PL45097B1 - - Google Patents

Description

Przyrzad wedlug wynalazku usuwa trudno¬ sci jakie wystepuja przy pomiarach dawki i mocy dawki promieniowania, szczególnie przy zastosowaniu jonizacyjnych liczników cylin¬ drycznych. Jak wiadomo, moc dawki promie¬ niowania, wystepujacego w widmie, np. pro¬ mieniowania beta, zalezna jest nie tylko od liczby, lecz takze od energii czasteczek poda¬ jacych kazdorazowo. Dlatego tez pomiar mocy dawki szczególnie za pomoca liczników jonizar cyjnych, jest zwiazany z trudnosciami, które polegaja na tym, ze ta zaleznosc mocy dawki od energii, nie jest uwzgledniona w dostatecz¬ nym stopniu lub wcale nie jesf^uwzglejdniana.Pomiary takie mozna przeprowadzic dokladnie tylko przy uzyciu komór jonizacyjnych. Wy¬ maga to jednak znacznych nakladów ze wzgle¬ du na dodatkowe uklady elektronowe kbniecz- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest Lothar Schwaar. ne do wyznaczenia mierzonej wartosci, przy Czym przyrzady te sa ciezkie i zajmuja duzo miejsca. Uzycie tego rodzaju piTytzadów jako przenosnych mierników mocy dawkj, dajacyen sie bez trudu zastosowac w róznych miejscach, okazalo sie niemozliwe. Dotychczas nie mozna bylo stosowac do tych celów liczników jcofea- cyjnych pomimo znacznie kcrzystoiiejszydk wa¬ runków pracy, zwiazanych z ich duzym we¬ wnetrznym wzmocnieniem i malymi wymia^ rami, poniewaz pomiar dawki albo mocy cU^wki za poimoca licznika jonizacyjnego, nie uwzglgdr nial wspomnianej jego zaleznosci od energii padajacych czasteczek.Przyjmuje sie promieniowanie beta o jedna¬ kowej energii, prostopadle do osi liczniika jo¬ nizacyjnego, które winno zawierac stala ge¬ stosc czasteczek (n0 czasteczek/cm), wzdluz ca¬ lego licznika jonizacyjnego. Moc dawki takiego promieniowania mozna okreslic dwoma pomia¬ rami, przy czym raz mierzy sie calkowita lipz-be czasteczek wpadajacych dio licznika joniza¬ cyjnego bez uzycia, absorbera, a za drugim razem zaslania sie za pomoca odpowiedniej przeslony taka czesc jonizacyjnego licznika, ze róznica pomiedzy iloscia wpadajacych czaste¬ czek bez (przeslony i przy jej uzyciu, stanowi miare rzeczywistej, charakterystycznej mocy dawki. Poniewaz dla promieniowania beta o duzej energii, moc dawki w odniesieniu do czasteczki jest mniejsza niz dli promieniowa¬ nia beta o malej energii, wiec odpowiednio do tego, zakryta czesc licznika jonizacyjnego musi byc mniejsza w przypadku promieniowania be¬ ta o duzej energii, niz w przypadku promienio¬ wania beta o malej energii, gdyz srednia strata energii, przypadajaca na jednostke drogi, prze¬ bytej w jakiejs substancji jest mniejsza dla czasteczek o duzej energii niz dla czasteczek ormalej energii.Wynalazek stawia sobie za zadanie uwzgled¬ nienie zaleznosci mocy dawki od energii pro¬ mieniowania, a w szczególnosci od promienio¬ wania beta.Wedlug wynalazku osiaga sie to w ten spo¬ sób, ze za pomoca licznika jonizacyjnego lub innego detektora promieniowania, przeprowa¬ dza sieekolejno dwa pomiary, z których pierw¬ szy jest wykonany bez uzycia absorbera, a dru¬ gi przy uzyciu absorbera, nakladanego na po¬ wierzchnie padania promieniowania w liczniku jonizacyjnym, przy czym dla duzych energii zakryta jest mniejsza czesc licznika jonizacyj¬ nego, a dla malych energii odpowiednio wie¬ ksza czesc.Wedlug wynalazku potrzebna jest wiec sub¬ stancja pochlaniajaca, która pochlanialaiby sku¬ tecznie wlasciwa czesc padajacego promienio¬ wania betan stosownie do reprezentowanej przez to promieniowanie kazdorazowo energii. Wy¬ chodzi sie przy tym z zalozenia, które w prak¬ tyce zawsze jest spelnione, ze promieniciwanie na calej powierzehini pomiarowej jest dosta¬ tecznie jednorodne, oraz ze jest cno na ogól prostopadle do tej powierzchni. Poza tym prze¬ widziane