RU2700365C1 - Device with a hemispherical zone of view for searching for sources of photon radiation - Google Patents
Device with a hemispherical zone of view for searching for sources of photon radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700365C1 RU2700365C1 RU2019104193A RU2019104193A RU2700365C1 RU 2700365 C1 RU2700365 C1 RU 2700365C1 RU 2019104193 A RU2019104193 A RU 2019104193A RU 2019104193 A RU2019104193 A RU 2019104193A RU 2700365 C1 RU2700365 C1 RU 2700365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- source
- scintillation
- photon radiation
- radiation source
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2907—Angle determination; Directional detectors; Telescopes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге в качестве портативного средства поиска и определения направления на источник фотонного излучения по двум угловым координатам в телесном угле 2π стерадиан.The invention relates to the field of nuclear instrumentation and can be used in radiation monitoring as a portable means of searching and determining the direction of a photon radiation source by two angular coordinates in a solid angle of 2π steradians.
Источники фотонного излучения высокой активности, попавшие в окружающую среду вследствие различных чрезвычайных происшествий, представляют серьезную опасность для здоровья и жизни человека и должны быть незамедлительно изъяты и помещены в соответствующие хранилища. Как правило, местонахождение и точные координаты радиоактивного загрязнения в районе чрезвычайного происшествия заранее неизвестны. Следовательно, первоочередной задачей ликвидации последствий радиационной катастрофы является локализация источников фотонного излучения на местности при помощи технических средств определения координат радиоактивного загрязнения. Одной из важнейших технических характеристик таких средств является время локализации источника фотонного излучения, так как длительное время поиска приводит к значительному увеличению дозовой нагрузки на ликвидаторов радиационной аварии. Существенным образом сократить время локализации поможет портативное устройство, обладающее высокой чувствительностью к фотонному излучению, широкой зоной зрения и при этом обеспечивающее высокую точность измерения угловых координат источника излучения. Такие характеристики устройства позволят получить данные о характере радиоактивного загрязнения при отсутствии необходимости приближения к источнику и сканирования местности в непосредственной близости от него, не подвергая излишней опасности ликвидаторов.Sources of high activity photon radiation that have entered the environment as a result of various emergencies pose a serious danger to human health and life and should be immediately removed and placed in appropriate storage facilities. As a rule, the location and exact coordinates of the radioactive contamination in the area of the emergency are not known in advance. Therefore, the primary task of eliminating the consequences of a radiation catastrophe is the localization of photon radiation sources on the ground using technical means to determine the coordinates of radioactive contamination. One of the most important technical characteristics of such tools is the localization time of the photon radiation source, since a long search time leads to a significant increase in the dose load on the liquidators of a radiation accident. A portable device with high sensitivity to photon radiation, a wide field of view and at the same time providing high accuracy in measuring the angular coordinates of the radiation source will significantly reduce localization time. Such characteristics of the device will make it possible to obtain data on the nature of radioactive contamination in the absence of the need to approach the source and scan the area in close proximity to it, without exposing the liquidators to excessive danger.
Известно «Устройство для определения местоположения источника гамма-излучения» [1], содержащее два идентичных сцинтилляционных детектора с предварительно выровненными счетными эффективностями регистрации, разделенных защитным экраном в виде параллелепипеда, обеспечивающим эффективное поглощение излучения в выбранном энергетическом диапазоне, форма и размеры которого, а также расстояние между детекторами выбраны исходя из заданной диаграммы направленности регистрации устройства. Устройство снабжено измерителем разности скоростей счета сцинтилляционных детекторов. Информация о местоположении источника излучения выделяется по разности скоростей счета двух детекторов, которая чувствительна к взаимной ориентации оси устройства и направления на источник.The known "Device for determining the location of the source of gamma radiation" [1], containing two identical scintillation detectors with pre-aligned counting registration efficiencies, separated by a protective screen in the form of a parallelepiped, providing effective absorption of radiation in the selected energy range, the shape and size of which, as well as the distance between the detectors is selected based on the given radiation pattern of the device registration. The device is equipped with a meter for the difference in counting speeds of scintillation detectors. Information about the location of the radiation source is distinguished by the difference in the count rates of the two detectors, which is sensitive to the relative orientation of the device axis and the direction to the source.
