Цифровий радіометр

Вступ

Основні поняття радіаційної дозиметрії та одиниці вимірювання

Важливим завданням в цивільному захисті є виявлення і оцінка небезпечності іонізуючих випромінювань для населення у різних умовах радіаційної обстановки. Для визначення необхідності проведення дезактивації й санітарної обробки, визначення норм споживання забруднених продуктів, дози опромінення з метою визначення працездатності населення вимірюють потужність дози випромінювання, радіоактивність речовин та об'єктів. В науковій літературі одиниці подаються як в Міжнародній системі (СІ) так і несистемні одиниці, які активно застосовувались раніше. Тому розглянемо їх також.

Наявність радіоактивних речовин у середовищі часто буває дуже малою. Тому мірою радіоактивних речовин є не вага, а активність радіоізотопів.

Активністю радіоактивного елемента є число атомних розпадів в ньому за одиницю часу, вона характеризує швидкість радіоактивного розпаду радіонукліда. Активність радіоактивної речовини пропорційна її кількості. Кількість радіоактивної речовини свідчить про її активність — про кількість атомів, що розпадаються за 1 с.

Одиницею активності в системі СІ є беккерель.

Беккерель (Бк, Bq) — це така кількість радіоактивної речовини, в якій проходить 1 акт розпаду за 1 с, а несистемна одиниця — кюрі (Кі, Сі) — така кількість радіоактивної речовини в якій проходить 37 млрд актів розпаду за 1 с.

Співвідношення між одиницями:

Бк = 2,7 * 10^-11 Кі; 1Бк = 1 розп/с;

1 Кі = 3,7 * 10 ¹⁰ Бк = 3,7 * 10 ¹⁰ розп/с.

За одиницю радіоактивності речовини — питому вагову активність прийнята одиниця беккерель на кг (Бк/кг), а несистемна — кюрі на кілограм (Кі/кг).

Одиницею радіоактивності рідкого і газоподібного середовища — питомою об'ємною активністю в системі СІ є беккерель на літр (Бк/л), а несистемна одиниця — кюрі на літр (Кі/л).

За одиницю радіоактивності площі — питому забрудненість площі в системі СІ є беккерель на квадратний кілометр (Бк/км), несистемна одиниця — кюрі на квадратний кілометр (Кі/км²).

Іонізуючу властивість радіації в повітрі характеризують дозою випромінювання.

Доза випромінювання (опромінення) — це кількість енергії радіоактивних випромінювань поглинутих одиницею об'єму середовища, яке опромінюється. Доза випромінювання є мірою уражаючої дії радіоактивних випромінювань на організм людини, тварин і рослини. Вона накопичується за різний час, а ураження від опромінення залежить від величини дози та від часу її накопичення. Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційною називають дозу випромінювання, що характеризує іонізаційний ефект рентгенівського і гамма-випромінювань у повітрі. Це доза, яка характеризує джерело і радіоактивне поле створене нею. Експозиційну дозу випромінювання гамма-променів вимірюють несистемною одиницею — рентгеном (Р, R).

Один рентген — це доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см сухого повітря при температурі 0 °C і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар іонів (а точніше 2,08 * 10⁹). На практиці застосовують менші часткові одиниці: мілірентген (1 Р = 1000 мР; 1 мР = 10^-3 Р) імікрорентген (1 Р = 1 000 000 мкР; 1 мкР = 10^-6

1. Аналіз існуючих рішень для вимірювання заданих параметрів об'єкта

1.1 Метрологічне забезпечення радіаційного контролю

радіаційний дозиметрія контроль нуклід

Метрологічне забезпечення радіаційного контролю (РК) здійснюють в цілях отримання таких результатів контролю, використання яких створює умови для взаємного визнання їх всіма зацікавленими сторонами і виключає або зводить до допустимого рівня ризик ухвалення неправильного рішення про стан об'єкту контролю або його відповідність встановленим вимогам. Метрологічне забезпечення РК вирішує наступні основні завдання:

— забезпечення одноманітності вживаних при РК величин і їх одиниць, а також основних понять;

— здобуття достовірних результатів РК з коректною оцінкою невизначеності вимірювання і забезпечення можливості прослідковувати виміри;

— контроль якості вимірів при РК.

Метрологічне забезпечення враховує особливості різних видів РК: здобуття фактичних даних для контрольованого об'єкту з точністю, що регламентується, для документування, обґрунтування заходів, що коректують, і ін.(паспортизація); визначення відповідності об'єкту встановленим нормам; регулярні спостереження за об'єктом з метою визначення змін його радіаційних параметрів (моніторинг).

1.2 Засоби вимінювання радіації і радіоактивності

Засоби виміру радіації і радіоактивності. Для вимірювання рівнів радіації і вмісту радіонуклідів в різних об'єктах використовуються спеціальні засоби виміру:

— для виміру потужності експозиційної дози гамма випромінювання, рентгенівського випромінювання, щільність потоку альфа-і бета-випромінювання нейтронів, використовуються дозиметри різного призначення;

— для визначення виду радіонукліда і його вмісту в об'єктах довкілля використовуються спектрометричні тракти, що складаються з детектора випромінювання, аналізатора і персонального комп’ютера з відповідною програмою для обробки спектру випромінювання.

В даний час є велика кількість дозиметрів різного типа, призначення, і що володіють широкими можливостями.

Ось для прикладу дозиметри, які найчастіше використовуються в професійній діяльності:

1. СРП-88Н (сцинтиляційний радіометр пошуку) — професійний радіометр призначений для пошуку і виявлення джерелфотонного випромінювання. Має цифровий і стрілочний індикатори, можливість установки порогу спрацьовування звукового сигналізатора, що значно полегшує роботу при обстеженні територій, перевірки металобрухту ін. Блок детектування виносної. Як детектор використовується сцинтиляційний кристал NAI. Автономне джерело живлення 4 елементи Ф-343.

