RU2817317C1

RU2817317C1 - Method for continuous monitoring of human radiation exposure

Info

Publication number: RU2817317C1
Application number: RU2023122873A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Андреевич Кожевников; Алексей Эдуардович Гаврильчев
Filing date: 2023-09-01
Publication date: 2024-04-15

Abstract

FIELD: recording ionizing radiation.

SUBSTANCE: method for continuous monitoring of human radiation exposure contains stages in which the dosimetric system is integrated directly into clothing, scintillation fibre is used as detectors in an elastic casing that reflects optical radiation, several measuring channels are created from scintillation fibres, each of which is placed in different parts of clothing, results measurements of individual channels are integrated to assess the irradiation of individual organs, limiting the time of work under conditions of exposure to ionizing radiation if the permissible radiation dose limit for one of the organs is exceeded.

EFFECT: providing continuous operational differential measurement of the parameters of ionizing radiation in various areas of the human body.

1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение Field of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений, в частности к способу дозиметрического контроля с использованием сцинтилляционных оптоволоконных датчиков, и может быть использовано для оперативного измерения параметров ионизирующих излучений и для контроля дозы облучения персонала, работающего в условиях воздействия ионизирующих излучений. Техническим результатом изобретения является обеспечение непрерывного оперативного дифференциального измерения параметров ионизирующих излучений в различных областях тела человека.The invention relates to the field of recording ionizing radiation, in particular to a method of dosimetric monitoring using scintillation fiber optic sensors, and can be used for operational measurement of ionizing radiation parameters and for monitoring the radiation dose of personnel working under conditions of exposure to ionizing radiation. The technical result of the invention is to provide continuous operational differential measurement of ionizing radiation parameters in various areas of the human body.

Уровень техникиState of the art

В качестве аналога изобретения рассмотрены известные из области техники технические решения, имеющее назначение, совпадающее с назначением настоящего изобретения - измерение параметров ионизирующих излучений с использованием сцинтилляционных оптоволоконных датчиков и контроль радиоактивного облучения человека.As an analogue of the invention, technical solutions known from the field of technology are considered, having a purpose that coincides with the purpose of the present invention - measuring the parameters of ionizing radiation using scintillation fiber optic sensors and monitoring human radiation exposure.

Из области техники известна оптоволоконная дозиметрическая система, включающая в себя сенсорный элемент на основе полимерного сцинтилляционного волокна, соединенного посредством транспортного оптического волокна с фотоприемником, сигнал которого обрабатывается с помощью микроконтроллерной системы и преобразуется в величины активности источника ионизирующего излучения. При этом полимерное сцинтилляционное волокно расположено в несколько витков по окружности отверстия в корпусе сенсорного элемента, сквозь которое проходит исследуемый протяженный источник ионизирующего излучения, и зафиксировано выступами верхней и нижней крышки корпуса сенсорного элемента. Выходной торец полимерного сцинтилляционного волокна соединяется с транспортным оптическим волокном, а на свободный торец сцинтилляционного волокна нанесено зеркальное отражающее покрытие. Пространственная селекция регистрируемого ионизирующего излучения обеспечивается металлической блендой, которая является частью корпуса сенсора, располагается выше и ниже витков сцинтилляционного волокна и перекрывает поток ионизирующего излучения от областей исследуемого протяженного источника ионизирующего излучения, расположенных за пределами интересующей области [1].A fiber optic dosimetric system is known from the art, which includes a sensor element based on a polymer scintillation fiber connected via a transport optical fiber to a photodetector, the signal of which is processed using a microcontroller system and converted into activity values of a source of ionizing radiation. In this case, the polymer scintillation fiber is located in several turns around the circumference of the hole in the sensor element housing, through which the investigated extended source of ionizing radiation passes, and is fixed by the protrusions of the upper and lower covers of the sensor element housing. The output end of the polymer scintillation fiber is connected to the transport optical fiber, and a mirror reflective coating is applied to the free end of the scintillation fiber. Spatial selection of the recorded ionizing radiation is provided by a metal hood, which is part of the sensor housing, is located above and below the turns of the scintillation fiber and blocks the flow of ionizing radiation from the regions of the studied extended source of ionizing radiation located outside the region of interest [1].

