RU145480U1

RU145480U1 - MINIATURE DOSIMETER-RADIOMETER-SPECTROMETER

Info

Publication number: RU145480U1
Application number: RU2014104292/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Елин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Интерсофт Евразия"
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2014-09-20

Abstract

1. Дозиметр-радиометр-спектрометр ионизирующего излучения компактного встраиваемого исполнения, содержащий детектор излучения, представляющий собой p-i-n диод, в котором в слаболегированном полупроводнике кремнии созданы высоколегированные p- и n-области, а также интерфейс управления и передачи данных, калибратор, преобразователь напряжения, и интегральную микросхему, включающую: последовательно связанные зарядно-чувствительный усилитель, усилитель-формирователь, спектрометр на основе амплитудно-цифрового преобразователя и компараторов, и микропроцессор, связанный с интерфейсом управления и передачи данных, который выполнен с возможностью подключения к шинам информации и питания мобильного устройства, при этом к микропроцессору подключены калибратор и преобразователь напряжения, соединенный с детектором излучения, подключенным к зарядно-чувствительному усилителю.2. Дозиметр-радиометр-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен компактным корпусом и выполнен с возможностью оперативной установки в мобильное устройство-коммуникатор из группы: смартфон, планшетный компьютер, ноутбук и снабжен автономными средствами питания, при этом микросхема выполнена бескорпусной.3. Дозиметр-радиометр-спектрометр по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что спектрометр включает в себя АЦП последовательного приближения, набор компараторов пороговой синхронизации и пиковых детекторов.4. Дозиметр-радиометр-спектрометр по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен подключенным к микропроцессору интерфейсом беспроводной связи из группы: Bluetooth или гибридный Bluetooth или Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC).5. Дози1. The compact built-in ionizing radiation dosimeter-radiometer-spectrometer containing a radiation detector, which is a pin diode in which highly doped p- and n-regions are created in a lightly doped silicon semiconductor, as well as a control and data transmission interface, a calibrator, a voltage converter, and an integrated microcircuit, including: series-connected charge-sensitive amplifier, amplifier-driver, spectrometer based on the amplitude-digital converter and comparat s, and the microprocessor associated with the interface control and data transmission, which is adapted to connect to tires and power information of the mobile device, wherein the microprocessor connected calibrator and voltage converter coupled to the radiation detector, connected to the charge-sensitive usilitelyu.2. The dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 1, characterized in that it is equipped with a compact body and is configured to be quickly installed in a mobile communicator from the group: smartphone, tablet computer, laptop and equipped with autonomous power supplies, while the chip is made without a case. 3. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the spectrometer includes an ADC of successive approximation, a set of threshold synchronization comparators and peak detectors. 4. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is equipped with a microprocessor-based wireless interface from the group: Bluetooth or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC) .5. Dozi

Description

Полезная модель относится к устройствам контроля радиационной обстановки и предназначена для обнаружения, измерений и обработки результатов измерений (DO-RA.micro), преимущественно, в составе коммуникатора - мобильного радиоустройства. Детектор - чувствительный элемент, служащий для преобразования явлений, вызываемых радиоактивными (ионизирующими) излучениями в электрический или другой сигнал для формирования информации дозиметра-радиометра-спектрометра.The utility model relates to radiation monitoring devices and is designed to detect, measure and process measurement results (DO-RA.micro), mainly as part of a communicator - a mobile radio device. A detector is a sensitive element used to convert phenomena caused by radioactive (ionizing) radiation into an electrical or other signal to generate information from a dosimeter-radiometer-spectrometer.

По мере того, как сферы использования делящихся материалов и ионизирующего изучения в медицинских и профилактических целях становятся все более разнообразными, а уровень проникновения мобильных телефонов/смартфонов и компьютеров стал превышать количество самих жителей Земли, возникает необходимость применения устройств со встроенными датчиками и детекторами ионизирующего излучения разной природы и диапазона. В этой связи возникает очевидная необходимость систематического мониторинга и контроля окружающей среды, воздуха и продуктов питания на предмет попадания делящихся материалов различными способами и при различный ситуациях. Кроме того, в районах проведения ядерных испытаний, техногенных катастроф, связанных с делящимися материалами, зараженным может быть не только воздух, но и почва, растительность, грунтовые воды, морская вода и морские водоросли, различные животные, птица, водоплавающие, используемые человеком в пищу; при этом человек не обладает способностями ощущать ионизирующее излучение во всем его диапазоне по спектру излучения и по его мощности.As the areas of use of fissile materials and ionizing studies for medical and preventive purposes become more diverse, and the penetration rate of mobile phones / smartphones and computers exceeds the number of people living on Earth, it becomes necessary to use devices with built-in sensors and detectors of ionizing radiation of different nature and range. In this regard, there is an obvious need for systematic monitoring and control of the environment, air, and foodstuffs in order to detect fissile materials in various ways and in different situations. In addition, in areas of nuclear testing, technological disasters associated with fissile materials, not only air, but also soil, vegetation, groundwater, seawater and seaweed, various animals, birds, waterfowl used by humans for food can be infected. ; however, a person does not have the ability to sense ionizing radiation in its entire range in terms of the spectrum of radiation and its power.

