Лабораторная работа № 4. Изучение устройства и принципа работы дозиметра дту-01

Дозиметр ДТУ-01 предназначен для измерения поглощенных доз рентгеновского и гамма-излучений с энергией выше 10 кэВ. При соот­ветствующих градуировках возможно измерение доз заряженных час­тиц в широком энергетическом интервале и медленных нейтронов.

Прибор предназначен для работы в закрытых помещениях при температуре воздуха от +15° до +-30°С и относительной влажности возду­ха не более 80% при температуре 25°С.

Дозиметр термолюминесцентный универсальный ДТУ-01 комплек­туется:

1) детекторами термолюминесцентными на основе LiF; Mg; Ti;

2) индивидуальными кассетами для ношения детекторов;

3) транспортными кассетами.

Технические характеристики ДТУ-01

1. Диапазон регистрируемых доз от 10^-4 Гр до 50 Гр.

2. Зависимость от дозы линейна в диапазоне от 10^-4 Гр до 10 Гр.

3. Погрешность измерения доз в диапазоне 10^-4 – 10^-3 Гр не пре­вышает ± 30%, от 10^-3 до 50 Гр – ± 15%.

4. Дополнительная систематическая погрешность за счет энерге­ти­ческой зависимости чувствительности при использовании де­текто­ров в кассетах индивидуального ношения ДТУ-01 для фотонного излучения с энергией от 20 до 80 кэВ не превышает ± 15%.

5. Зависимость показаний от мощности дозы излучения соответст­вует до 10⁹ Гр.

6. Потери дозиметрической информации за год при комнатной тем­пературе в пределах погрешности измерения отсутствуют.

7. Число циклов использования одного детектора не менее 200 при изменении чувствительности не более, чем на 10 %.

8. Воспроизводимость режима нагрева в диапазоне температур 50° – 400°С не ниже –1%.

9. Режим нагрева детекторов двухступенчатый, от 20 до 100°± 20°С.

10. Нагрев и охлаждение в блоке термообработки происходит по заданной программе.

11. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока на­пряжения 220В J 8 % с частотой 50 Гц МГц.

12. Масса прибора не превышает 40 кг.

Устройство и работа дозиметра ДТУ-01

Метод регистрации доз ионизирующего излучения основан на спо­собности некоторых кристаллических веществ-люминофоров запасать и длительно сохранять часть поглощённой энергии. При нагревании облучённый термолюминофор испускает светотермолюминесценцию, интенсивность максимума которой (J_max) (пиковый метод) или свето-сумма (S) (интегральный метод) пропорциональны дозе облучения. В данном приборе используется пиковый метод измерения.

Термолюминесцентные детекторы из LiF, активированного Mg, Ti, синтезируются в вакууме методом кристаллизации из расплава. Детек­торы представляют собой поликристаллические таблетки диаметром 3,5 ± 0,3 мм и толщиной 2,0 ±0,2 мм.

Дозиметр термолюминесцентный универсальный ДТУ-01.

Блок-схема дозиметра приведена на рис.15. Функционально дози­метр можно разделить на два основных блока: блок формирования режима нагрева и блок регистрации термолюминесценции.

Блок формирования режима нагрева функционирует следующим образом: устройством 6, представляющим собой генератор линейно-изменяющегося напряжения, посредством подачи определенного сиг­нала (зависящего от заданной устройством 7 скорости нагрева) фор­мируется определенный закон изменения напряжения, которое в блоке 5 представляющим собой компаратор с очень большим коэффициен­том усиления, сравнивается с напряжением, поступающим с выхода усилителя напряжения 4 термопары 2. Если напряжение на выходе блока 4 меньше напряжения на выходе блока 6 компаратор пере­брасывается и разрешает работу электронного регулятора 3, который подает ток на нагревательный элемент 1. При этом напряжение на выходе блока 4 возрастает и, становясь больше напряжения на выхо­де блока 6, приводит к обратной переброске компаратора 5, ко­торый запрещает подачу тока электронным регулятором через на­грева­тельный элемент.

Благодаря очень большому коэффициенту усиления компаратора 5 и его высокому быстродействию, напряжение на выходе усилителя термопары практически не отличается от напряжения на выходе за­дающего генератора 6. Этим обеспечивается глубокая отрицательная связь и, соответственно, строгое линейное возрастание температуры нагревательного элемента.

Термолюминесценция регистрируется ФЭУ 8 . Сигнал от ФЭУ по­ступает в устройство 9, которое преобразует ток в напряжение. Ко­эффициент преобразования определяется величиной поступающего с ФЭУ сигнала. Напряжение подается на вход масштабного усилителя, где происходит дальнейшее его усиление до оптимального уровня. Коэффициенты усиления масштабного усилителя 10 выбираются автоматически в зависимости от величины входного сигнала. К выходу масштабного усилителя может быть подключён самопишущий потен­циометр КСП-4 11, позволяющий регистрировать кривую термолю­минесценции.