Также известна оптоволоконная дозиметрическая система, включающая сенсорный элемент, содержащий сквозное цилиндрическое отверстие в корпусе сенсорного элемента для размещения протяженного источника ионизирующего излучения, расположенное в несколько витков по окружности на внутренней поверхности цилиндрического отверстия в корпусе сенсорного элемента полимерное бета-чувствительное сцинтилляционное оптическое волокно, один торец которого с помощью оптического разъема и транспортного оптического волокна соединяется с одним из входов управляемого посредством микроконтроллерной системы многоканального оптического коммутатора, выход которого соединен с входом счетчика фотонов, электрический сигнал которого обрабатывается микроконтроллерной системой и преобразуется в величины активности источника ионизирующего излучения, отличающаяся тем, что сенсорный элемент содержит спектросмещающее оптическое волокно, уложенное в виде концентрических витков, покрывающих всю поверхность объемного гамма-чувствительного тороидального пластикового сцинтиллятора, размещенного в цилиндрическом отсеке внутри корпуса сенсорного элемента с осью симметрии, совпадающей с осью симметрии сквозного цилиндрического отверстия в корпусе сенсорного элемента, при этом выходные торцы спектросмещающего оптического волокна, а также второй торец бета-чувствительного сцинтилляционного оптического волокна через оптические разъемы посредством транспортных оптических волокон соединяются с отдельными входами многоканального оптического коммутатора [2].A fiber optic dosimetric system is also known, including a sensor element containing a through cylindrical hole in the body of the sensor element to accommodate an extended source of ionizing radiation, located in several turns around the circumference on the inner surface of the cylindrical hole in the body of the sensor element; polymer beta-sensitive scintillation optical fiber, one end which, using an optical connector and a transport optical fiber, is connected to one of the inputs of a multichannel optical switch controlled by a microcontroller system, the output of which is connected to the input of a photon counter, the electrical signal of which is processed by the microcontroller system and converted into activity values of the source of ionizing radiation, characterized in that the sensor the element contains a spectrum-shifting optical fiber laid in the form of concentric turns covering the entire surface of a volumetric gamma-sensitive toroidal plastic scintillator placed in a cylindrical compartment inside the sensor element housing with an axis of symmetry coinciding with the symmetry axis of a through cylindrical hole in the sensor element housing, while the output The ends of the spectrum-shifting optical fiber, as well as the second end of the beta-sensitive scintillation optical fiber, are connected through optical connectors via transport optical fibers to the individual inputs of a multi-channel optical switch [2].

Недостатками известных систем [1], [2] является возможность измерения сигнала только от одного сенсорного элемента. Поэтому точность измерения в таких системах невысока.The disadvantages of the known systems [1], [2] is the ability to measure the signal from only one sensor element. Therefore, the measurement accuracy in such systems is low.

Кроме этого недостатком данных систем является ограниченные функциональные возможности, поскольку системы предназначены для измерения только бета-излучения на ограниченном участке круглого сечения и не позволяют проводить радиационный контроль гамма-излучения.In addition, the disadvantage of these systems is their limited functionality, since the systems are designed to measure only beta radiation in a limited circular area and do not allow radiation monitoring of gamma radiation.

Известен радиационно-прочный сцинтилляционный детектор, содержащий чувствительные сцинтилляционные элементы, световод, соединенный с фотодетектором, расположенным за пределами зоны с интенсивной радиацией, отличающийся тем, что в качестве сцинтилляционных элементов используются радиационно-прочные сцинтилляционные наночастицы, а световодом служит микрокапиллярная структура с полой сердцевиной, окруженной микрокапиллярами, образующими в поперечном сечении фотонный кристалл [3].A radiation-resistant scintillation detector is known, containing sensitive scintillation elements, a light guide connected to a photodetector located outside the zone with intense radiation, characterized in that radiation-resistant scintillation nanoparticles are used as scintillation elements, and a microcapillary structure with a hollow core serves as the light guide, surrounded by microcapillaries forming a photonic crystal in cross section [3].

