Курсовая работа: Гамма-спектрометр РКГ-01 "Алиот"
Практически во всех типах детекторов используется высокое напряжение (обычно от 500В до 4000В). Чтобы обеспечить плавную подачу высокого напряжения на детектор, в современных блоках высокого напряжения предусмотрен медленный рост напряжения до установленного на регуляторе. Обычно скорость роста напряжения составляет 50-100 В/с, то же относится и снятию напряжения. Большинство блоков снабжено защитой от перегрузок, а некоторые блоки высокого класса для ППД имеют аварийное отключение при повышении температуры охлаждаемого детектора до критической (при которой детектор под напряжением выходит из строя). Блоки высокого напряжения отличаются очень высокой стабильностью, т.к. это непосредственно влияет на энергетическое разрешение детектора.[3]
1.3 УСИЛИТЕЛЬ
Спектрометрический усилитель не является обязательным элементом спектрометрического комплекса. Его не используют, если предусилитель дает сигнал необходимой амплитуды и формы. Усилитель предназначен для подготовки сигнала с предусилителя к обработке АЦП.
Усилитель имеет несколько регулировок: усиления, постоянной времени, порога дискриминатора, компенсация нуля. Все регулировки , кроме порога дискриминатора, служат для управления формой и амплитудой импульса, дискриминатор же отсекает сигналы, амплитуды которых меньше установленного порога, т.к. убирает шум, облегчая работу АЦП и уменьшая загрузку спектрометра. Регулировка постоянной времени влияет на длительность, и, в какой-то мере, на амплитуду импульса. Еще одна важная регулировка – восстановление нуля (или основной линии). Регулировка восстановления основной линии позволяет сделать импульс почти симметричным, что является благоприятным фактором для АЦП.
1.4 АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
АЦП – сложнейшая электронная система, преобразующая значение амплитуды импульса в цифровой код. АЦП имеет некоторое количество каналов или цифровых ячеек. Обычно число ячеек 1024, 4096 или 8192, т.е. кратно двум – 1024=210, 4096=212, 8192=213. Степень двойки означает разрядность АЦП. Говорят, что АЦП имеет 12 разрядов или 4096 каналов. Иногда используют обозначение 210=1К, 212=4К, 213=8К. Когда на вход АЦП приходит импульс напряжения, его амплитуда превращает в цифру, которая лежит в диапазоне от 0 до 1024 (в случае 10-ти разрядного АЦП) или то 0 до 4096 (в случае 12-ти разрядного) и т.д. После этого в канал с номером, равным этой цифре, добавляется единица. И так для всех импульсов. В итоге в канале АЦП набирается гистограмма амплитуд импульсов, которая является спектром гамма-излучения в цифровом виде. [3]
1.5 СИСТЕМЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СПЕКТРА
Цифровой вид спектра не слишком удобен для работы, поскольку чаще всего требуется оперативная информация о виде спектра, т.е. его графической форме. Можно, конечно, считать значение каналов и построить на бумаге график – по оси Х – номер канала, по оси V – значение в канале, но, как правило, сейчас это делается автоматически на экране осциллографа или компьютера. Такой способ представления информации позволяет рассмотреть общий вид спектра, выделить его часть и рассмотреть в подробностях, изменить вертикальный и горизонтальный масштабы и т.д.
1.6 ЗАЩИТА
Как правило, детекторы гамма- излучений помещают в специальные контейнеры, которые называют защитой.[3]
2. НАЗНАЧЕНИЕ БЛОКОВ СПЕКТРОМЕТРА
1.запись радиоактивного фона в долговременную память;
2. запись в оперативную память массы и объема пробы;
3. измерение скорости счета импульсов от пробы вещества;
4. математическая обработка информации, записанной в памяти прибора и поступающей с детекторного блока;
5. вывод на дисплей окончательных данных об удельной радиоактивности пробы по радионуклидам цезия и калия; [2]
3. НАЗНАЧЕНИЕ СПЕКТРОМЕТРА
Радиометр предназначен для измерения удельной или объемной активности (УО, ОА) гамма - излучающих нуклидов в пробах пищевых продуктов. Основное назначение - санитарно - гигиенический контроль в стационарных условиях. Радиометр найдет широкое применение для измерения УА (ОА) гамма - излучающих нуклидов в пробах почв, донных отложений, продуктах растениеводства и животноводства в районах, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС. Радиометр позволяет автоматически учитывать содержание в измеряемой пробе радионуклида калия-40 и свести его влияние на точность измерения к минимуму. Диапазон регистрируемого фотонного ионизирующего излучения ( ФИИ ), КЭВ ......50-3000.В качестве датчика в радиометре могут быть использованы блоки детектирования спектрометрические типов 6931-17, 6931 -20, БДЭГ2-22, БДЭГ2-23, БДЭГ-20Р - БДЭГ-20Р7. В настоящем радиометре использованы блоки детектирования на базе кристаллов йодистого натрия, активированного таллием с размерами, мм, 40x40. Радиометр предназначен для работы и закрытых сухих отапливаемых помещениях при нормальных климатических условиях. [4]
4. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГАММА - СПЕКТРОМЕТРА РКГ-01
Радиометр включает в себя электронный блок и детектор спектрометрический со свинцовой защитой.В основе работы блоков детектирования лежит принцип преобразования энергетических потерь гамма - квантов в чувствительном объеме сцинтилляционного детектора.Блоки детектирования спектрометрические типа БДЭГ преобразуют поглощенную в чувствительном объеме детектора энергию гамма - квантов ФИИ в электрические импульсы пропорциональной амплитуды.Блоки детектирования включают:
- узел включения фотоэлектронного умножителя (ФЗУ), обеспечивающий поддержание потенциалов определенной величины на электродах;
- узел предусилителя - зарядочувствительный двухкаскадныи усилитель, выполненный на операционном усилителе КР544УД2А, охваченный глубокой, отрицательной обратной связью, стабилизирующей параметры схемы, эмиттерный повторитель на выходе усилителя обеспечивает согласование с нагрузкой (кабель типа РК)
Питание блока детектирования осуществляется от блока питания электронного блока, на выходе блока детектирования формируются импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии попадающих в детектор гамма - квантов. Анализ амплитудного распределения импульсов позволяет с определенной достоверностью судить об энергетическом распределении гамма - квантов, взаимодействующих с детектором, и однозначно определять активность радионуклидов в пробе. Радиометр - двухканальный. Один канал (цезия) настроен на энергию в диапазоне 150-900 КЭВ, второй (калия) на энергию в диапазоне 900- 1600 КЭВ. Исследования проб продуктов питания и других объектов из районов, подвергшихся радиоактивному загрязнению позволили установить, что основной вклад в активность вносят радионуклиды цезия-134, цезия-137 и стронция - 90, присутствие природного радионуклида калия - 40 и значительный разброс его содержания в пробах затрудняет проведение анализа. Присутствие в пробах стронция-90 не сказывается на точности определения гамма - излучающих нуклидов, так как этот радионуклид - чистый бета-излучатель.
Высокие требования к спектрометрическому тракту, к усилителям и дискриминатору блока электронного обусловлены необходимостью выдачи стабильных показаний за время непрерывной работы и значительным временем измерения на верхнем пределе диапазона измерений (порядка 2000 с), они обеспечиваются системой обратной связи по физическому реперу-америцию- 241 (59, 537 КЭВ). Система обратной связи поддерживает на постоянном уровне амплитуду импульсов, соответствующих гамма - квантам, изменяя питающее ФЗУ высокое напряжение, стабилизируя тем самым энергетическое соотношение по цезиевому и калиевому каналам.
После выделения и разделения импульсов по каналам, они поступают в контроллер, входящий в состав блока электронного и обеспечивающий необходимые вычисления с учетом геометрии кристалла, спектрального распределения ФИИ, активности радионуклида калия-40 в пробе, веса пробы и времени экспозиции. Контроллер также обеспечивает обработку сигналов, поступающих от органов управления радиометра, и управляет элементами индикации. Текущее значение удельной активности смеси радионуклидов цезия-134 и цезия-137 в пробе и статистическая погрешность измерений отображаются на цифровом индикаторе в основных единицах БК/кг. [5]
5.ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Диапазон измерения удельной активности БК / кг (КИ / кг) ..... 18,5 -37ООО (5 + 10-10 -1 + 10-6 ). Основная относительная погрешность в диапазоне измерений, % не более .. ...35. Дополнительная погрешность, вносимая радионуклидом К- 40, %, не более ....15. Коэффициент преобразования .... 0,03.
Результат измерений может быть представлен в единицах:
- ОА... БК/л или КИ/л;
- У А ... БК/КГ или КИ/кг;
В радиометре предусмотрены:
- V выдача звукового сигнала при времени измерения 300 С;
- автоматическое прекращение измерения при достижении статистической погрешности, %, 15 с выдачей звукового сигнала;
Время непрерывной работы радиометра не менее 24 ч, нестабильность показаний радиометра за 24 часа непрерывной работы, %, не более ..... 5. Время установления рабочего режима радиометра, мин, не более .... 30. Мощность, потребляемая радиометром от сети переменного тока, Вт, не более .... 60. Объем измеряемой пробы выбирается из ряда, литр, - 1,0; 0,5; 0,1. Питание радиометра от электросети - 220В - 10%, - 15%, 50 Гц. Наработка на отказ, ч, - 5000. Срок службы - 8 лет. Гарантийный срок со дня ввода в эксплуатацию – 18 мес. Гарантийный срок хранения со дня приёмки ОТК – 6 мес. [5]
6. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА СПЕКТРОМЕТРЕ
Для работы с радиометром необходимо ознакомиться с настоящим паспортом и комплектом конструкторской документации, поставляемой с радиометром.
Организация работ по обеспеченно электробезопасности при эксплуатации радиометра должна соответствовать требованиям, изложенным в «Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». Все работы по эксплуатации и техническому обслуживанию радиометра должны проводиться в соответствии с требованиями «Основных санитарных правил работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений» (ОСП-72/80) и «Нормами радиационной безопасности» (НРБ-76/87).
Лица, работающие с радиометром, должны иметь квалификационную группу по эксплуатации электроустановок не ниже 3. В соответствии с «Правилами безопасности при транспортировании радиоактивных веществ» (ПБТРВ-73) транспортирование радиометра осуществляется на условиях для грузов, не опасных в радиационном отношении, активность входящего в комплект поставки радиометра гамма - источника не превышает 3.7* 103 Бк. Мощность дозы излучения на поверхности упаковки не превышает 0,3 МБЭР/ч. [5]
7.ПОРЯДОК РАБОТЫ НА СПЕКТРОМЕТРЕ