sa dla róznych pasm energetycznych rózne asorbery, które w swym dzialaniu nie przeszkadzaja sobie wzajemnie, albo przeszka- dazja tylko w mozliwie malym stopniu.W celu lepszego zrozumienia sposobu dzia¬ lania przyrzadu wedlug wynalazku, nalezy po¬ traktowac dawke promieniowania beta o do¬ wolnym widmie, jako rozlozona na duza licz¬ be .wiazek czasteczkowych o-jednakowej ener¬ gii. Dla kazdej wiazki czasteczkowej konieczny jest specjalny absorber.Polaczenie razem tych specjalnych absorbe¬ rów mozna zrealizowac w przyblizeniu przez zastosowanie folii pochlaniajacej o gestosci po¬ wierzchniowej zmiennej, stopniowanej w spo¬ sób ciagly, a umieszczonej nad powierzchnia, na która pada promieniowanie, przy czym kra¬ wedzie stopni albo przejscia absorbera sa za¬ okraglone. W tym przypadku czasteczki beta o duzej energii sa slabo absorbowane, podczas gdy dla czasteczek beta o malej energii, duza czesc objetosci licznika jonizacyjnego pozosta¬ je zablokowana.W dalszym ciagu zasada wynalazku zostanie objasniona dla zakresu energetycznego 0,2 — 3,0 MeV. Dolna granica energetyczna 0,2 MeV jest okreslona przez nie podlegajaca zmniejszei- niu, cstatecjzala grubosc oslony licznika joniza¬ cyjnego luib okienka mikowego (w ksztalcie soczewki) jonizacyjnego licznika kielichowego, a górna granica 3,0 MeV jest okreslona przez to, ze powyzej tej wartosci moc dawki pozo¬ staje stala. Gdy zliczy sie wszystkie czasteczki n0 co minute, to otrzyma sie minimalna rnoc dawki n0. D (3 MeV) przy czym D stanowi dawke na czasteczke. Dochodzi do tego jeszcze wspól¬ czynnik, zalezny od rozkladu energetycznego, który wedlug wynalazku ma byc wyznaczeny.Dla widma o rozkladzie energetycznym E od 0,2 do 3,0 MeV, które zostalo podzielone na N pasm o jednakowej szerokosci A EiN wynika: n = liczba czasteczek N 3 - 0,2 MeV = JA.Ei ' i = 1 i =1 N (i = indeks) di = D o MeV) • ni + k A nL d1 = dawka pochodzaca od wszystkich cza¬ steczek o energii h1 d2 = n2 . D (3 MeV) + k A n2 PN =nN Edt'D(3M6v) ""¦ Zrii+kSAhi Calkowita dawka od wszystkich czasteczek ^ze wszystkich N pasm energetycznych wynosi; d = D (3 Me\) ; no + k (n0 — n0),n0 = calkowita liczba czasteczek przy pierwszym pomiarze (bez aserbera), n0 =•' calkowita licziba czasteczek przy drugim pomiarze (z asorberemi), przy czym k wyznacza sie z zaleznesci D (02) = D (3 MeV) + k, która mówi, ze wedlug wynalazku, przy zupelnie zamr knietej przeslonie mierzy sie dawke dla 0.2 MeV.Wspólczynnik k jest wielkoscia stala, która jest wyznaczona pomiarem cechowania, odpowiednio do danego absorbera.Pod pojeciem gestosci powierzchniowej ujety jest w tyim wspólczynniku, np. w przypadku pro¬ mieniowania beta, zarówno material, jak i rozr klad grubosci absorbera nad powierzchnia pa¬ dania. Przyjmuje sie, ze np. 3ta czasteczek o energii K{ na cylindrycznym liczniku jonizacyj¬ ny m,- istnialaby gestosc powierzchniowa i{ któ¬ ra ogranicza ostro zakres przepuszczania i bloko¬ wania, przy czym mozna tak dobrac dlugosc osiowa X4, ze mierzy sie mcc dfwki D,, odpo¬ wiadajaca jednej czasteczce, wlasciwa dla kaz¬ dorazowej energii Et Xz okresla sie przy tym z zaleznosci— . K{ = D1? gdzie L = dlugosc cy¬ lindrycznego licznika jonizacyjnego.Poniewaz to ostre odgraniczenie powinno na _ stepowac dla wszystkich energii Ej z przyna¬ leznymi Xj, wiec dla czasteczek róznych energii to odgraniczenie nie moze byc ostre. Wysokosc stopni k /. dobiera sie w ten sposób, ze stanowia one najlepszy z kompromisów mozliwych do osiagniecia.Przy pomiarach dawki mozna uwazac doklad¬ nosc okolo 20% za na ogól wystarczajaca. Do¬ kladnosc mozna podwyzszyc w pewnym stopniu, przez zaokraglenie krawedzi stopni. Mozna rów¬ niez wysokosc stopni pozostawic jako stala, a absorbeje róznej wartosci wzdluz calego