Данный сцинтилляционный детектор не обладает необходимой гибкостью и не способен изменять геометрическую форму для проведения измерений в различных условиях с учетом геометрической формы обследуемого объекта. Кроме того, сложность используемых технологий, связанных с формированием наночастиц и микрокапиллярных структур волновода, не позволяет обеспечить постоянство метрологических характеристик известного детектора.This scintillation detector does not have the necessary flexibility and is not able to change its geometric shape to carry out measurements under different conditions, taking into account the geometric shape of the object being examined. In addition, the complexity of the technologies used related to the formation of nanoparticles and microcapillary waveguide structures does not allow ensuring the constancy of the metrological characteristics of the known detector.

Известен сенсорный элемент оптоволоконной дозиметрической системы, содержащий светонепроницаемый корпус, сцинтилляционный материал, спектросмещающее оптическое волокно и оптический разъем для соединения с измерительной системой, отличающийся тем, что корпус сенсорного элемента выполнен из гибкого материала, способного сохранять форму после деформаций, в виде заполненного жидким сцинтилляционным материалом тонкого полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта отражающим оптическое излучение слоем, один торец которого герметично закрыт заглушкой, а второй торец имеет отверстие для крепления герметичного оптического разъема, к которому присоединено спектросмещающее оптическое волокно, помещенное внутрь корпуса сенсорного элемента.A known sensor element of a fiber optic dosimetric system contains a light-proof housing, scintillation material, a spectrum-shifting optical fiber and an optical connector for connection to the measuring system, characterized in that the body of the sensor element is made of a flexible material capable of maintaining its shape after deformation, in the form of a liquid scintillation material filled a thin hollow cylinder, the inner surface of which is covered with a layer reflecting optical radiation, one end of which is hermetically sealed with a plug, and the second end has a hole for attaching a sealed optical connector, to which a spectrum-shifting optical fiber is attached, placed inside the body of the sensor element.

Недостатком данной полезной модели является малая площадь чувствительной поверхности при проведении измерений уровня радиоактивного излучения от объемных радиационных источников. Кроме того, сенсорный элемент имеет один канал съема измерительной информации, что снижает точность измерений [4].The disadvantage of this useful model is the small area of the sensitive surface when measuring the level of radioactive radiation from bulk radiation sources. In addition, the sensor element has one channel for collecting measurement information, which reduces the accuracy of measurements [4].

Известен сенсорный элемент оптоволоконной дозиметрической системы, содержащий светонепроницаемый корпус, жидкий сцинтилляционный материал, спектросмещающие оптические волокна и оптические разъемы для соединения с измерительной системой, в котором светонепроницаемый корпус сенсорного элемента состоит из основания для размещения цилиндрического источника ионизирующего излучения и крышки, выполненной в виде герметично закрытого полого цилиндрического контейнера в форме перевернутого стакана, пространство между стенками которого заполнено жидким сцинтилляционным материалом, окружающим цилиндрический сетчатый каркас с равномерно размещенными на нем спектросмещающими волокнами в виде нескольких находящихся друг над другом катушек из 5-10 витков с шагом между витками, превышающим диаметр спектросмещающего волокна, концы которых подключены к оптическим разъемам, расположенным на верхней поверхности цилиндрического контейнера, при этом внутренние поверхности стенок контейнера выполнены зеркальными [5].A known sensor element of a fiber optic dosimetric system contains a light-proof housing, liquid scintillation material, wavelength-shifting optical fibers and optical connectors for connection with a measuring system, in which the light-proof body of the sensor element consists of a base for housing a cylindrical source of ionizing radiation and a lid designed as a hermetically sealed a hollow cylindrical container in the shape of an inverted glass, the space between the walls of which is filled with liquid scintillation material surrounding a cylindrical mesh frame with wavelength-shifting fibers evenly placed on it in the form of several coils of 5-10 turns located above each other with a pitch between turns exceeding the diameter of the wavelength-shifting fiber , the ends of which are connected to optical connectors located on the upper surface of the cylindrical container, while the internal surfaces of the container walls are made mirrored [5].

Указанный сенсорный элемент предназначен для измерения излучения от цилиндрического источника ионизирующего излучения, который может быть размещен в полости, сформированной внутренними стенками полого цилиндрического корпуса сенсорного элемента, что существенно ограничивает функциональные возможности известного устройства. Данная особенность также не позволяет измерять внешнее ионизирующее излучение, воздействующее на обследуемый объект.The specified sensor element is designed to measure radiation from a cylindrical source of ionizing radiation, which can be placed in a cavity formed by the inner walls of the hollow cylindrical body of the sensor element, which significantly limits the functionality of the known device. This feature also does not allow measuring external ionizing radiation affecting the object being examined.