Современная промышленность предлагает большой выбор дозиметров-радиометров - от профессиональных приборов до бытовых устройств, использующих, в частности, в качестве чувствительного элемента преимущественно счетчик Гейгера-Мюллера. Однако, из-за особенностей их конструкции, данные счетчики обладают малой чувствительностью при низких мощностях дозы ионизирующего изучения (при низком уровне радиации), высоким разбросом результатов измерений от +/-70% до +/-30% в диапазоне от 0.05 до 1 мкЗв/ч., малым ресурсом работы на отказ. Для увеличения чувствительности в профессиональных приборах используются счетчики Гейгера-Мюллера больших габаритов, но той же конструкции, что совершенно не приемлемо для бытовых приборов. Уменьшение размеров счетчиков Гейгера-Мюллера приводит к существенному снижению чувствительности, потере точности измерений и увеличению времени замера мощности эквивалентной дозы и эквивалентной дозы, как основного параметра, фиксирующего риски заболеваний человека и его органов при избыточной экспозиции ионизирующего изучения. По большому счету, бытовые дозиметры на основе счетчиков Гейгера-Мюллера способны работать лишь в режиме индикации и предупреждения о существенном превышении уровня радиации, эквивалентной мощности дозы ионизирующего излучения. Так, например, портативное устройство СИГ-РМ1208М компании «Полимастер» позиционируется, как «Сигнализатор-индикатор гамма-излучения», при этом масса прибора составляет 100 г., а габариты 52×48×18 мм (http://www.baz-alt.ru/product_9426.html).Modern industry offers a wide range of dosimeters-radiometers - from professional appliances to household appliances, using, in particular, mainly a Geiger-Muller counter as a sensitive element. However, due to the peculiarities of their design, these counters have low sensitivity at low dose rates of ionizing studies (at a low radiation level), and a high spread of measurement results from +/- 70% to +/- 30% in the range from 0.05 to 1 μSv / h., a small resource of work on failure. To increase the sensitivity in professional devices, large-sized Geiger-Muller counters are used, but of the same design, which is completely unacceptable for household appliances. Reducing the size of Geiger-Muller counters leads to a significant decrease in sensitivity, loss of measurement accuracy and an increase in the time of measuring the power of the equivalent dose and equivalent dose, as the main parameter fixing the risks of diseases of a person and his organs with excessive exposure to an ionizing study. By and large, household dosimeters based on Geiger-Muller counters are able to work only in the indication and warning mode of a significant excess of the level of radiation equivalent to the dose rate of ionizing radiation. So, for example, the Polimaster portable SIG-PM1208M device is positioned as a “Gamma-ray signaling indicator”, while the mass of the device is 100 g and the dimensions are 52 × 48 × 18 mm (http: //www.baz -alt.ru/product_9426.html).

Известны дозиметры компактного исполнения, содержащие p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n - находится слой нелегированного полупроводника (Пчелинцева Е.С. «Моделирование и исследование бетавольтаического эффекта на кремниевых pin структурах», 2012, http://dis.podelise.ru/text/index-39015.html?page=2).Compact dosimeters are known that contain pin photodiodes in which an undoped semiconductor layer is located between the p- and n-layers (E. Pchelintseva, “Modeling and Investigation of the Betavoltaic Effect on Silicon Pin Structures”, 2012, http: //dis.podelise. com / text / index-39015.html? page = 2).