В рабочем положении устройства детекторы ориентированы боковой поверхностью на источник излучения, открытые торцы сцинтилляторов - вниз, торцы сцинтилляторов, оптически связанные с фотоэлектронными умножителями - вверх. В этом положении устройство обладает диаграммой направленности регистрации, позволяющей определять направление (азимут) на источник. Полусфера пространства, где находится источник излучения (передняя или задняя относительно ориентации устройства), определяется по разности показаний детекторов. Если источник находится со стороны детектора, расположенного перед защитным экраном, то показания такого детектора будут превышать показания детектора, расположенного за защитным экраном. Таким образом, устройство позволяет обнаружить присутствие источника излучения в его поле зрения без сканирования исследуемого участка местности. При вращении устройства по азимуту разность скоростей счета будет изменяться и достигнет максимума при ориентации оси устройства в направлении на источникIn the operating position of the device, the detectors are oriented by the lateral surface to the radiation source, the open ends of the scintillators - down, the ends of the scintillators, optically connected with photoelectronic multipliers - up. In this position, the device has a registration pattern that allows you to determine the direction (azimuth) to the source. The hemisphere of the space where the radiation source is located (front or rear relative to the orientation of the device) is determined by the difference in the readings of the detectors. If the source is located on the side of the detector located in front of the protective screen, then the readings of such a detector will exceed the readings of the detector located behind the protective screen. Thus, the device allows you to detect the presence of a radiation source in its field of view without scanning the investigated area. When the device rotates in azimuth, the difference in the count rates will change and reach a maximum when the axis of the device is oriented in the direction to the source
Недостатком устройства является относительно низкая эффективность регистрации излучения в диаграммах направленности по азимутальному и полярному углу. Это связано с формой и размером защитного экрана, а также расстоянием между детекторами и защитным экраном, которые различны для различных его диаграмм направленности, что значительно снижает его зону обзора, а также необходимость вращения устройства для точного определения направления на источник излучения. Другим недостатком является изготовление защитного экрана из материала с большим атомным номером, что затрудняет возможность использования данного устройства в качестве портативного прибора при радиационном мониторинге вследствие большого веса защитного экрана.The disadvantage of this device is the relatively low efficiency of radiation registration in radiation patterns in the azimuthal and polar angles. This is due to the shape and size of the protective screen, as well as the distance between the detectors and the protective screen, which are different for its different radiation patterns, which significantly reduces its field of view, as well as the need to rotate the device to accurately determine the direction to the radiation source. Another disadvantage is the manufacture of a protective screen from a material with a large atomic number, which makes it difficult to use this device as a portable device for radiation monitoring due to the large weight of the protective screen.
Известен портативный «Зонд для определения направления гамма-излучения» [2], включающий корпус, содержащий как минимум три детектора, разделенных защитой от излучения, выход с детекторов связан с сигнальным процессором для определения угла на источник излучения, а выход с сигнального процессора связан с устройством отображения, где индицируется значение угла. В качестве детекторов выступают счетчики Гейгера-Мюллера, защитный экран изготовлен из свинца, а само устройство дополнительно снабжено спектрометрическим каналом, где используется сцинтиллятор NaI(Tl) или LaBr3(Се). Несмотря на зону зрения от 0 до 360 градусов в азимутальной плоскости, основными недостатками зонда являются низкая чувствительность вследствие применения счетчиков Гейгера-Мюллера, определение направление на источник фотонного излучения только по одной (азимутальной) координате, а также изготовление защитного экрана из свинца, что отрицательно сказывается на весе зонда.Known portable "Probe for determining the direction of gamma radiation" [2], comprising a housing containing at least three detectors separated by radiation protection, the output from the detectors is connected to the signal processor to determine the angle to the radiation source, and the output from the signal processor is associated with a display device where the angle value is displayed. Geiger-Muller counters are used as detectors, the protective shield is made of lead, and the device itself is additionally equipped with a spectrometric channel where a NaI (Tl) or LaBr 3 (Се) scintillator is used. Despite the range of view from 0 to 360 degrees in the azimuthal plane, the main disadvantages of the probe are low sensitivity due to the use of Geiger-Muller counters, determining the direction of the photon radiation source by only one (azimuthal) coordinate, as well as the manufacture of a protective shield from lead, which is negative affects the weight of the probe.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Устройство определения направления на источник гамма-излучения по двум координатам в телесном угле 2π стерадиан» [3]. Устройство содержит четыре идентичных сцинтилляционных счетчика, расположенных торцевыми поверхностями к источнику излучения. Счетчики разделены защитным экраном в виде сборной конструкции из перекрещенных прямоугольных пластин и фронтальной квадратной пластины, причем фронтальная пластина закрывает половину торцевых площадей сцинтилляционных кристаллов, обращенных к источнику. Защитный экран изготовлен из материала с небольшим атомным номером, обеспечивающим достаточно эффективное ослабление излучения. Расстояния между пластинами и счетчиками были выбраны исходя из диаграммы направленности устройства, обеспечивающей определение двух угловых координат источника в телесном угле 2π стерадиан.The closest technical solution adopted for the prototype is “A device for determining the direction to the source of gamma radiation by two coordinates in a solid angle of 2π steradian” [3]. The device contains four identical scintillation counters located by the end surfaces to the radiation source. The counters are separated by a protective screen in the form of a prefabricated structure of crossed rectangular plates and a front square plate, and the front plate covers half of the end areas of the scintillation crystals facing the source. The protective screen is made of a material with a small atomic number, which provides a fairly effective attenuation of radiation. The distances between the plates and the counters were selected based on the radiation pattern of the device, which provides the determination of the two angular coordinates of the source in a solid angle of 2π steradians.