Известны волоконно-оптические радиационные датчики на основе сцинтилляционных волокон, включающие чувствительный элемент в виде одного или нескольких сцинтилляционных волокон, соединенных с транспортным оптическим волокном, подключенным к фотоприемному устройству. При взаимодействии с ионизирующим излучением присутствующие в сцинтилляционных волокнах легирующие примеси испускают видимый свет, попадающий на фотоприемное устройство. Дополнительные усилители, предусмотренные в системе обработки сигнала фотоприемного устройства, проводят усиление и передачу сигнала к устройству в цепи сигнализации, показывающему наличие ионизирующего излучения [6].Fiber-optic radiation sensors based on scintillation fibers are known, including a sensitive element in the form of one or more scintillation fibers connected to a transport optical fiber connected to a photodetector. When interacting with ionizing radiation, the dopants present in the scintillation fibers emit visible light that hits the photodetector. Additional amplifiers provided in the signal processing system of the photoreceiving device amplify and transmit the signal to a device in the signaling circuit that indicates the presence of ionizing radiation [6].

Для создания нескольких каналов измерения в предлагаемом волоконно-оптическом радиационном датчике использовано несколько независимых фотоприемников со своими системами обработки сигналов, что существенно усложняет конструкцию и повышает ее стоимость.To create several measurement channels in the proposed fiber-optic radiation sensor, several independent photodetectors with their own signal processing systems are used, which significantly complicates the design and increases its cost.

Известное устройство предназначено для мониторинга подземных объектов, где хранятся ядерные отходы или ядерные материалы с различным уровнем радиоактивного загрязнения и не может быть использовано для дозиметрического контроля человека, поскольку датчики не обеспечивают измерение параметров ионизирующих излучений и выполняют лишь функцию индикации его наличия.The known device is intended for monitoring underground facilities where nuclear waste or nuclear materials with varying levels of radioactive contamination are stored and cannot be used for human radiation monitoring, since the sensors do not measure the parameters of ionizing radiation and only perform the function of indicating its presence.

Известен радиационно-дозиметрический прибор на основе сцинтилляционных оптических волокон. В таком приборе для измерения уровней доз ионизирующих излучений использован массив сцинтилляционных оптических волокон. В сцинтилляционных волокнах за счет взаимодействия с излучениями различных типов создается оптическое излучение, которое передается посредством нескольких транспортных оптических волокон в один фотодетектор для преобразования в электрический сигнал. В предлагаемом радиационно-дозиметрическом приборе оптические сигналы от всех сцинтилляционных волокон одновременно измеряются фото детектором, который представляет собой ПЗС-матрицу (прибор с зарядовой связью) [7].A known radiation dosimetric device based on scintillation optical fibers. Such a device uses an array of scintillation optical fibers to measure ionizing radiation dose levels. In scintillation fibers, due to interaction with radiation of various types, optical radiation is created, which is transmitted through several transport optical fibers to one photodetector for conversion into an electrical signal. In the proposed radiation dosimetric device, optical signals from all scintillation fibers are simultaneously measured by a photo detector, which is a CCD matrix (charge-coupled device) [7].

Недостаток прибора заключается в отсутствии возможности раздельного измерения сигналов от каждого сцинтилляционного волокна.The disadvantage of the device is the inability to separately measure signals from each scintillation fiber.

Известен дозиметр для осуществления радиационного контроля во время проведения медицинских рентгенодиагностических исследований, содержащий сенсорный элемент в светонепроницаемом корпусе, состоящий из пластикового основания, зафиксированного на нем двуслойного сцинтиллятора, представляющего собой слой сцинтилляционного вещества на базе оксосульфида иттрия, активированного европием, нанесенный на подложку из пластика или акрила, и предназначенного для генерации оптического сигнала под воздействием радиационного излучения, который затем вводится в сформированный специальным образом торец транспортного волокна, закрепленный на поверхности сцинтиллятора, и передается по транспортному волокну на вход фотоприемника [8].A dosimeter is known for radiation monitoring during medical X-ray diagnostic studies, containing a sensor element in a light-proof housing, consisting of a plastic base, a two-layer scintillator fixed on it, which is a layer of scintillation substance based on yttrium oxosulfide, activated by europium, deposited on a substrate made of plastic or acrylic, and designed to generate an optical signal under the influence of radiation, which is then introduced into a specially formed end of the transport fiber, fixed to the surface of the scintillator, and transmitted along the transport fiber to the input of the photodetector [8].