Для автоматического определения максимума пика (КТВ) сигнал с масштабного усилителя поступает в блок регистрации экстремумов фототока 12, содержащий компаратор, а пиковый детектор, где в оп­ределенном, заранее задаваемом температурном диапазоне происходит сравнение на компараторе сигнала КТБ с сигналом на выходе пиково­го детектора. Превышение сигнала на выходе пикового детектора над текущим сигналом свидетельствует о наличии пика. Для предотвраще­ния ложных срабатываний, связанных со случайными флуктуациями сигнала, задается определенный порог сравнения, зависящий от вели­чины сигнала.

Рис.15. Блок-схема дозиметра ДТУ-01:

1 – нагревательный элемент; 2 – термопара; 3 – электронный регулятор; 4 – усилитель напряжения термопары; 5 – компаратор; 6 – генератор линейно-изменяющегося напря­жения; 7 – устройство задания скорости; 8 – ФЭУ; 9 – преобразователь фототока; 10 – масштабный усилитель с автоматическим переключателем диапазонов; 11 – КСП-4; 12 – блок регистрации эктремумов фототока; 13 – преобразователь напряжение частота; 14 – частотомер с цифровой индикацией и формирователем счетных интервалов; 15 – источник питания; 16 – светофильтр.

Сигнал с масштабного усилителя подается на преобразователь на­пряжения частоты 13 с линейным коэффициентом преобразования 1 В > 100 Гц. При определении величины светосуммы в блоке 14 про­изводится подсчет импульсов в заранее заданном температурном интервале. При определении амплитуды пика кривой термовысвечивания (КТВ) сигнал с пикового, детектора поступает на преобразователь напряжение-частота 13 и при появлении пика разрешается подсчет импульсов в частотомере за счетный интервал, равный одной секунде.

Температурный интервал поиска пика устанавливается по темпе­ратуре нагревательного элемента с учетом смещения температуры об­разца по сравнению с температурой НЭ.

Для уменьшения влияния хемилюминесценции с поверхности об­разцов и теплового их свечения и нагревательного элемента пе­ред окном ФЭУ располагается светофильтр СЗС-21.

Общая компоновка.

Прибор ДТУ-01 оформлен в виде металлического корпуса с закрепленным внутри шасси. Схема передней панели приведена на рис.16.

Рис. 16. Расположение элементов управления на передней панели ДТУ-01:

1 – цифровое табло; 2 – светодиод индикации прохождения пика КТВ; 3 – светодиод индикации нарушения режима блоков нагрева; 4 – стрелочный индикатор изменения температуры (полная шкала соответствует 500°С); 5 – стрелочный индикатор изменения светотока; 6 – клавиша сброса информации; 7 – клавиша включения-выключения нагрева с индикацией соответствующего режима работы; 8– клавиша включения автоматического выбора диапазона измерений с индикацией включения; 9 – клавиша ручного переключения диапазонов измерений (10^-3–10² Гр) с соответствующей индикацией; 10 – клавиша включения блоков термовысвечивания или термообработки с соответствующей индикацией; 11 – ручка калибровки чувствительности регистрирующего тракта; 12– ручка компенсации темнового тока ФЭУ; 13 – тумблер включения и выключения прибора.

Вид задней панели прибора (рис.17).

Рис.17. Задняя панель прибора ДТУ-01:

1 – тумблер переключения температурного диапазона регистрации пика КТВ;

2 – тумблер включения и выключения высокого напряжения; 3 – держатель предохранителя; 4 – разъемы подключения выносного блока термовысвечивания; 5 – аналоговый выход для регистрации КТВ; 6 – аналоговый выход для контроля температурного режима; 7 – клемма заземления; 8 – разъемы подключения прибора к сети; 9 – разъем подключения выносного блока термообработки.

Блок термовысвечивания.

В выносном блоке термовысвечивания (рис.18) находится трансформатор с нагревательным элементом, закрепленным в корпусе 1. На корпусе крепится неподвижный 2 и поворотный 3 диски со светозащитной крышкой и рукояткой. В светонепроницаемом кожухе 4 установлен ФЭУ-140. Фиксация поворотного диска с ФЭУ в положение "Калибровка" и "Измерение" осуществляется при помощи упоров, установленных в неподвижном диске. Загрузка де­текторов происходит при положении рукоятки между упорами. Для подвода в камеру высвечивания инертного газа или азота в неподвижном диске имеется штуцер. В специальном углубле­нии неподвижного диска установлен радиолюминес­центный источник, в состав которого входит β-нуклид ¹⁴С, с помощью которого осуществляется калибровка регистрирую­щего тракта прибора.

Рис.18. Выносной блок термовысвечивания:

1 – корпус; 2 – неподвижный диск; 3 – поворотный диск;

4 – светонепроницаемый кожух.

Блок повторной термообработки (БПТ).

Конструктивно БПТ (рис.19) выполнен в виде корпуса с за­крепленным внутри трансформатором. В верхней части имеется откидная крышка, которая в закрытом положении образует камеру нагрева.

Нагревательный элемент представляет собой пластину из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм с углубле­ниями для детекторов. При опущенной крышке детекторы закры­ваются асбестовой пластиной, закрепленной в крышке, для более равномерного их нагрева. Контроль за режимом термообработ­ки осуществляется по стрелочному индикатору температуры на передней панели.

Рис. 19. Блок повторной термообработки.