В рабочем положении устройства блок детектирования ориентирован торцевой поверхностью счетчиков на источник излучения. В таком положении устройство обладает диаграммами направленности, позволяющими определить направление на источник по азимутальному и полярному углу. Информация о местоположении источника излучения определяется по разности скоростей счета с угломерной пары, образованной двумя противоположными счетчиками. Указанная разность скоростей счета с каждой пары сцинтилляционных счетчиков зависит от взаимной ориентации оси симметрии устройства и направления на источник.In the operating position of the device, the detection unit is oriented by the end surface of the counters to the radiation source. In this position, the device has radiation patterns that allow you to determine the direction to the source from the azimuthal and polar angle. Information about the location of the radiation source is determined by the difference in counting speeds with the goniometric pair formed by two opposite counters. The indicated difference in counting speeds from each pair of scintillation counters depends on the relative orientation of the axis of symmetry of the device and the direction to the source.
Одновременно с регистрацией гамма-излучения и вычисления координат источника, в модуль согласования с видеокамеры поступает видеоизображение исследуемого участка местности, на которое накладывается вычисленное положение источника гамма-излучения в координатах устройства в виде крестообразной отметки. Совмещенное изображение от модуля согласования передается для отображения на дисплей, расположенный на корпусе устройства. Управление работой устройства осуществляется при помощи сенсорного экрана дисплея, подключенного к модулю согласования. Питание устройства осуществляется от блока аккумуляторов через модуль согласования для питания контроллера, видеокамеры и дисплея, а также через преобразователь высоковольтный для питания сцинтилляционных детекторов.Simultaneously with the registration of gamma radiation and the calculation of the coordinates of the source, a video image of the studied area is fed to the matching module from the camera, on which the calculated position of the gamma radiation source in the coordinates of the device is superimposed in the form of a cross mark. The combined image from the matching module is transmitted for display on a display located on the device. The operation of the device is controlled using the touch screen display connected to the matching module. The device is powered from the battery pack through the matching module for powering the controller, camcorder and display, as well as through a high-voltage converter for powering scintillation detectors.
Так как питание осуществляется от внутреннего блока аккумуляторов, уменьшение количества счетчиков позволит увеличить время работы устройства и положительно скажется на его весогабаритных и эргономических характеристиках.Since the power is supplied from the internal battery pack, reducing the number of meters will increase the device’s operating time and will positively affect its weight and size and ergonomic characteristics.
Целью изобретения является уменьшение энергопотребления устройства, а также его веса и габаритов, при сохранении зоны обзора в 2π стерадиан.The aim of the invention is to reduce the power consumption of the device, as well as its weight and dimensions, while maintaining a viewing area of 2π steradian.
Предложено устройство, схема которого представлена на фиг. 1, обладающее полусферической зоной обзора для поиска источников фотонного излучения (1). Устройство содержит видеокамеру (2), корпус (3), защитный экран (4), преобразователь высоковольтный (5), детекторную сборку (6), контроллер (7), дисплей (8), модуль согласования (9) и блок аккумуляторный (10). Детекторная сборка включает в себя три однотипных счетчика сцинтилляционных, состоящих из сцинтилляционных кристаллов и фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).A device is proposed, the circuit of which is shown in FIG. 1, having a hemispherical viewing area for searching photon radiation sources (1). The device comprises a video camera (2), a housing (3), a protective shield (4), a high-voltage converter (5), a detector assembly (6), a controller (7), a display (8), a matching module (9), and a battery unit (10) ) The detector assembly includes three scintillation counters of the same type, consisting of scintillation crystals and photomultiplier tubes.