К недостаткам известного дозиметра относится его точечный характер и неэластичность конструкции сенсорного элемента, в связи с чем известный дозиметр не применим для контроля параметров объектов сложной геометрической формы, проведения измерений на поверхностях произвольной геометрической конфигурации.The disadvantages of the known dosimeter include its point nature and the inelasticity of the design of the sensor element, and therefore the known dosimeter is not applicable for monitoring the parameters of objects of complex geometric shape, or for taking measurements on surfaces of arbitrary geometric configuration.

Также известна многоканальная дозиметрическая система для измерения во времени активности источников ионизирующего излучения при проведении экстракционно-хроматографических процессов, включающая в себя сенсорный элемент на основе полимерного сцинтилляционного волокна, соединенного посредством транспортного оптического волокна с фотоприемником, сигнал которого обрабатывается с помощью микроконтроллерной системы и преобразуется в величины активности источника ионизирующего излучения, При этом в систему дополнительно введены несколько сенсорных элементов на основе полимерных сцинтилляционных волокон, каждый из которых посредством транспортного оптического волокна соединен с отдельным входом дополнительного многоканального оптического коммутатора, управляемого с помощью микроконтроллерной системы, выход которого соединен с входом фотоприемника [9].Also known is a multichannel dosimetric system for measuring the activity of ionizing radiation sources over time during extraction-chromatographic processes, which includes a sensor element based on a polymer scintillation fiber connected via a transport optical fiber to a photodetector, the signal of which is processed using a microcontroller system and converted into values activity of a source of ionizing radiation. Moreover, several sensor elements based on polymer scintillation fibers are additionally introduced into the system, each of which is connected via a transport optical fiber to a separate input of an additional multichannel optical switch controlled by a microcontroller system, the output of which is connected to the input of the photodetector [9 ].

Общий недостаток всех известных технических решений [1] -[9] заключается в том, что рассмотренные средства не предназначены и не имеют возможности для дифференциального измерения параметров ионизирующих излучений в различных областях тела человека при обеспечении высокой технологичности их эксплуатации.A common drawback of all known technical solutions [1] - [9] is that the considered means are not intended and do not have the ability to differentially measure the parameters of ionizing radiation in various areas of the human body while ensuring high technological effectiveness of their operation.

Известен способ определения индивидуальных доз облучения, основанный на применении счетчиков излучения человека. Способ заключается в размещении человека внутри защитной камеры, измерении гамма-излучения высокоэффективными детекторами, расположенными вплотную к телу человека, и определении энергетического спектра гамма-излучения с помощью многоканального амплитудного анализатора импульсов с последующей идентификацией радионуклидов. Защитные камеры представляют собой помещения, смонтированные из радиационно-чистого стального или чугунного литья с толщиной стен 15-20 см для снижения интенсивности фонового излучения. В качестве детектора наиболее часто используется сцинтилляционный детектор NaI(Tl), обладающий высокой эффективностью регистрации гамма-излучения. В высококачественных прецизионных установках может использоваться и полупроводниковый детектор, имеющий по сравнению со сцинтилляционным детектором высокое энергетическое разрешение.There is a known method for determining individual radiation doses, based on the use of human radiation counters. The method consists of placing a person inside a protective chamber, measuring gamma radiation with highly efficient detectors located close to the human body, and determining the energy spectrum of gamma radiation using a multichannel pulse amplitude analyzer, followed by identification of radionuclides. Protective chambers are rooms made of radiation-free steel or cast iron with walls 15-20 cm thick to reduce the intensity of background radiation. The most commonly used detector is the NaI(Tl) scintillation detector, which has a high efficiency in gamma radiation detection. In high-quality precision installations, a semiconductor detector can be used, which has a high energy resolution compared to a scintillation detector.