2. Дозиметр ДБГ-06Т — призначений для виміру потужності експозиційної дози (ПЕД) фотонного випромінювання. Джерело живленнягальванічний елемент типа «Корунд».

Діапазон вимірювання: Час вимірювання:

Від 0.01 мР*ч^-1 до 99.99 мР*ч^-1 25 с

Від 0.1 мЗв*ч^-1 до 999.99 мЗв*ч^-1 2.5 с

3. Дозиметр ДРГ-01Т1 — призначений для виміру потужності експозиційної дози (ПЕД) фотонного випромінювання.

Діапазон вимірювання Час вимірювання

від 0.01 мР*ч^-1 до 9.99 мР*ч-1 25 с

від 0.01 Р*ч^-1 до 9.999 Р*ч^-1 2.5 с

4.Дозиметр ДБГ-01Н — призначений для виявлення радіоактивного забруднення і оцінки за допомогою звукового сигналізатора рівня потужності еквівалентної дози фотонного випромінювання. Джерело живлення гальванічний елемент типа «Корунд». Діапазон виміру від 0.1 мЗв*ч^-1 до 999.9 мЗв*ч^-1.

5. Радіометр бета-гамма випромінювання РКС-20.03 «Прип'ять» — призначений для контролю радіаційного стану місць проживання і роботи. Радіометр дозволяє вимірювати:

— величину зовнішнього гамма-фону;

— рівні забруднення радіоактивними речовинами житлових і суспільних приміщень, території, різних поверхонь;

— сумарний вміст радіоактивних речовин (без визначення ізотопного складу) в продуктах харчування і інших об'єктах зовнішнього середовища (рідких і сипких).

Джерело живлення гальванічний елемент типа «Корунд» або зовнішнє джерело живлення постійної напруги від 4.7 до 12 В.

6. Дозиметр ДРГ-11Т «Рудник» — вибухобезпечного виконання, призначений для вимірювання потужності експозиційної дози (ПЕД) гамма-випромінювання. Діапазон вимірювання 0.010 до 9.999 мр/ч. Джерело живлення гальванічний елемент типа «Корунд».

7. Радіометр-дозиметр МКС-06 призначений для виміру наступних параметрів іонізуючих випромінювань відповідно до вимог НРБ-99:

— потужності ефективної дози і ефективної дози рентгенівського і гамма-випромінювання;

— щільність потоку і флюенса альфа-часток від забруднених поверхонь;

— щільність потоку і флюенса бета-часток від забруднених поверхонь;

Радіометр бета-гамма випромінювання РКС-20.03 «Прип'ять» розроблено більше 20 років тому на київському заводі ім. Корольова.

Найкращий для свого часу і найпопулярніший побутовий радіометр, починаючи з 90-х років минулого століття і по сьогоднішній день включно. Прилад-«легенда».

2. Розробка принципової схеми

2.1 Застосування радіометра «Припять» РКС-20.03

Радіометр ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03 використовують для перевірки радіаційного випромінювання побутових та промислових матеріалів: дрів, паркету, бетону, брухту металів тощо;вимірювання бетата гаммавипромінювання продуктів харчування: молока, м’яса, грибів, лісових ягід, картоплі, буряка, моркви, круп та інших продуктів харчування;вимірювання вмісту радіонуклідів за допомогою к’ювети, що входить в комплект поставки;дозиметр «Прип'ять» РКС-20.03 дозволяє виміряти:

— потужність дози гамма-випромінювання;

— радіоактивне забруднення бета-частинками;

— питому активність бета-випромінюючих нуклідів.

За допомогою радіометра можна вимірювати:

— Величину зовнішнього гамма-фону;

— Забруднення радіоактивними речовинами житлових і виробничих приміщень, будівель і споруд, предметів побуту, одягу, прилеглої території, поверхні ґрунту, транспортних засобів;

— Вміст радіоактивних речовин в продуктах харчування.

Радіометр відповідає ТУ88 245.006−89, ГОСТ 27 451–87 і виконаний у вигляді компактного цифрового приладу в прямокутному корпусі з ударостійкого пластику.

Радіометр «Прип'ять» є мініатюрним, портативним і недорогим дозиметром в своєму класі. Як детектори бета-і гамма-випромінювання використовуються вбудовані лічильники типу СБМ-20 в кількості 2шт, що робить вимірювання більш швидкими і точними.

Потужність дози гамма-випромінювань вимірюється при встановленій кришці-фільтрі Y. Радіометр вимірює потужність експозиційної дози в мілірентгенах на годину (мР/год.) або потужність еквівалентної дози в мікрозівертах на годину (мкЗв/год.). Вибір виду вимірювання потужності дози здійснюється за допомогою перемикача. Перед тим, як здійснювати вимірювання експозиційної дози, перемикачі на передній панелі радіометра необхідно встановити в наступні положення:

РЕЖИМ — Y

H-X-X;

МЕЖА — нижнє положення;

ЧАС —20 с (нижнє положення);

Ф—Аm—Аm.

Через 20 секунд зчитуємо покази приладу в мР/год.

При здійсненні вимірювань малих рівнів потужностей дози спостерігається значне коливання показів радіометра, яке викликане статистичним характером радіоактивного розпаду. Для підвищення точності вимірювання необхідно, при величині потужності експозиційної дози до 0,100 мР/год., перемикач ЧАС перевести у верхнє положення, через 200 сек. провести зчитування трьох послідовних показів та визначити середнє значення.

Наприклад, отримані значення:

1. 0,015 мР/год. (0,15мкЗв/год.).

2. 0,015 мР/год. (0,15мкЗв/год.).

3. 0,020 мР/год. (0,20мкЗв/год.).