Известен полупроводниковый детектор (дозиметр-радиометр), встроенный в мобильное радиоустройство, содержащее корпус, в котором размещены электрически связанные между собой приемопередающее устройство и процессор, к которому подключены монитор, клавиатура, блок памяти, блок питания и средства звуковой сигнализации, а также полупроводниковый детектор излучения, связанный усилителем с процессором, причем полупроводниковый детектор излучения выполнен в виде сотовой структуры из параллельно включенных своими парными электродами чувствительных элементов из неорганического кристаллического полупроводникового материала. Полупроводниковый детектор излучения связан с процессором радиоустройства через усилитель и блок сопряжения, размещенные в его корпусе (RU №116725, прототип).A semiconductor detector (dosimeter-radiometer) is known which is integrated in a mobile radio device comprising a housing in which a transceiver device and a processor are electrically connected to each other, to which a monitor, keyboard, memory unit, power supply and sound signaling devices are connected, as well as a semiconductor detector radiation coupled by the amplifier to the processor, the semiconductor radiation detector being made in the form of a honeycomb structure of parallel senses connected in parallel to the elements of the crystalline inorganic semiconductor material. A semiconductor radiation detector is connected to the radio device processor through an amplifier and an interface unit located in its housing (RU No. 116725, prototype).

Недостатками известных дозиметров являются узость функциональных возможностей, не предусматривающих его использования в качестве спектрометра и автономное использование, сложность сопряжения при перестановке из одного радиоустройства в другое.The disadvantages of the known dosimeters are the narrowness of functionality that does not provide for its use as a spectrometer and autonomous use, the complexity of pairing when moving from one radio device to another.

Технической задачей полезной модели является создание эффективного дозиметра-радиометра-спектрометра и расширение арсенала дозиметров-радиометров-спектрометров.The technical task of the utility model is to create an effective dosimeter-radiometer-spectrometer and expand the arsenal of dosimeters-radiometers-spectrometers.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в минимизации габаритов при расширении функциональных возможностей детектора для его использования в качестве единого дозиметра-радиометра-спектрометра, позволяющего измерить мощность эквивалентной дозы (МЭД) и эквивалентную дозу (ЭД) ионизирующего излучения, в частности, при облучении рентгеновскими лучами, гамма-излучением, бета-частицами и альфа-частицами и спектр радиоактивны (делящихся) материалов, а также и для автономного использования, упрощение сопряжения при перестановке из одного радиоустройства в другое. Одновременно обеспечивается уменьшение времени измерения радиационного фона, увеличение точности измерений, значительное снижение размеров и массы прибора, расширение диапазона регистрируемых энергий и возможность регистрации различных видов ионизирующего излучения, включая их спектральные характеристики и портреты изотопов, что в свою очередь обеспечит возможность точного измерения МЭД и ЭД.The technical result that provides the solution of the problem lies in minimizing the dimensions while expanding the detector's functionality for use as a single dosimeter-radiometer-spectrometer, which allows measuring the equivalent dose rate (DER) and the equivalent dose (ED) of ionizing radiation, in particular, when irradiated X-rays, gamma radiation, beta particles and alpha particles and the spectrum of radioactive (fissile) materials, as well as for stand-alone use, simplifying conjunction eniya the interchange from one radio to another. At the same time, it reduces the time needed to measure the background radiation, increase the accuracy of measurements, significantly reduce the size and mass of the device, expand the range of recorded energies and the ability to register various types of ionizing radiation, including their spectral characteristics and portraits of isotopes, which in turn will provide the ability to accurately measure DER and ED .

Сущность полезной модели заключается в том, что дозиметр-радиометр-спектрометр ионизирующего излучения компактного встраиваемого исполнения, преимущественно, для программируемого мобильного устройства-коммуникатора содержит детектор излучения, представляющий собой p-i-n диод, в котором в слаболегированном полупроводнике кремнии созданы высоколегированные p и n-области, а также интерфейс управления и передачи данных, калибратор, преобразователь напряжения, и интегральную микросхему, включающую: последовательно связанные зарядно-чувствительный усилитель, усилитель-формирователь, спектрометр на основе амплитудно-цифрового преобразователя и компараторов, и микропроцессор, связанный с интерфейсом управления и передачи данных, который выполнен с возможностью подключения к шинам информации и питания мобильного устройства, при этом к микропроцессору подключены калибратор и преобразователь напряжения, соединенный с детектором излучения, подключенным к зарядно-чувствительному усилителю.The essence of the utility model is that the compact built-in ionizing radiation dosimeter-radiometer-spectrometer, mainly for a programmable mobile communicator device, contains a radiation detector, which is a pin diode in which highly doped p and n regions are created in a lightly doped silicon semiconductor, as well as a control and data transmission interface, a calibrator, a voltage converter, and an integrated circuit, including: series-connected charge-sens an impressive amplifier, an amplifier-driver, a spectrometer based on an amplitude-digital converter and comparators, and a microprocessor connected to a control and data transmission interface, which is configured to connect to the information and power buses of a mobile device, while a calibrator and voltage converter are connected to the microprocessor connected to a radiation detector connected to a charge-sensitive amplifier.