Недостатком известного способа является трудоемкость осуществления, поскольку дозиметрический контроль с использованием счетчиков излучений человека необходимо проводить в местах с минимальным уровнем фонового гамма-излучения, при измерениях необходимо обеспечить строго определенное положение тела человека относительно детекторов. Указанные требования возможно обеспечить лишь в стационарных условиях. Кроме этого трудоемкость связана с большими размерами используемого оборудования.The disadvantage of this known method is that it is labor intensive, since dosimetric monitoring using human radiation counters must be carried out in places with a minimum level of background gamma radiation; during measurements, it is necessary to ensure a strictly defined position of the human body relative to the detectors. These requirements can only be met in stationary conditions. In addition, labor intensity is associated with the large size of the equipment used.

Результаты измерений с использованием счетчиков излучений человека имеют погрешность, связанную с нестабильностью величины коэффициента экранирования гамма-излучения частями тела человека.The results of measurements using human radiation counters have an error associated with the instability of the gamma radiation shielding coefficient by parts of the human body.

Также недостатком известного способа является невозможность его осуществления во время проведения радиационно опасных работ, отсутствие возможности непрерывного проведения измерений и низкая оперативность.Also, a disadvantage of the known method is the impossibility of its implementation during radiation-hazardous work, the lack of the possibility of continuous measurements and low efficiency.

Указанный аналог выбран в качестве прототипа, так как обладает наибольшим сходством с предлагаемым техническим решением, поскольку ему присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков настоящего изобретения.The specified analogue was chosen as a prototype, since it has the greatest similarity with the proposed technical solution, since it has a set of features that is closest to the set of essential features of the present invention.

Техническая проблема состоит в необходимости обеспечения непрерывного оперативного дифференциального измерения параметров ионизирующих излучений в различных областях тела человека.The technical problem is the need to ensure continuous operational differential measurement of ionizing radiation parameters in various areas of the human body.

Техническая проблема решена разработкой способа контроля радиоактивного облучения с использованием интегрированной в одежду сцинтилляционной оптоволоконной многоканальной дозиметрической системы, содержащей измерительные каналы, размещенные в различных областях тела человека.The technical problem was solved by developing a method for monitoring radioactive exposure using a scintillation fiber optic multichannel dosimetric system integrated into clothing, containing measuring channels located in various areas of the human body.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Сущность изобретения заключается в том, что способ непрерывного контроля радиоактивного облучения человека включает измерение параметров ионизирующих излучений дозиметрической системой с детекторами, расположенными на поверхности тела человека, при этом дозиметрическую систему интегрируют непосредственно в одежду, в качестве детекторов используют сцинтилляционное волокно в эластичном корпусе, отражающем оптическое излучение, из сцинтилляционных волокон создают несколько измерительных каналов, каждый из которых размещают в различных частях одежды, результаты измерений отдельных каналов интегрируют для оценки облучения отдельных органов, ограничивают время работы в условиях воздействия ионизирующих излучений в случае превышения допустимого предела дозы облучения для одного из органов.The essence of the invention is that the method for continuous monitoring of human radiation exposure includes measuring the parameters of ionizing radiation with a dosimetric system with detectors located on the surface of the human body, while the dosimetric system is integrated directly into clothing; scintillation fiber is used as detectors in an elastic casing that reflects optical radiation, several measuring channels are created from scintillation fibers, each of which is placed in different parts of clothing, the measurement results of individual channels are integrated to assess the exposure of individual organs, the time of work under conditions of exposure to ionizing radiation is limited in case the permissible radiation dose limit for one of the organs is exceeded.

Таким образом, совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения технического результата - обеспечение непрерывного оперативного дифференциального измерения параметров ионизирующих излучений в различных областях тела человека.Thus, the set of essential features is necessary and sufficient to achieve the technical result - ensuring continuous operational differential measurement of the parameters of ionizing radiation in various areas of the human body.

Краткое описание графических материалов Brief description of graphic materials

Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображены варианты осуществления изобретения.The essence of the invention is illustrated by the figures, which depict embodiments of the invention.