Середнє значення (0,015 мР/год. + 0,015 мР/год. + 0,02 мР/год.)/ 3 = 0,0166 мР/год. (0,166мкЗв/год.). Норма потужності дози зовнішнього гамма — випромінювання складає 0,6мкЗв/год.

Висновок: потужність дози зовнішнього випромінювання наших продуктів харчування та навколишнього середовища знаходиться в межах норми. Значення, яке ми отримали внаслідок вимірювань більш ніж в три рази нижче встановленої норми.

2.2 Вимірювання радіоактивного забруднення

При вимірюванні радіоактивного забруднення бета-частинками потрібно пам’ятати, що газорозрядні лічильники, які використовуються в радіометрі ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03, фіксують гаммата бета-випромінювання. Тому, задля врахування впливу гамма-фону, необхідно спочатку провести вимірювання з закритою кришкою-фільтром на відстані 1−2 см. від поверхні, яка контролюється, а потім провести вимірювання зі знятою кришкою на тій самій відстані. Вимірювання радіоактивного забруднення на межі «нижнє положення» здійснюється в одиницях щільності потоку бета-випромінювання (частинка в хвилину на квадратний сантиметр). На межі «верхнє положення» в тисячах частинок в хвилину на квадратний сантиметр.

Перед вимірюванням радіоактивного забруднення перемикачі на передній панелі радіометра ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03 необхідно встановити у наступні положення:

РЕЖИМ — B

H-X — будь-яке;

МЕЖА — нижнє положення;

ЧАС —20 с (нижнє положення);

Ф—Аm— Ф.

Через 20 секунд зчитуємо покази приладу в част./хв.*см2.

При вимірюваннях малих значень радіоактивного забруднення та гамма-фону (менше ніж 100 част./хв.*см2) для підвищення точності вимірювань необхідно перемикач ЧАС перевести у верхнє положення. Не менше, ніж через 200 сек., провести зчитування трьох послідовних показів та визначити середнє значення.

Значення вимірювань радіоактивного забруднення із закритою кришкою.

Значення радіоактивного забруднення, які були вимірянні із закритою кришкою:

1. 8 част./(хв.*см2);

2. 10 част./(хв.*см2);

3. 5 част./(хв.*см2).

Середнє значення (8+10+5)/ 3 = 7,66 част./хв.*см2.

Значення вимірювань радіоактивного забруднення з відкритою кришкою.

Значення радіактивного забруднення, які були вимірянні з відкритою кришкою:

1. 19 част./(хв.*см2);

2. 10 част./(хв.*см2);

3. 10 част./(хв.*см2).

Середнє значення (19+10+10)/ 3 = 13 част./(хв.*см2).

Для отримання величини радіоактивного забруднення поверхні необхідно з показів радіометра ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03 з відкритою кришкою-фільтром відняти значення показів радіометра з закритою кришкою-фільтром.

Значення вимірювань радіоактивного забруднення поверхні бета-активними речовинами:

13−7,66=5,34 част./(хв.*см2).

Мінімальна норма радіоактивного забруднення становить 200 част./(хв.*см2). Висновок: радіоактивне забруднення продуктів харчування не перевищує встановлену норму.

2.3 Вимірювання питомої активності бета-випромінюючих нуклідів

Питома активність бета-випромінюючих нуклідів в продуктах харчування та інших пробах зовнішнього середовища вимірюється в спеціально доданій до приладу к’юветі при знятій кришці-фільтрі. Одиниця вимірювання питомої активності — к’юрі на кілограм (Кі/кг).

Продукти харчування, які досліджуються, готуються у тому вигляді, в якому вони підлягають споживанню, тобто ретельно очищеними, вимитими, відвареними та інше. Пробу харчового продукту необхідно подрібнити, наприклад, на терці чи через м’ясорубку, або ж нарізати маленькими часточками.

Перемикачі на передній панелі радіометра ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03 потрібно встановити у наступні положення:

РЕЖИМ — B

H-X-Х — будь-яке;

МЕЖА — нижнє положення;

ЧАС —100 хв. (нижнє положення);

? —Аm— Аm.

Помістіть в к’ювету підготовлену пробу таким чином, щоб проба знаходилася нижче к’ювети на 3−5 мм. задля уникнення забруднення радіометра пробою.

Не менше, ніж через 100 хв., проведіть зчитування трьох послідовних показів і визначіть середнє значення. Для отримання величини питомої активності проби необхідно з отриманого результату відняти середнє значення фону. Отримана різниця і є виміряним значенням питомої активності проби.

Отримане значення необхідно помножити на показник ступеню піддіапазону, на якому проводилося вимірювання, тобто 1*10−9.

Для оперативного контролю питомої активності необхідно перемикач ЧАС перевести в нижнє положення і вимірювання проводити через 10 хв., при цьому дещо збільшиться похибка вимірювання.

Вимірювання питомої активності бета-випромінюючих нуклідів. Дозиметр ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03 з відкритою кришкою Y встановлюємо на к’ювету з ягодою ожини. Виміряні значення питомої активності ягід ожини:

1. 445*10−9 Кі/кг;2. 436*10−9 Кі/кг;3. 414*10−9 Кі/кг.

Середнє значення (445+436+414)/3 = 431*10−9 Кі/кг.

Вимірювання питомої активності фону. Дозиметр ПРИП’ЯТЬ-РКС-20.03 з відкритою кришкою Y встановлюємо на поверхні столу.

Виміряні значення питомої активності фону:

1. 389*10−9 Кі/кг;

2. 393*10−9 Кі/кг;

3. 393*10−9 Кі/кг.

Середнє значення (389+393+393)/3 = 391*10−9 Кі/кг.

Значення вимірювань радіоактивного забруднення поверхні бета-активними речовинами становлять:

431*10−9 -391*10−9 =40*10−9 Кі/кг=0,4*10−7 Кі/кг.