Вход детекторной сборки подключен к выходу преобразователя высоковольтного, обеспечивающего электропитание ФЭУ. Три выхода детекторной сборки подключены к аналоговым входам контроллера. Выход контроллера подключен к входу преобразователя высоковольтного для установки его выходных напряжений. Другой выход контроллера подключен к системной информационной CAN магистрали, по которой передает на вход модуля согласования накопленную спектрометрическую информацию. Модуль согласования подключен к входу дисплея и выходу видеокамеры. Питание устройства осуществляется от блока аккумуляторного, подключенного к входу модуля согласования. Все узлы и модули устройства размещены в одном корпусе.The input of the detector assembly is connected to the output of the high-voltage converter providing power to the PMT. Three outputs of the detector assembly are connected to the analog inputs of the controller. The controller output is connected to the input of the high-voltage converter to set its output voltages. Another output of the controller is connected to the system CAN information line, through which it transfers the accumulated spectrometric information to the input of the matching module. The matching module is connected to the input of the display and the output of the camcorder. The device is powered by a battery pack connected to the input of the matching module. All nodes and modules of the device are located in one housing.
Расположение сцинтилляционных счетчиков относительно защитного экрана представлено на фиг. 2 (вид со стороны источника излучения), фиг. 3 (вид сзади) и фиг. 4 (вид сбоку). Три идентичных сцинтилляционных кристалла (11), (12) и (13) размещены в углублениях Y-образной части защитного экрана, образованной тремя прямоугольными пластинами с полуцилиндрическими окончаниями (14), причем пластины расположены под углом 120 градусов друг к другу. Защитный экран также содержит пластину в виде шарового сегмента (15), закрывающую половину площади фронтальных торцевых поверхностей сцинтилляционных кристаллов. Видеокамера (2) расположена на вершине пластины (15). ФЭУ крепятся к нижней, нерабочей торцевой поверхности сцинтилляционных кристаллов и на схеме не показаны.The arrangement of scintillation counters relative to the protective shield is shown in FIG. 2 (view from the side of the radiation source), FIG. 3 (rear view) and FIG. 4 (side view). Three identical scintillation crystals (11), (12) and (13) are placed in the recesses of the Y-shaped part of the protective shield formed by three rectangular plates with half-cylinder ends (14), the plates being located at an angle of 120 degrees to each other. The protective screen also contains a plate in the form of a spherical segment (15), covering half the area of the front end surfaces of scintillation crystals. The video camera (2) is located on top of the plate (15). PMTs are attached to the bottom, non-working end surface of scintillation crystals and are not shown in the diagram.
Отличием от прототипа является выполнение детекторной сборки из трех идентичных сцинтилляционных счетчиков с предварительно выровненными счетными эффективностями регистрации, защитного экрана в виде трех прямоугольных пластин с полуцилиндрическими окончаниями и фронтальной пластины в виде шарового сегмента, закрывающей половину площади сцинтилляционных кристаллов.The difference from the prototype is the implementation of the detector assembly of three identical scintillation counters with pre-aligned counting registration efficiencies, a protective screen in the form of three rectangular plates with half-cylinder ends and a front plate in the form of a spherical segment covering half the area of the scintillation crystals.
Такая конструкция позволяет получить уменьшение веса и габаритов устройства за счет уменьшения количества сцинтилляционных счетчиков и прямоугольных пластин защитного экрана, с четырех до трех штук. Полусферическая зона обзора устройства обеспечивается за счет оптимально выбранных расстояний фронтальной пластины от торцевых поверхностей сцинтилляционных счетчиков и расстояний от боковой поверхности счетчиков до прямоугольных пластин, а также за счет использования в качестве материала защитных экранов материала с небольшим атомным числом и плотностью (например, железо или титан).This design allows to reduce the weight and dimensions of the device by reducing the number of scintillation counters and rectangular plates of the protective screen, from four to three pieces. The hemispherical viewing area of the device is ensured by the optimally selected distances of the front plate from the end surfaces of the scintillation counters and the distances from the side surface of the counters to rectangular plates, as well as by using material with a small atomic number and density (for example, iron or titanium) as protective shields )
Указанные преимущества предлагаемого устройства выявлены с помощью расчетов по программе имитационного трехмерного моделирования систем детектирования и регистрации ионизирующего излучения МСС 3D [4].The indicated advantages of the proposed device were identified using calculations using the program of simulation three-dimensional modeling of systems for detecting and recording ionizing radiation MCC 3D [4].