licznika jonizacyjnego zrealizowac przez zastosowanie róznych materialów o róznej gestosci. Przy pro¬ mieniowaniu padajacym calkowicie lub czescic^ wo ukosnie, wedlug wynalazku uwzgledniana jest tylko skladowa prostopadla do osi licznika jonizacyjnego-, która dziala w sposób wyzej opi¬ sany. Pewna poprawe pod tym wzgledem i do¬ pasowanie do warunków spotykanych w prak¬ tyce mozna osiagnac przez "kclimacje w stosun¬ ku do licznika i jego polozenia przestrzenne- gecmetrycznego. W specjalnych okolicznosciach trzeba uzyskac pewna liczbe wartosci, a nastep¬ nie dodawac poszczególne wartosci dawek.Promieniowanie wystepujace w absorberze, powstajace przy pochlanianiu czasteczek beta przez substancje absorbera, jest na ogól do po¬ miniecia, a moze byc uwzglednione doswiadczal¬ nie przez zmiane czynnika fj i Xj.Zasade pomiaru mozna równiez zastosowac skutecznie przy pomiarze dawki promieniowania alfa i gamma. Podclbnie przy pewnej odmianie ukladu mozna skompensowac zalezna od energii zdolnosc reagowania znanych liczników joniza¬ cyjnych na promieniowanie gamma.Przy jednoczesnym zastosowaniu dwóch liczr ników jonizacyjnych, z których jeden jest bez oslony, a drugi zakryty jest opisanym absorbe¬ rem mozna okreslic moc dawki jednym pomia¬ rem. Przez zastosowanie cdpdwiednich ukladów elektronowych mozna otrzymac wielkosc 2 A ni = n0 — n0 z róznicy gestosci impulsów, a war¬ tosc 2 Hi mozna uzyskac z niezakrytego licznika.Te obie gestosci impulsów przemienione w pra¬ dy stale musza byc pomnozone przez stala D (3 MeV) i k za rcimcca odpowiedniego wzmoc¬ nienia. Suma obu pradów daje wtedy bezposred¬ nio moc dawki lub przy odpowiednim wycecho¬ waniu przyrzadu daje odczyt bezposredni.Zamiast uzycia dwóch liczników jonizacyjnych, z których jeden zakryty jest czesciowo przez absorber z odpowiedniego materialu i o odpo¬ wiednim profilu, a drugi jest wykorzystywany bez absorbera, mozna zastosowac na przyklad licznik jonizacyjny, którego objetosc pod wzgle¬ dem elektrycznym, zostala podzielona na dlwie objetosci czastkowe, przez elementy izolacyjne (np. perle) umieszczone na drucie anodowym.Przez zastosowanie odpowiednich ukladów elektronowych z obu wskazników liczenia, przy róznej wysokosci impulsów, dcchoMlzacych z po¬ szczególnych odcinków;, mozna uzyskac wielkosc dawki, niezaleznie od danego widma promienio¬ wania beta. Uzycie dwóch liczników jonizacyj¬ nych jest tym samym niepotrzebne.Perla szklana umieszczona na drucie anodo¬ wym dzieli ten drut w stosunku 1:2.Na podstawie róznych amplitud impulsy moz¬ na latwo oddzielac. Za pomoca odpowiednich ukladów wytwarzane sa prady proporcjonalne do gestosci impulsów, które wykorzystywane sa do wskazania dawki.Przyklady wykonania przedmiotu wynalazku sa uwidocznione na rysunku, na którym fig. l przedstawia wykres zaleznosci mocy dawki od energii promieniowania beta, fig. 2 — urzadze¬ nie wedlug wynalazku z dwoma kielichowymi licznikami jcmizacyijnymi, fig. 3 — kombinacje lictznikia z abscrberein, wedlug" wynalazku, fig. 4 — wykres zaleznosci mocy dawki od energii pro¬ mieniowania gamma, a fig. 5 — schematyczny 3-- \widok licznika jonizacyjnego, ponizej zas odpo¬ wiedni wykres.Zaleznosc mocy dawki od energii prcinienio- wania jest uwidoczniona wykresowo w znany sposób na fig. 1. Zwykly przebieg zaleznosci energii mozna na tym wykresie stwierdzic bez trudu.Fig. 2.. przedstawiajaca urzadzenie z dwoma kielidhowymi licznikami jonizacyjnymi li 2 uwi¬ dacznia takze okienko wejsciowe 4 kielichowego licznika jonizacyjnego 2 przykryte przez absor¬ ber 3. W tym specjalnym przypadku absorber 3 posiada postac soczewki i przykrywa okienko 4 tylko czesciowo. Na okienku wejsciowymi 4 kie¬ lichowego licznika jonizacyjnego 1 nie ma ab¬ sorbera.Fig. 3 