Норма питомої активності продуктів харчування становить 1*10−7 Кі/кг.

Висновок: радіоактивне забруднення продуктів харчування (ягід ожини) не перевищує встановлену норму.

2.4 Технічні характеристики приладів радіометра ПРИПЯТЬ-РКС-20.03

Температура — від 10єС до 35єС;

Верхнє значення відносної вологості - 75% при 30єС і більше низьких температурах без конденсації вологи;

Допускається робота протягом нетривалого часу (не більше 10 хвилин) при температурі від -10єС до +40єС і відносної вологості до 95% при температурі 30єС;

Діапазони вимірювання:

— Потужності експозиційної дози гамма-випромінювання — від 0,01мР/год до 20,00мР/год;

— Потужності еквівалентної дози гамма-випромінювання — від 0,1мкЗв/год до 200,0мкЗв/год;

Діапазон вимірювань щільності потоку бета-випромінювання приладу дозиметр РКС-20.03 — від 10част/хв•см2 до 20,00•103част/хв•см2;

Діапазон вимірювань питомої активності - від 1•10−7Ки/кг до 2•10−5Ки/кг;

Межі допустимої основної відносної похибки приладу радіометр РКС-20.03 — ±25%;

Енергетична залежність:

— У діапазоні енергій гамма-випромінювання — від 0,05МеВ±25% до 0,66МеВ±25%;

— У діапазоні енергій — від 0,66МеВ+40%, 0,66МеВ-25% до 3,0МеВ+40%, 3,0МеВ-25%;

Межі додаткової похибки приладу дозиметр ПРИПЯТЬ, викликаної зміною температури навколишнього середовища на 10єС від кордонів діапазону 20єС±5єС — ±10%;

Межі додаткової похибки, викликаної зміною напруги живлення від кордонів діапазону 80В±0,8 В в діапазоні від 4,7 В до 12В — не більше 10%;

Час встановлення робочого режиму приладу радіометр ПРИПЯТЬ — не більше 5с;

Час встановлення показів при вимірюванні:

— Потужності дози та щільності потоку — 20с або 200с;

— Питомої активності - 10 хвилин або 100 хвилин;

Живлення приладу дозиметр ПРИПЯТЬ-РКС-20.03:

— від батареї «Корунд»; - від зовнішнього джерела постійної напруги — від 4,7 В до 12В;

Струм споживання приладу радіометр ПРИПЯТЬ-РКС-20.03 при напрузі живлення 8,0В — не більше 10мА;

Габарити — 146×73×37мм;

Маса — не більше 0,3 кг.

Загальний вигляд радіометра приведений на рисунку (див.додатки).

Призначення органів управління

2.5 Підготовка до роботи і порядок роботи з радіометром

Радіометр є показуючим приладом з цифровою індикацією. При вимірі необхідно зчитувати показання цифрового індикатора з урахування положень перемикачів виду вимірюваного іонізуючого випромінювання та діапазону. Максимальна ємність цифрового індикатора- 1999.

Перед початком роботи з радіо метром необхідно встановити батарею живлення «Корунд «або підключити зовнішнє джерело — блок живлення «Електроника Д2- 10 М «.

Для установки батареї «Корунд «зніміть кришку відділу живлення (позн.11). До наявної всередині відділу живлення колодки-роз'єму підключіть батарею, встановіть її у відсіку живлення і закрийте кришку.

При роботі радіометра від зовнішнього джерела живлення напругою від 4,7 до 12 В підключіть джерело до радіометру через роз'єм (позн.9).

УВАГА ! Підключення джерела живлення, що відрізняється від рекомендованого (наприклад, використання акумулятора автомобіля), необхідно робити через опір 30 Ом, підключений послідовно до контакту «+» радіометра і з дотриманням полярності.

Контроль живлення Увімкніть радіометр, для чого перемикач ЖИВЛЕННЯ (позн.1) переведіть в положення ВКЛ. Поява цифр на індикаторі свідчить про наявність живлячої напруги. Відсутність світіння або мерехтіння цифрового індикатора свідчить про те, що напруга батареї живлення знаходиться нижче мінімально допустимого значення і потрібно її замінити. Для контролю величини напруги живлення натисніть кнопку КП. На цифровому індикаторі з’явиться чотирьох значне число з комою після другої цифри, що вказує значення напруги в вольтах, а також символи «| + - | «в лівій і «V» у правій частині індикатора. Наприклад, на цифровому індикаторі з’явилося зображення |±| 08,95 В. Це означає, що напруга джерела живлення радіометра становить 8,95 В. Номінальна напруга батареї «Корунд» становить 8 В. Якщо при контролі живлення напруга батареї стане нижче 6 В — рекомендується замінити батарею.

2.6 Вимірювання потужності дози гаммавипромінювання (паспортні дані)

Потужність дози гаммавипромінювання вимірюється при встановленій кришці - фільтрі Y (позн.10). Радіометр вимірює потужність експозиційної дози в мілірентгенах на годину (мР / год) або потужність еквівалентної дози в мнкрозівертах на годину (мкЗв / год). Вибір виду вимірюваної потужності дози здійснюється перемикачем Н-X.Перед вимірюванням потужності експозіціонной дози перемикачі на передней панелі радіометра встановіть в наступні положення:

РЕЖИМ — Y;

НХХ;

МЕЖА — нижнє положення;

ЧАС — 20 с (нижнє положення);

?-А_m-Аm;

Живлення: — за бажанням оператора.