Для теоретического исследования была создана математическая модель устройства, представляющая детекторную сборку из трех сцинтилляционных счетчиков, помещенную в защитный экран, состоящий из трех прямоугольных пластин, соединенных между собой под углом 120°, и фронтальной пластины в виде шарового сегмента, перекрывающим половину торцевых площадей сцинтилляционных кристаллов. В качестве материала сцинтиллятора был выбран NaI(Tl), сцинтилляционные кристаллы стыковались с фотоэлектронными умножителями Hamamatsu R711, выводы которых подключались к блоку электроники, обеспечивающему управление работой трех ФЭУ.For a theoretical study, a mathematical model of the device was created, which represents a detector assembly of three scintillation counters, placed in a protective screen consisting of three rectangular plates connected to each other at an angle of 120 °, and a front plate in the form of a spherical segment, overlapping half of the end areas of the scintillation crystals . NaI (Tl) was chosen as the scintillator material, the scintillation crystals were docked with Hamamatsu R711 photomultiplier tubes, the conclusions of which were connected to an electronics unit that controls the operation of three PMTs.
Для указанной конструкции были произведены расчеты функции отклика сцинтилляционных счетчиков на источник фотонного излучения, расположенный под разными углами относительно устройства.For this design, we calculated the response function of scintillation counters to a photon radiation source located at different angles relative to the device.
Целью расчетов было получение оптимальных для получения зоны зрения устройства, равной 2π стерадиан, размеров сцинтилляционных кристаллов, элементов защитного экрана и их взаимного расположения, а также материала защитного экрана. Диаметр сцинтилляционного кристалла был выбран равным 40 мм, варьировалась его длина (от 25 мм до 40 мм). Исследовалось также расстояние от фронтальной пластины до сцинтиллятора (от 5 мм до 10 мм), размеры, толщина и материал защитных экранов (вольфрам, железо, титан). В качестве источника использовался радионуклид цезий-137 с энергией фотонов равной 661 кэВ.The purpose of the calculations was to obtain optimal for obtaining the device's field of view equal to 2π steradians, the sizes of scintillation crystals, the elements of the protective screen and their relative position, as well as the material of the protective screen. The diameter of the scintillation crystal was chosen equal to 40 mm; its length was varied (from 25 mm to 40 mm). We also studied the distance from the front plate to the scintillator (from 5 mm to 10 mm), the sizes, thickness, and material of the protective screens (tungsten, iron, titanium). A cesium-137 radionuclide with a photon energy of 661 keV was used as a source.
В результате расчетов определены оптимальные размеры составных элементов конструкции устройства для получения зоны зрения равной 2π стерадиан. Оптимальные характеристики математической модели составили: сцинтилляционный кристалл NaI(Tl) размерами ∅40×40 мм, фронтальная пластина в виде шарового сегмента радиусом 35 мм с максимальной толщиной 23 мм, расстояние от торцов сцинтилляционных кристаллов до фронтальной пластины 5 мм, боковые поверхности сцинтилляционных кристаллов прилегают к прямоугольным пластинам, толщина которых составляет 15 мм. Радиус цилиндрических окончаний пластин составил 16 мм. Расчеты показали, что необходимо использовать материал для защитных экранов с небольшим атомным номером и плотностью (железо или титан).As a result of the calculations, the optimal sizes of the structural components of the device were determined to obtain a visual zone of 2π steradian. The optimal characteristics of the mathematical model were: NaI (Tl) scintillation crystal л40 × 40 mm in size, a frontal plate in the form of a spherical segment with a radius of 35 mm and a maximum thickness of 23 mm, the distance from the ends of the scintillation crystals to the frontal plate was 5 mm, the side surfaces of the scintillation crystals were adjacent to rectangular plates with a thickness of 15 mm. The radius of the cylindrical ends of the plates was 16 mm. The calculations showed that it is necessary to use the material for protective shields with a small atomic number and density (iron or titanium).
