СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-8

Использование цифровых методов регистрации и обработки сигналов в ядерно физическом приборострое нии позволило резко улучшить харак теристики приборов и выйти на ка чественно новый уровень развития спектрометрической и дозиметричес кой аппаратуры. Цифровые техноло гии обработки сигналов позволяют разрабатывать принципиально новые измерительные системы радиацион ного контроля на основе известных детекторов ионизирующего излуче ния. Используя оптимальные алгорит мы, более точно учитывающие про цессы, проходящие при регистрации ионизирующего излучения в детекто ре, можно получать информацию, ко торую сложно или вообще невозмож но получить с помощью аналоговых систем. Цифровые методы позволяют уменьшить «мёртвое» время и рабо тать при более высоких загрузках. В цифровых устройствах информация ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2011 меньше искажается за счёт шумов и наводок. В последние годы на основе дости жений цифровых технологий ре гистрации и обработки сигналов был разработан спектрометр дозиметр с цифровой идентификацией час тиц по форме импульса, предназна ченный для раздельного измерения энергетического спектра нейтронов и гамма квантов в смешанных полях, а также для определения эквивалент ной дозы и мощности эквивалентной дозы, смешанных полей нейтронно го и гамма излучения. Такая задача является достаточно актуальной в экспериментальной физике, и эта актуальность подтверждается разви тием ядерной энергетики, где полу чение энергии происходит либо в ре зультате деления ядер, либо в пер спективе при термоядерном синтезе. В том и другом случае образуются быстрые нейтроны. Поэтому измере ние параметров нейтронного излу чения является важной и актуальной задачей в настоящем и обозримом будущем. Как правило, нейтронное излучение сопровождается гамма из лучением, и наиболее сложным яв ляется измерение спектров нейтро нов и гамма квантов в смешанных полях. При таких измерениях необ ходимо идентифицировать тип за регистрированной частицы. Спект рометры с идентификацией ней тронов и гамма квантов являются наиболее мощным средством экспе риментального исследования полей излучения, дают наиболее полную информацию об исследуемых радиа ционных полях [1]. Традиционно для идентификации нейтронов и гамма квантов и измере ния спектральных и временных харак теристик смешанных полей использу ются сцинтилляционные детекторы с дальнейшей аналоговой обработкой сигналов. Идентификация частиц по форме импульса основана на том, что для органических сцинтилляторов (монокристаллов стильбена ипаратер финила) и жидких сцинтилляторов форма сцинтилляционного импульса различна для нейтронов и гамма кван тов. На рисунке 1 предствлены зависи мости кривых высвечивания стильбена от времени, полученные при регист рации гамма квантов радиоактивного источника 137 Сs и нейтронов при реги страции нейтронов радиоактивного источника 252 Cf в энергетическом диа пазоне 30…800 кэВ. Аналоговые системы позволяют проводить идентификацию нейтро нов и гамма квантов при нижнем энергетическом пороге от 0,3МэВ, при загрузке до 10 5 имп./c. Вероятность ложного определения гамма кванта как нейтрона за счёт статистических флуктуаций фотоэлектронов может составлять 10 –3 при пороге 0,5 МэВ и при загрузке детектора до 10 3 имп./c. Однако во многих задачах измерения параметров смешанных полей ней тронов и гамма квантов требуются системы идентификации, обладаю щие более высокими параметрами. Так, при различных импульсных из мерениях загрузка детектора явля ется переменной, быстро меняющей ся, и её величина может достигать 10 6 …10 7 имп./c. В этом случае необ ходима режекция наложенных им пульсов для уменьшения вероятности ложного определения типа частицы. В то же время для улучшения статисти ки зарегистрированных частиц ко личество отбрасываемых импульсов должно быть минимально. При спект рометрии и дозиметрии величина нижнего энергетического порога иден тификации, которую обеспечивают 10 –2 10 –3 10 –4 10 –5 10 –6 2000 T, нс IA(T), отн. ед. 1600 1200 800 400 0 N – 252 Cf G – 137 Cs Рис. 1. Зависимости кривой высвечивания стильбена от времени, полученные при регистрации гамма квантов ( 137 Сs) и нейтронов ( 252 Cf) в энергетическом диапазоне 30…800 кэВ Спектрометр нейтронного и гамма излучения на основе цифровых методов регистрации и обработки сигналов Михаил Прокуронов, Пётр Руднев, Василий Севастьянов (Москва) В статье описывается спектрометр дозиметр нейтронного и гамма излучения с цифровой идентификацией частиц по форме импульса. Применение цифровых методов существенно расширяет возможности и повышает точность дозиметрической и спектрометрической аппаратуры. Прибор может применяться для спектрометрии и дозиметрии нейтронов и гамма квантов в процессе всего технологического цикла работ с делящимися материалами, при работах с электрофизическими установками (в том числе с термоядерными) и радионуклидными источниками излучений, в области радиационной биологии и медицины. © СТА-ПРЕСС