Увімкніть радіометр, для чого:

— перемикач ЖИВЛЕННЯ переведіть в положення ВКЛ. При цьому на цифровому табло повинно з’явитися чотирьохзначне число з комою після першої цифри;

— не менш ніж через 20 с зніміть показання приладу в мР / ч. Наприклад, на цифровому індикаторі з’явилося число 0,114. Це означає, що потужність експозиційної дози гаммавипромінювання складає 0,114 мР / год, або, що те ж саме, — 114 мкР / год (мікрорентген на годину);

— при вимірах малих рівнів потужності дози спостерігається значний розкид показів радіометра, викликаний статистичними характером радіоактивного розпаду. Для підвищення точності вимірювання необхідно при величині потужності експозиційної дози до 0,100 мР/год перемикач ЧАС перевести у верхнє положення, через 200 с провести зчитування трьох послідовних показань і визначити середнє значення;

— при вимірюванні потужності еквівалентної дози перемикач НХ перевести в положення Н і провести зчитування показань в мікрозівертах на годину;

— якщо на цифровому індикаторі спостерігається швидке збільшення показів і з’явиться сигнал переповнення (індикується одиниця старшого розряду, а інші 3 цифри згаснуть), то перемикач МЕЖА необхідно перевести у верхнє положення і через 20−30 зняти покази.

Наприклад, на цифровому табло з’явилось число 17,52. Це означає, що потужність експозиційної дози гамма-випромінення становить 17,52 мР / ч.

— якщо при верхньому положенні перемикача МЕЖА через 30−40 с зберігається сигнал переповнення, значить, потужність експозиційної дози перевищує 20 мР / ч.

Для оперативного пошуку на місцевості ділянок підвищеного гамма-фону рекомендується використовувати звуковий індикатор, частота сигналів якого пропорційна потужності дози гамма-випромінювання. Вимикач при цьому переводиться в положення D=(позн 8).

2.7 Вимірювання радіоактивного забруднення

При вимірюванні радіоактивного забруднення бетачастинками необхідно пам’ятати, що газорозрядні лічильники, використовувані в радіометрі, фіксують гаммаі бета-випромінювання. Тому, для врахування впливу гамма-фону необхідно спочатку провести вимірювання з закритою кришкою-фільтром на відстані 1 — 2 см від контрольованої поверхні, а потім провести вимірювання зі знятою кришкою на тій же відстані.

Перед вимірюванням радіоакного забруднення перемикачі на передній панелі радіометра встановіть в наступні положення:

РЕЖИМ — 0;

НХ — будь-яке;

МЕЖА — нижнє положення;

ЧАС — 20 с (нижнє положення);

? — А_m — ?;

D= - за бажанням оператора.

Радіоактивне забруднення визначається шляхом вимірювання радіометром щільності потоку бета-випромінювання при знятій кришці - фільтрі «У"(позн 10). Для зняття кришки-фільтра необхідно змістити фіксатор в сторону від кришки і перевернути радіометр кришкою вниз.

УВАГА ! При знятій кришці фільтра необхідно уникати пошкодження захисної оболоки, що закриває лічильники іонізуючого випромінювання від забруднення радіонуклідами.

Вимірювання радіоактивного забруднення на межі «нижнє положення «здійснюється в одиницях щільності потоку бета-випромінювання (часток в хвилину на квадратний сантиметр) на межі «верхнє положення «- в тисячах частинок в хвилину на квадратний сантиметр.

Для отримання величини радіоактивного забруднення поверхні необхідно з показів радіометра зі знятою кришкою-фільтром вирахувати значення показів радіометра з закритою кришкою-фільтром.

Наприклад, на цифровому індикаторі при вимірі з закритою кришкою-фільтром з’явилося число 0171, а з відкритої кришкою-фільтром — 0327. Це означає, що забруднення поверхні бета-активними речовинами становить

327−171 = 156 част / хв *см2

При вимірі малих значень радіоактивного забруднення і гамма-фону

(Менше 100 част / хв *см2) для підвищення точності вимірювань необхідно перемикач ЧАС перевести у верхнє положення. Не менш, ніж через 200 с, проводити зчитування трьох послідовних показань, визначати середні значення. Провести обчислення як показано вище.

Якщо на цифровому табло спостерігається швидке збільшення показів і через кілька секунд з’явиться сигнал переповнення — індикується одиниця старшого розряду, а інші три цифри гаснуть, то перемикач МЕЖА необхідно перевести у верхнє положення і через 30−40 с виконати вимірювання по попередньому пункту. Наприклад, 12,41. Це означає, що радіоактивне забруднення бетачастинками контрольованої поверхні складає:

12,4 1*10³ част/хв*см ²

Якщо через 20−30 с після переведення перемикача МЕЖА зберігається сигнал переповнення, значить радіоактивне забруднення перевищує

20 *10³ част/хв*см ^2.

2.8 Технічне обслуговування радіометра

Технічне обслуговування проводиться з метою підтримки радіометра в стані постійної готовності до використання та забезпечення максимального терміну служби.

Для виключення впливу радіоактивних забруднень, які можуть повпливати па показання радіометра в процесі вимірювань, необхідно після виконання роботи обережно протерти корпус і захисну плівку під кришкою-фільтром тампоном, злегка змоченим в одеколоні. Кювету промити спочатку в мильному розчині, а потім у чистій воді.

При тривалих перервах в роботі з радіометром необхідно провести огляд відділу живлення та батареї «Корунд «. Для цього розкрити відділ живлення, витягти батарею, переконатися в відсутності слідів витоку електроліту (мокрих плям), а також окислення (почорніння) або сульфітації (снігоподібного ніліту) на контактах батареї і перехідній колодці.

Перед початком вимірювань проводити контроль напруги живлення.

2.9 Повірка радіометра

Даний розділ встановлю методики первинної та періодичної повірки радіометра.

Періодичну повірку здійснюють за бажанням споживачів територіальні органи Держстандарту Країни.

Рекомендований межповерочіий інтервал 1 рік.