Рабочее положение устройства - счетчик (11) находится вверху, а счетчики (12) и (13) внизу относительно видеокамеры (12). Видеокамера направлена в сторону источника (см. фиг. 2).The operating position of the device is a counter (11) at the top, and counters (12) and (13) at the bottom relative to the video camera (12). The camcorder is directed towards the source (see Fig. 2).
Функция отклика устройства на излучения фотонного источника для азимутального угла ϕ (в горизонтальной плоскости) вычисляется по значению разностей скоростей счета от счетчика (13) n13 и счетчика (12) n12 отнесенной к сумме их скоростей счета:The response function of the device to the radiation of a photon source for the azimuthal angle ϕ (in the horizontal plane) is calculated by the value of the differences of the counting speeds from the counter (13) n 13 and the counter (12) n 12 related to the sum of their counting speeds:
При отрицательных значениях азимутального угла ϕ (источник находится слева относительно плоскости симметрии устройства, проходящей через центр счетчика (11) и центр видеокамеры) n12>n13, при положительных значениях азимутального угла n13>n12.For negative values of the azimuthal angle ϕ (the source is on the left with respect to the plane of symmetry of the device passing through the center of the counter (11) and the center of the camera) n 12 > n 13 , with positive values of the azimuthal angle n 13 > n 12 .
Функция отклика устройства для полярного угла Θ (в вертикальной плоскости) вычисляется по значению разности скорости счета со счетчика (11) n11 и средней скорости счета со счетчиков (12) n12 и (13) n13, отнесенной к сумме скоростей счета счетчиков (12) n12 и (13) n13.The response function of the device for the polar angle Θ (in the vertical plane) is calculated by the value of the difference between the counting speed from the counter (11) n 11 and the average counting speed from the counters (12) n 12 and (13) n 13 , related to the sum of the counting speeds of the counters ( 12) n 12 and (13) n 13 .
При отрицательных значениях полярного угла (источник находится в нижней полуплоскости относительно видеокамеры) ((n12+n13)/2)>n11, при положительных значениях полярного угла n11>((n12+n13)/2).For negative values of the polar angle (the source is in the lower half-plane relative to the camera) ((n 12 + n 13 ) / 2)> n 11 , for positive values of the polar angle n 11 > ((n 12 + n 13 ) / 2).
В результате компьютерного моделирования было установлено, что функции отклика устройства на излучение фотонного источника для азимутального и полярного углов представляют собой гладкие монотонные функции, где каждому значению угла соответствует одно значение функции отклика (см. фиг. 5 и фиг. 6). Таким образом, данный установленный факт позволяет однозначно определять угловую координату источника по вычисленному значению функции отклика. Из рассмотрения зависимостей видно, что измерение азимутального и полярного углов предлагаемым устройством детектирования возможно в диапазоне изменения этих углов от минус 90° до +90°, то есть зона зрения устройства составляет 2π стерадиан (полусфера).As a result of computer simulation, it was found that the response functions of the device to the radiation of the photon source for the azimuthal and polar angles are smooth monotonic functions, where each value of the angle corresponds to one value of the response function (see Fig. 5 and Fig. 6). Thus, this established fact allows us to uniquely determine the angular coordinate of the source from the calculated value of the response function. From the consideration of the dependencies it is seen that the measurement of the azimuthal and polar angles of the proposed detection device is possible in the range of variation of these angles from minus 90 ° to + 90 °, that is, the field of view of the device is 2π steradian (hemisphere).