Предпочтительно дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен компактным корпусом и выполнен с возможностью оперативной установки в мобильное устройство-коммуникатор из группы: смартфон, планшетный компьютер, ноутбук и снабжен автономными средствами питания, при этом микросхема выполнена бескорпусной, спектрометр включает в себя АЦП последовательного приближения, набор компараторов пороговой синхронизации и пиковых детекторов.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with a compact case and can be quickly installed in a mobile device-communicator from the group of: smartphone, tablet computer, laptop and equipped with autonomous power supplies, while the microcircuit is made without a housing, the spectrometer includes an ADC of successive approximation, a set threshold synchronization comparators and peak detectors.

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен подключенным к микропроцессору интерфейсом беспроводной связи из группы: Bluetooth или гибридный Bluetooth или Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC), а также снабжен средствами внутренней памяти и выполнен с возможностью хранения результатов измерений с последующей передачей информации в мобильное устройство по запросу пользователя или по расписаниюPreferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with a wireless interface connected to the microprocessor from the group: Bluetooth or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC), and is also equipped with internal memory and is configured to store measurement results with subsequent transmission of information to the mobile device at the request of the user or according to the schedule

Предпочтительно, дозиметр-радиометр-спектрометр выполнен с возможностью формирования информационных сигналов о значениях измеряемых параметров уровня мощности дозы или эквивалентной дозы с помощью звуковой, голосовой, текстовой, цветовой, вибро сигнализации и сообщений, а также с возможностью определения местоположения в пространстве источника ионизирующего излучения по гео-координатам GPS/ГЛОНАСС, а также высоты над уровнем моря в данной точке измерения и отмечает на экране или во флэш-памяти устройства-коммуникатора мощность дозы, эквивалентной дозы, наименование изотопа и пространственные гео-координаты на фотографии и/или видеоизображении фиксируемого объекта излучения, сделанном мобильным устройством-коммуникатором, и с возможностью оценки энергетической характеристики источников ионизирующего излучения, а также определения изотопного состава источника ионизирующего излучения.Preferably, the dosimeter-radiometer-spectrometer is configured to generate information signals about the values of the measured parameters of the dose rate level or equivalent dose using sound, voice, text, color, vibration alarms and messages, as well as the ability to determine the location in space of an ionizing radiation source the GPS / GLONASS geo-coordinates, as well as the altitude at a given measurement point and notes the dose rate on the screen or in the flash memory of the communicator device, dose are equivalent, the name of the isotope and geo-spatial coordinates of the photograph and / or video image of the object fixed by the radiation, make mobile-device communicator, and to estimate a characteristic energy ionizing radiation sources, and determining the isotopic composition of an ionizing radiation source.

При этом чувствительный элемент ионизирующего излучения представляет собой p-i-n структуру, в которой в собственном, слаболегированном полупроводнике n^- - кремнии методами ионной имплантации или диффузии созданы высоколегированные p и n-области, и содержащую высокоомную подложку кремния n-типа проводимости, на рабочей стороне которой расположены p-области, а также маскирующее покрытие SiO₂, алюминиевую металлизацию и пассивирующий слой, а калибратор выполнен в виде светодиода с возможностью оптического взаимодействия с детектором.In this case, the sensitive element of ionizing radiation is a pin structure in which highly doped p and n regions are created by intrinsic, lightly doped n ^- silicon semiconductor by ion implantation or diffusion, and containing a high-resistance n-type silicon substrate, on the working side of which p-region, as well as a masking coating of SiO ₂ , aluminum metallization and a passivating layer, and the calibrator is made in the form of an LED with the possibility of optical interaction with the detector.

На чертеже фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема миниатюрного дозиметра-радиометра-спектрометра в DO-RA.micro в составе смартфона, на фиг. 2 - схема специализированного программного обеспечения изделия.In the drawing of FIG. 1 shows a schematic block diagram of a miniature dosimeter-radiometer-spectrometer in DO-RA.micro as part of a smartphone, FIG. 2 is a diagram of specialized product software.

Дозиметр-радиометр-спектрометр ионизирующего излучения компактного встраиваемого исполнения, преимущественно, для программируемого мобильного устройства-коммуникатора, содержит детектор 16 излучения, представляющий детектор излучения, представляющий собой p-i-n диод (структура, в которой в практически собственном, слаболегированном полупроводнике n^- - кремнии методами ионной имплантации или диффузии созданы высоколегированные p и n-области), т.е. нелегированный полупроводник кремний заключен между двумя областями кремния противоположной проводимости.The compact built-in ionizing radiation dosimeter-radiometer-spectrometer, mainly for a programmable mobile communicator device, contains a radiation detector 16, which is a radiation detector, which is a pin diode (a structure in which, in its own, lightly doped n ^- - silicon semiconductor by ion methods implantation or diffusion created by highly doped p and n-regions), i.e. an undoped silicon semiconductor is enclosed between two regions of silicon of opposite conductivity.

