USB-контролер, з якого дані надходять на ПЕОМ. 1 UA 85493 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій синхронно вимірює сигнали, що надходять від одного точкового джерела гаммавипромінювання 7 (фіг. 2а), які реєструються детекторами, що поміщені у поглиначі. Товщина другого - 3 (фіг. 2а) та четвертого - 10 (фіг. 3) поглинача залежить від напрямку на джерело, першого - 1 (фіг. 1) - не залежить і має постійний коефіцієнт ослаблення K1, третій - 8 (фіг. 26) з коефіцієнтом ослаблення K3=K1 являє собою сектор для напрямку між мінімальною та максимальною товщиною другого поглинача 3 (фіг. 2а). Для другого поглинача 3 (фіг. 2а) коефіцієнт ослаблення K2 змінюється від мінімального значення до максимального в діапазоні кутів від 0 до 2π радіан, а товщина поглинача рівномірно збільшується від мінімальної до  h  c b 360  , де h - товщина поглинача 5 (фіг. 2а), що максимальної відповідно до формули відповідає напрямку на джерело гамма-випромінювання, с - задана константа, що визначає мінімальну товщину поглинача; b - задана константа, що визначає максимальну товщину поглинача; α - кут 6 (фіг. 2а), що відповідає напрямку на джерело гамма-випромінювання у діапазоні від 0° до 360°. Четвертий поглинач 10 (фіг. 3) являє собою з внутрішнього боку порожнисту півсферу з коефіцієнтом ослаблення K4, що збільшується з мінімального значення до максимального в напрямку від вертикальної осі до основи, а поглинач складається з геометричної форми: одна - внутрішня поверхня кулі, а інша - рівномірно змінюється в напрямку від вертикальної осі до основи від мінімального до максимального розміру відповідно до залежності h-b×α/90°, де h - товщина поглинача, b - константа, що задана максимальною товщиною поглинача, α - кут в просторі від 0 до 90 градусів. При діленні кількості імпульсів, що надходить з другого - 4 (фіг. 2а) (або четвертого - 11 (фіг. 3)) детектора на кількість імпульсів, що надходить з першого - 2 (фіг. 1) детектора скорочуються невідомі нам постійні величини такі як енергія фотонів, відстань від точки вимірювання до джерела випромінювання та його інтенсивність, а отримане значення визначається тільки товщиною поглиначів у напрямку джерела. При цьому товщина h1 коаксіального поглинача відома і є сталою величиною, a h2 та h4 визначається згідно рів-ностей KП1  j2 j1  exp h2  / exp h1  KП2  j4 j1  exp h2  / exp h1  , і визначене значення відповідає напрямку на джерело γ-випромінювання; кількість імпульсів j1, j2, j4 визначається кількістю γ-квантів, зареєстрованих першим 2 (фіг. 1), другим 4 (фіг. 2а) та четвертим 11 (фіг. 3) K K детекторами, μ-лінійний коефіцієнт ослаблення матеріалу поглинача, а П1 , П 2 - коефіцієнти пропорційності. Третій детектор 9 (фіг. 2б) з секторним поглиначем призначений для ліквідації невизначеності напрямку близько кута α=0 між мінімальною та максимальною товщиною поглинача 3 (фіг. 2а) і можливими іншими кутами в діапазоні від 0° до 360° та визначає цей напрямок згідно рівності j K KП3  3  1  1 K j1 K 3 , де j3 - кількість γ-квантів, зареєстрованих детектором 9 (фіг. 2б), а П3 коефіцієнт пропорційності. Для визначення напрямку на імпульсне джерело випромінювання використовують показання значень амплітуди гамма-імпульсу на багатоканальних аналізаторах імпульсів, де амплітуди імпульсу пропорційні кількості гамма-квантів, зареєстрованих детекторами. При дії імпульсного гамма-випромінювання на детекторах багатоканальних аналізаторів імпульсів фіксують по одному імпульсу з характерною для кожного детектора амплітудою, яка буде визначатись товщиною поглинача на шляху γ-випромінювання. За відношенням цих амплітуд імпульсу визначається товщина h2 та h4 за наведеною вище формулою для коефіцієнтів K K пропорційності П1 , П 2 і відповідно напрямок на імпульсне гамма-джерело. Таким чином, застосування блоків детектування з детекторами, що розташовані всередині заданих поглиначів та багатоканальних аналізаторів імпульсів для вимірювання амплітуди гамма-імпульсу дає можливість визначати напрямок в просторі на гамма-джерела, включаючи імпульсні. Застосування чотирьох вищезазначених заданих поглиначів дає змогу вимірювати дві кутові координати - вертикальну та горизонтальну. Джерела інформації: 1. Л.В. Володина, В.П. Демченков, М.С. Ольков, Р.С. Клочко, В.Н. Попов, Е.А. Шелепков. Устройство для поиска и измерения двух угловых координат фотонных источников: Пат. 2192656 РФ, G01T1/29.-2001102994/28; Заявл. 31.01.2001; Опубл. 10.11.2002. 2. А.Н. Власенко, В.П.Демченков, О.Е. Лапин, А.Ф. Первишко. Устройство со сферической зоной обзора для поиска фотонных источников: Пат. 2386146 РФ, G01T1/16-2008150&Ш28; Заявл. 22.12.2008; Опубл. 10.04.2010. 2 UA 85493 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гаммавипромінювання, який має блок електроніки, блок детектування, що включає поглиначі та детектори, який відрізняється тим, що детектори розташовані всередині поглиначів асиметричної та симетричної форми, а блок електроніки виконаний у вигляді багатоканальних аналізаторів імпульсів для вимірювання амплітуди гамма-імпульсу. 3 UA 85493 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4