Таким образом, совокупность отличительных признаков является необходимым и достаточным условием для выполнения поставленной задачи, а именно уменьшения количества счетчиков при сохранении измерительных характеристик.Thus, the combination of distinctive features is a necessary and sufficient condition for fulfilling the task, namely reducing the number of counters while maintaining the measurement characteristics.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Фотоны от источника излучения могут взаимодействовать как с материалом защитного экрана, при этом теряя свою энергию или полностью поглощаясь в нем, так и напрямую попадать в сцинтилляционный кристалл. Попадание фотонов в кристалл вызывает в нем световые вспышки. Световые вспышки фотоэлектронным умножителем преобразовываются в импульсы тока, которые поступают на вход контроллера, где производится их подсчет. Питание фотоэлектронных умножителей обеспечивается преобразователем высоковольтным, который преобразовывает входное напряжение от аккумуляторов в напряжение, необходимое для питания ФЭУ. Контроллер имеет возможность варьировать величину напряжения электропитания фотоэлектронных умножителей для стабилизации шкалы энергетического преобразования. Информация о количестве зарегистрированных фотонов в секунду каждым сцинтилляционным счетчиком из детекторной сборки передается в модуль согласования. В модуле согласования по формулам (1.1) и (1.2) вычисляются функции отклика и по зависимостям, приведенным на фиг. 5 и фиг. 6, определяются угловые координаты источника фотонного излучения в азимутальной и полярной плоскости.Photons from the radiation source can interact with the material of the protective shield, while losing their energy or being completely absorbed in it, and directly fall into the scintillation crystal. The ingress of photons into a crystal causes light flashes in it. Light flashes by a photomultiplier are converted into current pulses, which are fed to the controller input, where they are counted. The power of the photoelectronic multipliers is provided by a high-voltage converter, which converts the input voltage from the batteries to the voltage necessary to power the PMT. The controller has the ability to vary the magnitude of the voltage of the photoelectronic multipliers to stabilize the scale of energy conversion. Information about the number of registered photons per second by each scintillation counter from the detector assembly is transmitted to the matching module. In the matching module, according to formulas (1.1) and (1.2), the response functions are calculated also according to the dependencies shown in FIG. 5 and FIG. 6, the angular coordinates of the photon source in the azimuthal and polar planes are determined.
Одновременно с регистрацией фотонного излучения и вычисления координат источника, в модуль согласования с видеокамеры поступает видеоизображение исследуемого участка местности, на которое накладывается вычисленное положение источника излучения в координатах устройства в виде крестообразной метки. Совмещенное изображение от модуля согласования передается для отображения на дисплей, расположенный на корпусе устройства. Управление работой устройства осуществляется при помощи сенсорного экрана дисплея, подключенного к модулю согласования. Питание устройства осуществляется от блока аккумуляторов через модуль согласования для питания контроллера, видеокамеры и дисплея, а также через преобразователь высоковольтный для питания сцинтилляционных счетчиков.Simultaneously with the registration of photon radiation and the calculation of the source coordinates, the video image of the studied area is fed to the matching module from the camera, on which the calculated position of the radiation source in the coordinates of the device is superimposed in the form of a cross mark. The combined image from the matching module is transmitted for display on a display located on the device. The operation of the device is controlled using the touch screen display connected to the matching module. The device is powered from the battery pack through the matching module to power the controller, camcorder and display, as well as through a high-voltage converter to power the scintillation counters.
Устройство может дополнительно содержать модуль Wi-Fi для беспроводной передачи данных на удаленный пульт управления. Для облегчения массы устройства, корпус может быть изготовлен из полиуретана.The device may further comprise a Wi-Fi module for wireless data transmission to a remote control. To facilitate the weight of the device, the housing can be made of polyurethane.
Список использованных источниковList of sources used
1. Устройство для определения местоположения источника гамма-излучения: пат. 2068184 Рос. Федерация. №4929838/25; заявл. 19.04.1991; опубл. 20.10.1996.1. Device for determining the location of the source of gamma radiation: US Pat. 2068184 Ros. Federation. No. 4,929,838 / 25; declared 04/19/1991; publ. 10/20/1996.
2. Directional gamma ray probe: пат. 7470909 B2 США. №11/509078, заявл. 24.08.2006; опубл. 28.02.2008.2. Directional gamma ray probe: US Pat. 7470909 B2 United States. No. 11/509078, declared 08/24/2006; publ. 02/28/2008.
3. Устройство для определения направления на источник гамма-излучения по двум координатам в телесном угле 2π стерадиан: пат. 2579799 Рос. Федерация. №2014154417/28, заявл. 30.12.2014; опубл. 10.04.2016, бюл. №10.3. A device for determining the direction to the source of gamma radiation in two coordinates in a solid angle of 2π steradian: US Pat. 2579799 Ros. Federation. No. 2014154417/28, declared 12/30/2014; publ. 04/10/2016, bull. No. 10.
4. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2008615088 от 22.10.2008, свидетельство о метрологической аттестации программы №С-2101-001 от 27.11.07 в ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»)4. Certificate of state registration of computer programs No. 2008615088 of 10/22/2008, certificate of metrological certification of program No. C-2101-001 of 11/27/07 at FSUE VNIIM named after DI. Mendeleev ")
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019104193A RU2700365C1 (en) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | Device with a hemispherical zone of view for searching for sources of photon radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019104193A RU2700365C1 (en) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | Device with a hemispherical zone of view for searching for sources of photon radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2700365C1 true RU2700365C1 (en) | 2019-09-16 |
Family
ID=67989880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019104193A RU2700365C1 (en) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | Device with a hemispherical zone of view for searching for sources of photon radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2700365C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2574927A (en) * | 2018-04-20 | 2019-12-25 | Cavendish Nuclear Ltd | Improvements in and relating to detection |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070258560A1 (en) * | 2003-07-23 | 2007-11-08 | Go Sensors, Llc | Apparatus and method for determining location of a source of radiation |
| RU2579799C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) | DEVICE FOR DETERMINING DIRECTION OF GAMMA RADIATION SOURCE ON TWO COORDINATES IN SOLID ANGLE OF 2π STERADIAN |
| CN205176283U (en) * | 2015-11-23 | 2016-04-20 | 上海市计量测试技术研究院 | On --spot calibrating device is rateed to portable environment gamma radiation does |
| RU2620451C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-05-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining location of point gamma radiation source on the ground |
| RU2655044C1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамма" | Method for detection of ionizing radiation sources |
-
2019
- 2019-02-14 RU RU2019104193A patent/RU2700365C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070258560A1 (en) * | 2003-07-23 | 2007-11-08 | Go Sensors, Llc | Apparatus and method for determining location of a source of radiation |
| RU2579799C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) | DEVICE FOR DETERMINING DIRECTION OF GAMMA RADIATION SOURCE ON TWO COORDINATES IN SOLID ANGLE OF 2π STERADIAN |
| CN205176283U (en) * | 2015-11-23 | 2016-04-20 | 上海市计量测试技术研究院 | On --spot calibrating device is rateed to portable environment gamma radiation does |
| RU2620451C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-05-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining location of point gamma radiation source on the ground |
| RU2655044C1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамма" | Method for detection of ionizing radiation sources |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2574927A (en) * | 2018-04-20 | 2019-12-25 | Cavendish Nuclear Ltd | Improvements in and relating to detection |
| GB2574927B (en) * | 2018-04-20 | 2022-10-05 | Cavendish Nuclear Ltd | Radiation detector with visual imaging |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105510952B (en) | Offline mode CdZnTe cruising inspection system and method for inspecting | |
| US7470909B2 (en) | Directional gamma ray probe | |
| Okada et al. | Development of a gamma camera to image radiation fields | |
| CN103616713B (en) | detector and detection system | |
| US10371855B2 (en) | Apparatus and method for non-invasive inspection of solid bodies by muon imaging | |
| RU2700365C1 (en) | Device with a hemispherical zone of view for searching for sources of photon radiation | |
| JP2019502900A5 (en) | ||
| Gerling et al. | Miner-a mobile imager of neutrons for emergency responders | |
| US10775514B2 (en) | System for detecting and locating radioactive sources | |
| ES2877772B2 (en) | DEVICE FOR THE DETECTION, IDENTIFICATION, QUANTIFICATION AND/OR SIMULTANEOUS LOCATION OF SOURCES OF GAMMA RADIATION AND NEUTRONS | |
| RU2579799C1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING DIRECTION OF GAMMA RADIATION SOURCE ON TWO COORDINATES IN SOLID ANGLE OF 2π STERADIAN | |
| Ghelman et al. | Design of 4π High-Efficiency Directional Radiation Detector Based on Compton Scattering | |
| Mukai et al. | Development of unmanned remote system to find radiation sources based on 4π gamma imaging | |
| Baek et al. | Optimization of large-angle pinhole collimator for environmental monitoring system | |
| Randall et al. | A method of providing directionality for ionising radiation detectors—RadICAL | |
| Zhao et al. | A two-dimensional array detector for determining the direction to gamma-ray source | |
| CN211554328U (en) | Gas and solid mixing detection device and system | |
| JP2014169943A (en) | Radiation measurement device and radiation measurement program | |
| Chuanpeng et al. | Review of Compton camera imaging technology development | |
| RU2386146C1 (en) | Device with spherical field of view for searching for photon sources | |
| Bogomolov et al. | Advanced gamma detector for cubesats | |
| RU183777U1 (en) | DEVICE FOR REGISTRATION OF FAST NEUTRONS OF SPACE RADIATION | |
| Ruch et al. | Proof of Principle Simulation of a Handheld Neutron Scatter Camera. | |
| RU2586383C1 (en) | Device for neutron spectrometry | |
| BG3231U1 (en) | Multi-layer coincidence dosimeter sensor for ionizing beams |