Операції повірки При проведенні повірки повинні бути виконані наступні операції:

1) перевірка комплектності, маркування і зовнішнього вигляду;

2) перевірка пристроїв контролю напруги живлення і працездатності органів управління;

3) контроль основної відносної похибки радіометра при вимірюванні потужності дози;

4) контроль основної відносної похибки радіометра при вимірюванні щільності потоку бета-випромінювання;

5) контроль основної відносної похибки радіометра при вимірюванні питомої активності бета-випромінюючих нуклідів;

При негативних результатах однієї з операцій повірки повірка зупиняється.

Засоби повірки При проведенні повірки мають застосовуватися нижчеперечислені зразкові засоби вимірювань і допоміжне обладнання:

1) зразкові 2 -го розряду джерела на твердій підкладці, що містять рарадіонукліди Sr — 90 + Y- 90, площа активної зони 1 см²;

активність 80 Бк, ICO — 801;

активність 200 Бк, ICO — 212;

активність 2000 Бк, ICO — 213;

2) пристосування для повірки доставляється заводом-виробником по окремому замовленні;

3) блок живлення «Електроніка Д2- 10 М» АГ0.208.302 ТУ.

Умови повірки та підготовка до неї

При проведенні повірки повинні бути дотримані наступні умови:

3) температура навколишнього повітря (20 ± 5) ° С;

4) відносна вологість до 80%;

5) напруга зовнішнього джерела живлення (8,0 ± 0,8) В;

6) природний рівень фону гамма-випромінювання не більше 25 мкР / ч.

Застосовувані при повірці зразкові засоби вимірювань і блок живлення повинні бути підготовлені до роботи у відповідності з їх експлуатаційною документацією.

При проведенні повірки повинні дотримуватися вимоги радіаційної безпеки, викладені в правилах і нормах: ОСП-72/87 «Основні санітарні правила роботи з радіоактивними речовинами та іншими джерелами іонізуючих випромінювань «і НРБ-76/87 «Норми радіаційної безпеки «.

Проведення повірки При зовнішньому огляді повинна бути встановлено відповідність радіометра наступним вимогам:

1) комплектність повинна відповідати розділу 2 посібника з експлуатації;

2) маркування повинна бути чітким;

3) пломби ВТК (попередньої повірки) не повинні бути пошкоджені;

4) радіометр не повинен мати механічних пошкоджень, що впливають на його працездатність Примітка. Комплектність радіометра перевіряється тільки при випуску з виробництва. Перевірка працездатності органів управління й пристрої контролю живлення проводиться таким чином:

1) включити перемикач живлення;

2) провести контроль комутації по поданій таблиці:

Таблиця комутації символів і ком цифрового табло радіометра

Результати перевірки вважаються позитивними, якщо всі органи управління функціонують нормально.

Випробування При випробуванні радіометра перевіряється дія органів управління і справність джерел живлення.

Контроль основної відносної похибки вимірювання потужності експозиційної дози гамма-випромінювання проводиться в такий спосіб. Провести вимірювання зовнішнього гаммафону в режимі вимірювання потужності експозиційної дози при положенні перемикача ЧАС «20 с «і визначити середнє значення з трьох послідовних показань Р_ф, мР / год.

Видалити кришку — фільтр «У» і встановити радіометр на пристосування для повірки з зразковим джерелом ІСО-801.

Провести зчитування трьох послідовних показів радіометра не менше, ніж через 20 с після початку вимірювання і визначити середнє значення Рг + ф, мР / год Обчислити виміряне значення потужності експозиційної дози Рг в мР / год за формулою:

Рг = Р?_г+ ф — Р?_ф

Обчислити розрахункову потужність експозиційної дози від зразкового джерела ІСО- 801 Р_г0, мР / год;

Р_г0 = Кф₀,

де: ф₀ — вихід бета-частинок зразкового джерела згідно свідоцтва про атестацію, с^-1;

К — градуювальний коефіцієнт переходу, К = 7*10 ^-3 мР / год* с.

Визначити основну відносну похибку радіометра при вимірюванні потужності експозиційної дози, у відсотках, за формулою:

д_г=(Р_г — Р_г0 / Р_г0)*100%

Основна відносна похибка радіометра при вимірюванні потужності експозиційної дози повинна знаходитися в межах ± 25%.

Контроль основної відносної похибки радіометра при вимірюванні щільності потоку бета-випромінювання.

Провести вимірювання зовнішнього фону в одиницях щільності потоку бета-випромінювання і визначити середнє значення з трьох послідовних показів. Встановити радіометр зі знятою кришкою-фільтром на пристосування для повірки з зразковим джерелом ІСО-801.

Не менш ніж через 20 с провести зчитування трьох послідовних показів радіометра і визначити середнє значення.

Обчислити виміряне значення щільності потоку бета-частинок від джерела, хв^-1 * см^-2, за формулою:

? _в= ?? _в + ф —? ?_ф

Розрахувати основну відносну похибку радіометра при вимірюванні щільності потоку бета-частинок кожного джерела д_в, у відсотках, по формулі:

д_в =? _в — ?₀/ ?₀

де: ?₀— щільність потоку бета-випромінювання від зразкового джерела, хв^-1 * см^— 2:

?₀= х * Ф_о, де х — коефіцієнт, що дорівнює 4,1 см^-2*с* хв ^— 1;

Ф₀ — вихід бета-частинок зразкового джерела згідно зі свідоцтвом про атестації, с^— 1. Основна відносна похибка радіометра при вимірюванні щільності потоку бетавипромінювання повинна знаходитися в межах ± 25%.