Указанная структура имеет высокоомную слаболегированную (практически собственная проводимость) подложку кремния n-типа проводимости, на лицевой (рабочей) стороне которой расположены p-области выполненные методом ионного легирования, а также электроды алюминиевой металлизации и пассивирующий слой, а на обратной стороне сформирована сильно легированная n-область методом ионной имплантации или диффузии донорной примеси (не изображены).The indicated structure has a high-resistance, lightly doped (practically intrinsic conductivity) n-type silicon substrate, on the front (working) side of which there are p-regions made by ion doping, as well as aluminum metallization electrodes and a passivation layer, and heavily doped n -region by ion implantation or diffusion of a donor impurity (not shown).

Дозиметр-радиометр-спектрометр содержит также интерфейс 9 управления и передачи данных, калибратор 17, преобразователь 14 напряжения, и интегральную микросхему 19 (возможно бескорпусное исполнение) (на фиг. 1 выделена пунктиром), включающую последовательно связанные зарядно-чувствительный усилитель 15 (ЗЧУ), управляемый усилитель-формирователь 13 (УФ), спектрометр 11 на основе амплитудно-цифрового преобразователя и компараторов (не изображены), и микропроцессор 10, связанный с интерфейсом 9 управления и передачи данных, который выполнен с возможностью подключения к шинам (не изображены) информации и питания мобильного устройства-коммуникатора 20. При этом к микропроцессору 10 подключены калибратор 17 и преобразователь 14 напряжения, соединенный с детектором 16 излучения, подключенным к зарядно-чувствительному усилителю 15.The dosimeter-radiometer-spectrometer also contains a control and data transmission interface 9, a calibrator 17, a voltage converter 14, and an integrated microcircuit 19 (possibly an open-frame version) (dotted in Fig. 1), including a charge-sensitive amplifier 15 (ZCHU) connected in series , a controlled amplifier-driver 13 (UV), a spectrometer 11 based on an amplitude-to-digital converter and comparators (not shown), and a microprocessor 10 connected to the control and data transmission interface 9, which is configured to awn connect to the buses (not shown) and power information of the mobile device communicator 20. In this case, the microprocessor 10 are connected to the calibrator 17 and voltage converter 14 coupled to the radiation detector 16, connected to the charge-sensitive amplifier 15.

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен компактным корпусом (не изображен) и выполнен с возможностью оперативной установки в мобильное устройство-коммуникатор 20 из группы: смартфон, планшетный компьютер, ноутбук и снабжен автономными средствами питания (не изображены).The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with a compact case (not shown) and is configured to be quickly installed in a mobile device-communicator 20 from the group: smartphone, tablet computer, laptop and equipped with autonomous power supplies (not shown).

Спектрометр 11 включает в себя АЦП последовательного приближения, набор компараторов пороговой синхронизации и пиковых детекторов (не изображены).Spectrometer 11 includes a sequential approximation ADC, a set of threshold synchronization comparators, and peak detectors (not shown).

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен подключенным к микропроцессору 10 интерфейсом 12 беспроводной связи из группы: Bluetooth или гибридный Bluetooth или Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC).The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with a wireless interface 12 connected to the microprocessor 10 from the group: Bluetooth or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC).

Дозиметр-радиометр-спектрометр снабжен средствами (не изображены) внутренней памяти и выполнен с возможностью хранения результатов измерений с последующей передачей информации в мобильное устройство (коммуникатор) 20 по запросу пользователя или по расписанию.The dosimeter-radiometer-spectrometer is equipped with means (not shown) of the internal memory and is configured to store measurement results with subsequent transfer of information to a mobile device (communicator) 20 at the request of the user or according to a schedule.

Мобильное устройство 20 (программируемое мобильное устройство-коммуникатор) при любом исполнении включает процессор 1, навигационное устройство GPS/ГЛОНАСС 2, приемопередающее устройство WiFi, GPRS, Bluetooth, NFC - 3, блок 4 питания, блок 5 памяти фото/видео камеру 7, клавиатуру 6 и монитор 8.Mobile device 20 (programmable mobile device-communicator) for any version includes processor 1, GPS / GLONASS 2 navigation device, WiFi, GPRS, Bluetooth, NFC-3 transceiver, power supply unit 4, photo / video camera memory unit 5, keyboard 7 6 and monitor 8.