przedstawiajaca praktyczne wykonanie kombinacji licznika jonizacyjnego i absorbera wedlug wynalazku, uwidacznia takze czesc izo¬ lacyjna 7 osadzona na drucie anodowym 5 licz¬ nika jonizacyjnego 6, która drut anodowy 5 a tym samym czula na promienie pojemnosci licz¬ nika dzieli na górny mniejszy i na dolny wiek¬ szy oddnek^Dolny odcinek licznika jest otoczo¬ ny absoitererrir#, którego gestosc powierzchnio¬ wa zmniejsza sie w opisany sposób poczawszy od czesci izolacyjnej 7.Fig. 4 uwidacznia wykres zaleznosci mocy dawki od enengii promieniowania gamma. Z te» gó wykresu widac, ze w obrebie energii powy¬ zej 0,07 MeV z absorberem o zmiennej gestosci powierzchniowej mozna osiagnac korekte od¬ nosnie pomiaru dawki.Wedlug wynalazku w tym przypadku nie po¬ trzeba dwóch pomiarów albo dwóch jednoczesnie pracujacych detektorów, lecz mozna mierzyc dawke promieniowania gamma jednym tylko detektorem oraz absorberem o zmiennej gestosci powierzchniowej, niezaleznie cd specjalnego widma energetycznego, poniewaz przy promie¬ niowaniu gamma np. powyzej 0,07 MeV moc dawki zwieksza sie ze zwrotem energii.Fig. 5 uwidacznia schematycznie licznik joni¬ zacyjny 9 a ponizej wykres 10, przedstawiajacy stopniowe zmniejszanie sie gestosci powierz- chniowej na calej dlugosci licznika jonizacyjne¬ go. Na osi rzednych tego wykresu gestosc po¬ wierzchniowa jest wiec naniesiona w J^S- a na cm2 odcietej — dlugosc licznika jonizacyjnego w cm.W przypadku promieniowania beta, dla po¬ miaru dawki konieczne sa dwa pomiary w odróznieniu od promieniowania gamma okre¬ slonego zakresu, gdyz w tym przypadku moc dawki maleje ze wzrastajaca energia czasteczek.Zaleznosc kierunkowa mierzonej wartosci dawki jest okreslona przez zalezna od kierun¬ ku czulosc detektora promieniowania. Ta czu¬ losc zalezna od kierunku wskutek wykonania oslony detektora z odpowiedniej substancji, mo¬ ze byc osiagana i dopasowana do zadanej cha¬ rakterystyki kierunkowej detektora. Promie¬ niowanie, padajace na detektor z okreslonego kierunku, powinno byc przy tym tak mocno oslabione przez odpowiednio wykonany absor¬ ber, ze calkowita czulosc, która jest okreslona pod wzgledem promieniowania z okreslonego kierunku przez wlasciwosci detektora, oraz przez oslabienie promieniowania spowodowa¬ ne absorberem, odpowiada zadanej charakterys¬ tyce kierunkowej. Na przyklad przy zadanym (kulistym ksztalcie charakterystyki kierunko¬ wej kielichowego licznika jonizacyjnego nakla¬ dana substancja absorbera pod wzgledem gru¬ bosci wymagalaby takiego uksztaltowania róz¬ nych miejscowo glebokosci powierzchniowyc]i na oknie makowym, przez które wchodzi pro¬ mieniewanie, a takze ewentualnie na cylin¬ drycznej scianie licznika, ze detektor rejestro¬ walby zawsze te sama czesc padajacego pro¬ mieniowania, niezaleznie od jego kierunku.Przy pomiarach dawki jest mozliwe i celo¬ we stosowanie takiej oslony równiez dla do¬ wolnie uksztaltowanych detektorów promienisi- 'wania, szczególnie dla takich, które obejmu/a /prawie caly kat przestrzenny, przy czym oslin na jest wykonana z substancji pochlaniajacych dila korygowania zaleznosci energetycznych.Jezeli ma byc uwzgledniona pozadana jedno¬ rodnosc padajacego promieniowania pod wzgla¬ dem rozkladu energii i zaleznosci kierunko¬ wej, to absorber wykonuje sie w postaci wielu malych 'powierzchni czastkowych, przy czym odpowiednio do danego promieniowania, ko¬ nieczny zakres gestosci powierzchniowej wra? z przynaleznym profilem gestosci istnieje na ki z- dej malej powierzchni czastkowej absorbera.Wielkosc tych powierzchni czastkowych tak jest obliczona, ze pole promieniowania poprzez teka powierzchnie, zmienia sie w malym stopniu.Ksztalt tych malych powierzchni czastkowych posiada na ogól podrzedne znaczenie. PL