Контроль основної відносної похибки радіометра при вимірюванні питомої активності проводиться таким чином. Встановити перемикач піддіапазону в верхнє положення, через 10 хвилин після початку вимірювання провести зняття трьох послідовних показань зовнішнього фону в режимі вимірювання питомої активності, визначити середнє значення Q?_ф, Кі / кг. Встановити радіометр зі знятою кришкою-фільтром на пристосування для повірки зразковим джерелом ІСО-801. Провести зняття трьох послідовних показів радіометра через 10 хвилин після початку вимірювання і визначити середнє значення Q?, Кі / кг. Розрахувати виміряну активність джерела А, Бк за формулою:

А = Р (Q?- Q?_ф),

де: Р — перехідний коефіцієнт, Р = 1,4−10⁷ Бк*Кі/кг.

Обчислити основну відносну похибка радіометра при вимі рюванні питомої активності д _ф, ввідсотках, за формулою:

д _ф= (А — А₀ /А₀)*100%,

де: Ао — активність зразкового джерела згідно зі свідоцтвом про атестацію, Бк. Основна відносна похибка радіометра при вимірюванні питомої активності повинна знаходитися в межах ± 25%.

Оформлення результатів повірки Позитивні результати повірки оформляються видачею свідоцтва про повірку, посвідченого нанесенням повірочного тавра.

При негативних результатах повірки радіометр до випуску в обіг не допускається.

Після ремонту радіометр повинен бути представлений на повторну перевірку.

Правила зберігання Радіометр повинен зберігатися в упаковці підприємства-виробника без батареї живлення при температурі навколишнього середовища від 5 до 40 ° С і відносній вологості до 80%. Зберігання радіометра без упаковки слід проводиться в опалювальному приміщенні при температурі повітря від 10 до 35 ° С і відносній вологості до 80% при температурі 20 ° С. У приміщенні для зберігання не повинно бути пилу, парів кислот і лугів, агресивних газів і інших домішок в концентраціях, що викликають корозію.При тривалому зберіганні радіометра (понад один місяць) необхідно вилучити з радіометра батарею «Корунд» з метою виключення витікання електроліту.

3. Розробка функціональної схеми радіометра

Можливий шлях наділення радіометричної апаратури стійкістю до жорстких умов експлуатації при її відносно невисокій вартості полягає у відмові від застосування комп’ютера для виконання функцій пристрої управління в структурі і використанні для цієї мети мікроконтролера. Сукупність функціональних пристроїв, що утворюють разом з детектором в радіометр повністю визначає якість вимірювальної інформації. Вона містить три групи пристроїв. До першої належить джерело високої напруги, що виробляє високу напругу для живлення детектора.

Друга група пристроїв, обведених пунктирною лінією, утворює аналізатор імпульсів. Він забезпечує прийом імпульсних сигналів від зарядочутливого підсилювача (ЗЧП), їх посилення і формування, при якому відношення сигнал / шум максимальне. Імпульсні сигнали з виходу ЗЧУ надходять на підсилювач-формувач, що виробляє на виході сигнали «колоколоподібної» форми з амплітудами напруги до декількох вольт, відповідними діапазону вхідних напруг наступного аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Посилені імпульси надходять на вхід АЦП, який фіксує момент досягнення кожним з них амплітудного значення, запам’ятовує цю напругу і перетворює його в двійковий код. По закінченні кодування АЦП на своїх виходах виробляє паралельний двійковий код номера каналу і імпульсний сигнал початку реєстрації, які передаються на основне пристрій перетворення — мікроконтролер (МК).

До другої групи також належать кілька пристроїв, тісно пов’язаних з підсилювачем і АЦП і виконують ряд спеціальних функцій, які дозволяють звести до прийнятного мінімуму спотворення інструментального спектра в процесі накопичення. Режектор і відновник нульового рівня мінімізують спотворення, викликані підвищеними потоками імпульсних сигналів. Режектор виключає із спектру імпульси, що збіглися в часі з одним або більше іншим імпульсами, якщо інтервал між ними перевищує заданий (дозволяючий час режектора). При виявленні накладення (до фіксації амплітуди імпульсу в АЦП) режектор блокує пуск перетворення і виключає подальшу реєстрацію такого сигналу. Наявність режектора в складі апаратури дозволяє знизити спотворення спектра, які проявляються в розширенні спектральних ліній, при вимірюванні ОА, близької до верхньої межі діапазону вимірювання.

Відновлювач нульового рівня нейтралізує зміщення нульової лінії.

Пристрій розрівнювання дозволяє знизити диференціальну нелінійність дозиметра і його наявність обов’язково при використанні швидкодіючих АЦП послідовного наближення.

4. Проведення розрахунку

Датчиком, реєструючим радіоактивні частинки,є лічильник Гейгера-Мюллера. Лічильник являє собою пристрій, що складаються з двох електродів: провідного циліндра — катода і натягнутою вздовж осі нитки — анода, що знаходяться в скляному балоні. Простір між електродами заповнюється газом (гелієм, технічним аргоном і так далі). До електродів через опір прикладається висока напруга. При попаданні в лічильник іонізуючої частки (альфа, бета або ін.) Відбувається несамостійний розряд, що викликає зниження потенціалу нитки. Отриманий таким чином електричний сигнал (імпульс) через підсилювач реєструється електромеханічним лічильником. При розряді напруга на електродах лічильника зменшується до такої величини, що розряд припиняється, і лічильник може реєструвати наступні частинки. Кількість імпульсів, зареєстрованих за одиницю часу, називається швидкістю рахунку лічильника n:

n =,

де tчас реєстрації;

Nкількість зареєстрованих імпульсів.

Швидкість рахунку лічильника залежить від напруги на його електродах. Графік цієї залежності називається лічильної характеристикою лічильника Гейгера-Мюллера (Рис.1).

З графіка видно, що лічильник реєструє імпульси, починаючи з деякої напруги Uр — напруга початку рахунку. У певному діапазоні напруг швидкість рахунку зі зростанням напруги майже не змінюється, на лічильної характеристиці спостерігається плато. В області плато лічильник реєструє понад 99% потрапляють в нього частинок.