Дозиметр-радиометр-спектрометр выполнен с возможностью формирования информационных сигналов о значениях измеряемых параметров уровня мощности дозы или эквивалентной дозы с помощью звуковой, голосовой, текстовой, цветовой, вибро сигнализации и сообщений, с возможностью определения местоположения в пространстве источника ионизирующего излучения по гео-координатам GPS/ГЛОНАСС, а также высоты над уровнем моря в данной точке измерения и отмечает на экране или во флэш-памяти устройства-коммуникатора мощность дозы, эквивалентной дозы, наименование изотопа и пространственные гео-координаты на фотографии и/или видеоизображении фиксируемого объекта излучения, сделанном мобильным устройством-коммуникатором, и выполнен с возможностью оценки энергетической характеристики источников ионизирующего излучения, а также определения изотопного состава источника ионизирующего излучения.The dosimeter-radiometer-spectrometer is configured to generate information signals about the values of the measured parameters of the dose rate level or equivalent dose using sound, voice, text, color, vibration alarms and messages, with the ability to determine the location in the space of the ionizing radiation source from the GPS geo-coordinates GPS / GLONASS, as well as altitude at a given measurement point and marks on the screen or in the flash memory of the communicator device the dose rate equivalent to the dose the development of the isotope and spatial geo-coordinates on the photograph and / or video image of the fixed radiation object made by a mobile communicator device and made with the possibility of evaluating the energy characteristics of ionizing radiation sources, as well as determining the isotopic composition of the ionizing radiation source.

Калибратор 17 выполнен в виде светодиода с возможностью взаимодействия (оптического воздействия) с детектором 16.The calibrator 17 is made in the form of an LED with the possibility of interaction (optical exposure) with the detector 16.

Миниатюрный дозиметр-радиометр-спектрометр работает следующим образом.A miniature dosimeter-radiometer-spectrometer works as follows.

При включении в работу активизируется полупроводниковый кремниевый чувствительный элемент детектора 16, который работает подобно ионизационной камере с тем отличием, что ионизация происходит не в газовом промежутке, а в толще кристалла кремния. К полупроводниковому кристаллу прикладывается напряжение, что обеспечивает сбор всех зарядов, образованных частицей в объеме чувствительного элемента детектора 16.When turned on, the semiconductor silicon sensitive element of the detector 16 is activated, which operates like an ionization chamber with the difference that ionization does not occur in the gas gap, but in the thickness of the silicon crystal. A voltage is applied to the semiconductor crystal, which ensures the collection of all charges formed by the particle in the volume of the sensitive element of the detector 16.

Заряженная частица, проникая в полупроводниковый материал (кремний) чувствительного элемента детектора 16, создает электронно-дырочные пары, которые под действием электрического поля перемещаются к электродам.A charged particle, penetrating into the semiconductor material (silicon) of the sensing element of the detector 16, creates electron-hole pairs, which under the action of an electric field move to the electrodes.

Управляемый зарядо-чувствительный усилитель (ЗЧУ) 15 выполняет преобразование короткого импульса в медленно изменяющееся выходной напряжение.A controlled charge-sensitive amplifier (ZCHU) 15 converts a short pulse into a slowly changing output voltage.

Усилитель-формирователь (УФ) 13 формирует импульс фиксированной длительности, амплитуда которого пропорциональна заряду, оставленному частицей в детекторе 16.The amplifier-former (UV) 13 generates a pulse of a fixed duration, the amplitude of which is proportional to the charge left by the particle in the detector 16.

Амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) и набор компараторов спектрометра 11 служат для пороговой синхронизации схемы. АЦП и блок компараторов представляют собой схему организации режима спектрометра 11 с пиковыми детекторами.The amplitude-to-digital converter (ADC) and the set of comparators of the spectrometer 11 are used for threshold synchronization of the circuit. The ADC and the comparator unit are a diagram of the organization of the spectrometer 11 mode with peak detectors.