Claims (10)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Przyrzad do okreslania dawki dowolnego nieznanego promieniowania, zwlaszcza | ro- mieniowania beta, znamienny tym, ze jest zaopatrzony w licznik jonizacyjny albo w detektor promieni oraz w absorber, który - 4 -jest nakladany na powierzchnie padania promieni w liczniku jonizacyjnym dopiero przy drugimi pomiarze i zaslania mala czesc licznika jonizacyjnego — gdy energia jest mala.

2. Przyrzad wedlug zastrz, 1, znamienny tym, ze jest zaopatrzony w folie absorpcyjna o gestosci powierzchniowej zmiennej w spo¬ sób ciagly, umieszczona nad powierzchnia padania promieni w liczniku jonizacyjnym.

3. Przyrzad wedlug zastrz. 1, 2, znamienny tym, ze substancja absorbera posiada postac soczewki w przypadku zastosowania kie¬ lichowego licznika jonizacyjnego z najcien¬ szym mikowym okienkiem wejsciowym.

4. Przyrzad wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze gestosc powierzchniowa absorbera nad powierzchnia padania promieniowania w kierunku jonizacyjnym jest stopniowo coraz znaczniejsza, przy czym krawedzie stopni albo przejscia absorbera sa zaokra¬ glone.

5. Przyrzad wedlug zastrz. 2, 4, znamienny tym, ze zawiera absorbery o róznej mocy dzialania ale tej samej grubosci, dzieki cze¬ mu osiaga sie stopniowanie gestcsci po¬ wierzchniowej.

6. Przyrzad wedlug zastrz. 2, 4, znamienny tym, ze zawiera kilka warstw substancji o róznym dzialaniu absorpcyjnym i o zmie¬ nionej grubosci np. w ksztalcie klinowym lub stopniowym, dzieki czemu osiaga sie zmiennosc gestosci powierzchniowej, zwla¬ szcza przy jednakowej grubosci warstwy calkowitej.

7. Przyrzad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera dwa jednakowe liczniki joniza¬ cyjne, z 'których jeden pracuje bez absor¬ bera, drugi zas pracuje równoczesnie z za* stosowaniem absorbera, przy czym róznica uzyskanych gestosci impulsów, podana jed¬ nym pomiarem, okresla mgc dawki lub przy odpowiednim wycechowaniu przyrza¬ du jest bezposrednio odczytywana.

8. Przyrzad wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze dwa jednakowe liczniki jonizacyjne sa zastapione przez jeden licznik jonizacyjny, który pracuje z drutem anodowym, podzie¬ lonym zwlaszcza na dwa odcinki.

9. Przyrzad wedlug zastrz. 1—5 i 6, znamienny tym, ze czule na promieniowanie powierzch¬ nie detektora sa zaopatrzone w dodatkowa warstwe absorbera o miejscowo zmiennym ciezarze powierzchniowym.

10. Przyrzad wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze czule na promieniowanie powierzchnie detektorów sa podzielone na znaczna licz¬ be powierzchni czastkowych, z 'których kaz¬ da posiada konieczny zakres gestosci po¬ wierzchniowej z przynaleznym rozmiesz¬ czeniem gestosci, a to w celu uwzglednienia miejscowo i przestrzennie zróznicowanych niejednorodnosci wpadajacego promienio¬ wania. VEB Vakutronik Zastepca: mgr Józef Kaminski, rzecznik patentowy NDo opisu patentowego nr. 45097 Fia.2 --^JU-- ftf.l L*j/«*I Tm*vJ OJOi 005 to [¦•.* 1782. RSW „Prasa", Kielce lBin: W: PL