Рис. 1 — Рахункова характеристика лічильника Гейгера-Мюллера Робоча напруга лічильника повинно вибиратися в середині області плато (на 100 В вище початку області плато). Починаючи з деякого значення напруги, зазвичай 1000 В, швидкість рахунку різко зростає, тому в лічильнику при високих напругах здійснюється самостійний лавинний розряд. При цьому показання лічильника не пов’язані з кількістю, що потрапили на нього, частинок. Перерахунковий блок служить для зменшення числа імпульсів, що подаються на електромеханічний лічильник. Це необхідно у разі, коли активність вимірюваного апарату велика і в лічильник Гейгера потрапляє настільки більше число часток, що електромеханічний лічильник не встигає зареєструвати кожну окремо. Залежно від того, який тумблер перерахункових приладу включений (x1, x4, x16, x64), електромеханічний лічильник реєструє кожну або кожну 4, 16, 64 — ту частку. Для визначення числа імпульсів N слід показання електромеханічного лічильника m помножити на коефіцієнт перерахунку (К = 1, 4, 16, 64). Якщо число імпульсів не кратне коефіцієнту перерахунку, то спалахують лампочки, цифри під якими дозволяють обчислити що не ділиться на коефіцієнт перерахунку залишок r. Його слід додати до показань, обчисленим за допомогою електромеханічного лічильника.

Кожен лічильник здійснює деякий рахунок навіть у відсутності явних джерел випромінювання. Цей «фон «обумовлений космічними променями, радіоактивним забрудненням атмосфери і іншими причинами.

У даній роботі необхідно отримати лічильну характеристику лічильника, використовуючи як джерело випромінювання космічні промені (фон). Необхідно, крім того, визначити робочу напругу лічильника і інтенсивність космічного випромінювання. Мірою космічного випромінювання може служити число імпульсів, які реєструє в одиницю часу лічильник Гейгера-Мюллера, віднесене до одиниці поверхні лічильника.

Кількість елементарних частинок, які у космічному випромінюванні, потрапляють під дію статистичних флуктуацій. Тому результати декількох вимірів інтенсивності космічного випромінювання завжди будуть відрізнятися один від одного відповідно до законів ймовірності.

Статистична похибка вимірювання характеризується так званим стандартним відхиленням (середньої квадратичною помилкою) D. Якщо число імпульсів, зареєстрованих лічильником, дорівнює N, то:

D= і N=+/;

Імовірність того, що дійсна статистична помилка менше D складає ~ 70%, а ймовірність отримати помилку, велику D -30%. У той же час імовірність мати помилку вимірювання, велику 2D, дорівнює 4%, тобто дуже мала. Таким чином, величина D може служити мірою похибки вимірювання. Ця величина залежить від повного кількості підрахованих імпульсів. Очевидно, що відносні похибки визначаються за формулою:

= = = і = = .

Висновок

Щоб виконати дану курсову роботу з дисципліни «Цифрові вимірювальні прилади», насамперед мені було видане завдання на курсову роботу. У пояснюючій записці потрібно було проаналізувати існуюючі прилади та системи для вимірювання заданих параметрів об`єкту, у моєму випадку це вимірювання радіаційного забруднення. З можливих варіантів мною був вибраний, на мою думку, прилад досить відомий в нашій країні, але далеко не найпростіший, радіометр «Прип`ять» РКС-20.03.Для даного приладу також розроблено структурну та принципової схеми. Також у пояснюючій записці проведено розрахунок однієї з основних функціональних частин приладу — лічильника Гейгера-Мюллера.

Графічна частина курсової роботи складається із загального вигляду радіометра, схеми електричної, структурної, а також схема друкованої плати радіометра.

У ході виконання курсової робот із дисципліни «Цифрові вимірювальні прилади» я здобула науковий досвід по роботі з сучасними цифровими засобами вимірювальної техніки. При виконанні курсової роботи я використовувала набуті мною знання з різноманітних дисциплін: фізики, вищої математики, основ метрології та вимірювальної техніки, електротехніки, електроніки та програмування на ЕОМ.

Список використаної літератури

1 Алексенко А. Г. Шаг урин И. И. Микросхемотехника. — М.: Радио и связь, 1990. — 496 с.

2 Барнс Д. Электронное конструирование: методы борьбы с помехами. — М: Мир, 1990. 238 с.

3 Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа, 1983. 536 с.

4 Бойко В. І., Багрій В. В. Цифрова схемотехніка. — К: I3MH, 2001. 228 с.

5 Большие интегральные схемы запоминающих устройств. Справочник. Под ред. Гордонова А. Ю., Дьякова Ю. Н. — М.: Радио и связь, 1990. — 288 с.

6 Борисенко О. А. Цифрові автомати. — Суми: Видавництво СумДУ, 2001. 168 с.

7 Вениаминов В. П., Лебедев О. П., Мирогиниченко А. И. Микросхемы и их применение. — М.: Радио и связь, 1989. — 240 с.

8 Власов А. И., Сулимов Ю. И. Электронные промышленные устройства. — М.: Высшая школа, 1988. — 304 с.

9 Голдсуорт Б. Проектирование цифровых логических устройств. — М.: Машиностроение, 1985. 287 с.

10 Гольденберг Л. М. Импульсные устройства. — М.: Радио и связь, 1981.-224 с.

11 Гулый В. Д., Артеменко М. Б. Методические указания по изучению дисциплины Электронные промышленные устройства. — К.: КПИ, 1986. 32 с.

12 Гурвич И. С. Защита ЭВМ от внешних помех. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 224 с.

13 Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — Л.:Энергоатомиздат, 1988. 304 с.

14 Завадский В. А. Компьютерная электроника. — К.: ТОО ВЕК, 1996. 360.