Преобразователь 14 напряжения источника питания обеспечивает необходимый набор напряжений питания 60-120 В для детектора 16 и микросхемы 19. Калибратор (бленкер) 17, управляется микропроцессором 10 специализированной интегральной микросхемы 19. Калибратор 17 предназначен для формирования эталонных тестовых импульсов с детектора 16 для автоматической настройки устройства, как в режиме дозиметра-радиометра, так и в режиме спектрометра. При исполнении в виде отдельного устройства связь мобильным устройством 20 осуществляется посредством одного из беспроводных интерфейсов 12 микросхемы 19 СИМС. В случае встраивания устройства в мобильное устройство-коммуникатор 20 связь осуществляется посредством интерфейса 9 управления и передачи данных.The power supply voltage converter 14 provides the necessary set of power supply voltages 60-120 V for the detector 16 and microcircuit 19. The calibrator (blenker) 17 is controlled by the microprocessor 10 of the specialized integrated microcircuit 19. The calibrator 17 is designed to generate reference test pulses from the detector 16 for automatic device setup , both in the dosimeter-radiometer mode and in the spectrometer mode. When executed as a separate device, communication with the mobile device 20 is carried out through one of the wireless interfaces 12 of the SIMC chip 19. In the case of embedding the device in the mobile device, the communicator 20, the communication is carried out through the interface 9 of the control and data transmission.

Мобильное устройство 20 задействует процессор 1 и навигационное устройство GPS/ГЛОНАСС 2, формирующее текущие пространственные гео-координаты обследуемого места; приемопередающее устройство WiFi, GPRS, Bluetooth, NFC 3, блок 4 питания 4, блок 5 памяти. Фото/видео камера 7 обеспечивает возможность фото и видео фиксации объекта измерений, клавиатура 6 обеспечивает взаимодействие с программным обеспечением мобильного устройства, а монитор 8 выполняет отображение результатов работы программ и режимов измерения мощности эквивалентной дозы, эквивалентной дозы и идентификации источника ионизирующего излучения.The mobile device 20 uses the processor 1 and the GPS / GLONASS 2 navigation device, forming the current spatial geo-coordinates of the surveyed place; WiFi, GPRS, Bluetooth, NFC 3 transceiver, power supply 4, memory 5. Photo / video camera 7 provides the possibility of photo and video fixing of the measurement object, the keyboard 6 provides interaction with the software of the mobile device, and monitor 8 displays the results of the programs and modes of measuring the equivalent dose rate, equivalent dose and identification of the ionizing radiation source.

Представленное устройство является самым миниатюрным дозиметром с функциями радиометра-спектрометра. Миниатюрность устройства обеспечивается использованием компактного кремниевого детектора 16, использованием бескорпусной встраиваемой интегральной микросхемы 19 расширенного функционала. В результате дозиметр-радиометр-спектрометр реализуется как очень компактное устройство, размещенное в едином керамическом корпусе с приблизительными габаритными размерами 15×15×5 мм.The presented device is the smallest dosimeter with the functions of a radiometer spectrometer. The miniaturization of the device is ensured by the use of a compact silicon detector 16, using an integrated functional open-frame integrated microcircuit 19. As a result, the dosimeter-radiometer-spectrometer is implemented as a very compact device located in a single ceramic case with approximate overall dimensions of 15 × 15 × 5 mm.

Миниатюрность данного устройства обеспечивается использованием в нем компактного кремниевого детектора с приблизительными габаритными размерами 10×10×0,52 мм, с использованием одной (возможно бескорпусной) интегральной микросхемы 19 расширенного функционала, то есть перевод всех обозначенных в блок-схеме компонентов в структуру кристалла интегральной схемы 19 с соответствующими взаимосвязями для полноценной работы в виде законченного электронного устройства и преобразователя 14 напряжения питания.The miniaturization of this device is ensured by using a compact silicon detector with approximate overall dimensions of 10 × 10 × 0.52 mm, using one (possibly open-frame) integrated microcircuit 19 with extended functionality, that is, the translation of all the components indicated in the block diagram into the integrated crystal structure circuit 19 with the corresponding relationships for the full work in the form of a complete electronic device and the Converter 14 of the supply voltage.

Питание данного устройства осуществляется от электронных приборов коммуникатор 20), на которых оно установлено.The power of this device is carried out from electronic devices communicator 20) on which it is installed.

Благодаря оптической восприимчивости кремниевого детектора 16 осуществляется подача эталонных световых импульсов для юстировки или калибровки самого устройства перед измерением ионизирующего излучения от источника радиации.Due to the optical susceptibility of the silicon detector 16, reference light pulses are supplied to align or calibrate the device itself before measuring ionizing radiation from a radiation source.

В данном техническом решении представлено устройство дозиметра-радиометра-спектрометра, обозначаемого DO-RA.micro, обладающего минимальными габаритами и расширенными возможностям, позволяющими измерить мощность эквивалентной дозы (МЭД) и эквивалентную дозу (ЭД) ионизирующего излучения, в частности, при облучении рентгеновскими лучами, гамма-излучением, бета-частицами и альфа-частицами и спектр радиоактивны (делящихся) материалов, что в свою очередь, может дать определенный «портрет» источника ионизирующего излучения, благодаря чему позволит более точно измерять МЭД и ЭД и идентифицировать источник опасности.This technical solution presents the device of a dosimeter-radiometer-spectrometer designated DO-RA.micro, which has minimal dimensions and advanced capabilities that allow measuring the equivalent dose rate (DER) and the equivalent dose (ED) of ionizing radiation, in particular, when irradiated with X-rays , gamma radiation, beta particles and alpha particles and the spectrum of radioactive (fissile) materials, which, in turn, can give a certain "portrait" of the ionizing radiation source, so that IT to more accurately measure the DER and DE and identify the source of danger.

Устройство дозиметра-радиометра-спектрометра DO-RA.micro позволяет составлять карту радиационного фона и радиационного загрязнения исследуемой территории. С помощью смартфона или компьютера фотографировать и видео фиксировать объекты, обладающие повышенным радиационным фоном (мощностью дозы) и определять для этих объектов гео-координаты на местности или пространственные гео-координаты в местоположении над земной поверхностью, отсчитывая эти пространственные гео-координаты на основе принятого мирового стандарта над уровнем моря. Кроме того, устройство позволяет предупреждать человека в голосовом, текстовом, цветовом, звуковом и вибро режиме о превышении допустимой МЭД и ЭД ионизирующего излучения, с привязкой, рассчитанной для данного региона и данной страны с учетом применяемых там специализированных стандартов по радиационной безопасности для разных категорий граждан: гражданское население, специализированный и технический персонал АЭС, военные и др.The device of the dosimeter-radiometer-spectrometer DO-RA.micro allows you to map the radiation background and radiation pollution of the study area. Using a smartphone or computer, take photographs and videos to record objects that have an increased radiation background (dose rate) and determine for these objects the geo-coordinates on the ground or spatial geo-coordinates at a location above the earth's surface, counting these spatial geo-coordinates based on the accepted world standard above sea level. In addition, the device allows you to warn a person in voice, text, color, sound and vibro mode about exceeding the permissible DER and ED of ionizing radiation, with a reference calculated for this region and this country, taking into account the specialized radiation safety standards used for different categories of citizens : civilian population, specialized and technical personnel of nuclear power plants, military, etc.

Claims

1. The compact built-in ionizing radiation dosimeter-radiometer-spectrometer containing a radiation detector, which is a pin diode in which highly doped p- and n-regions are created in a lightly doped silicon semiconductor, as well as a control and data transmission interface, a calibrator, a voltage converter, and an integrated microcircuit, including: series-connected charge-sensitive amplifier, amplifier-driver, spectrometer based on the amplitude-digital converter and comparat s, and the microprocessor associated with the interface control and data transmission, which is adapted to connect to tires and power information of the mobile device, wherein the microprocessor connected calibrator and voltage converter coupled to the radiation detector, connected to the charge-sensitive amplifier.

2. The dosimeter-radiometer-spectrometer according to claim 1, characterized in that it is equipped with a compact body and is configured to be quickly installed in a mobile communicator from the group: smartphone, tablet computer, laptop and equipped with autonomous power supplies, while the chip is made uncased.

3. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the spectrometer includes an ADC of sequential approximation, a set of threshold synchronization comparators and peak detectors.

4. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is equipped with a microprocessor-based wireless communication interface from the group: Bluetooth or hybrid Bluetooth or Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC).

5. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is equipped with internal memory and configured to store measurement results with subsequent transfer of information to a mobile device at the request of the user or according to a schedule

6. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is configured to generate information signals about the values of the measured parameters of the dose rate level or equivalent dose using sound, voice, text, color, vibration alarms and messages.

7. Dosimeter-radiometer according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that it is configured to determine the location in space of the ionizing radiation source from the GPS / GLONASS geocoordinates, as well as the altitude at this measurement point and marks the dose rate on the screen or in the flash memory of the communicator device, equivalent dose, the name of the isotope and spatial geo-coordinates on the photograph and / or video image of the fixed radiation object made by a mobile communicator device.

8. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is made with the possibility of assessing the energy characteristics of ionizing radiation sources, as well as determining the isotopic composition of the ionizing radiation source.

9. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the sensitive element of ionizing radiation is a pin structure in which highly doped p- and n-regions are created by intrinsic, lightly doped n ^- silicon semiconductor, and containing a high-resistance n-type silicon substrate conductivity, on the working side of which p-regions are located, as well as a masking coating of SiO ₂ , aluminum metallization and a passivating layer.

10. Dosimeter-radiometer-spectrometer according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the calibrator is made in the form of an LED with the possibility of optical interaction with the detector.