На фигуре 1 изображен вариант размещения фотоприемного устройства, преобразователя электрических импульсов и устройства передачи результатов измерений в корпусе одежной пуговицы при осуществлении контроля радиоактивного облучения человека.Figure 1 shows an option for placing a photoreceiving device, an electrical pulse converter and a device for transmitting measurement results in the body of a clothing button when monitoring human radiation exposure.

На фигуре 2 изображен вариант размещения интегрированных в одежду измерительных каналов при осуществлении контроля радиоактивного облучения человека.Figure 2 shows an option for placing measuring channels integrated into clothing when monitoring human radiation exposure.

На фигурах использованы следующие обозначения:The following notations are used in the figures:

1 - сцинтилляционное волокно;1 - scintillation fiber;

2 - слой, отражающий оптическое излучение;2 - layer that reflects optical radiation;

3 - светонепроницаемый эластичный корпус;3 - light-proof elastic body;

4 - фотоприемное устройство;4 - photodetector;

5 - многоканальный преобразователь электрических импульсов в дозиметрические величины ионизирующих излучений;5 - multi-channel converter of electrical pulses into dosimetric values of ionizing radiation;

6 - устройство передачи результатов измерений;6 - device for transmitting measurement results;

7 - корпус одежной пуговицы;7 - body of a clothing button;

8 - измерительные каналы, чувствительные к гамма-излучению;8 - measuring channels sensitive to gamma radiation;

9 - измерительные каналы, чувствительные к нейтронному излучению;9 - measuring channels sensitive to neutron radiation;

10 - область головы;10 - head area;

11 - область шеи;11 - neck area;

12 - область груди;12 - chest area;

13 - область правой руки;13 - area of the right hand;

14 - брюшная область;14 - abdominal region;

15 - область левой руки;15 - area of the left hand;

16 - область правой ноги;16 - area of the right leg;

17 - область левой ноги;17 - left leg area;

18 - ремень с размещенными на нем фотоприемными устройствами, многоканальным преобразователем электрических импульсов в дозиметрические величины ионизирующих излучений и устройством передачи результатов измерений.18 - a belt with photoreceiving devices placed on it, a multi-channel converter of electrical impulses into dosimetric quantities of ionizing radiation and a device for transmitting measurement results.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Способ непрерывного контроля радиоактивного облучения человека заключается в измерении параметров ионизирующих излучений дозиметрической системой с детекторами, расположенными на поверхности тела человека, отличается тем, что дозиметрическую систему интегрируют непосредственно в одежду, в качестве детекторов используют сцинтилляционное волокно в эластичном корпусе, отражающем оптическое излучение, из сцинтилляционных волокон создают несколько измерительных каналов, каждый из которых размещают в различных частях одежды, результаты измерений отдельных каналов интегрируют для оценки облучения отдельных органов, ограничивают время работы в условиях воздействия ионизирующих излучений в случае превышения допустимого предела дозы облучения для одного из органов.A method for continuous monitoring of human radiation exposure consists in measuring the parameters of ionizing radiation with a dosimetric system with detectors located on the surface of the human body, characterized in that the dosimetric system is integrated directly into clothing; scintillation fiber is used as detectors in an elastic casing that reflects optical radiation from scintillation fibers create several measuring channels, each of which is placed in different parts of clothing; the measurement results of individual channels are integrated to assess the irradiation of individual organs, and limit the time of work under conditions of exposure to ionizing radiation in case the permissible radiation dose limit for one of the organs is exceeded.

Способ контроля радиоактивного облучения человека осуществляют следующим образом.The method for monitoring human radiation exposure is carried out as follows.

В одежде размещают многоканальный преобразователь электрических импульсов, устройство передачи результатов измерений и измерительные каналы. Каждый измерительный канал включает сцинтилляционное волокно в светонепроницаемом эластичном корпусе и фотоприемное устройство.A multi-channel electrical pulse converter, a device for transmitting measurement results and measuring channels are placed in the clothing. Each measuring channel includes a scintillation fiber in a light-proof elastic casing and a photodetector.

При поглощении ионизирующего излучения сцинтилляционное волокно излучает свет, который передается по сцинтилляционному волокну, отражаясь от слоя, покрывающего внутреннюю поверхность светонепроницаемого эластичного корпуса волокна.When absorbing ionizing radiation, the scintillation fiber emits light, which is transmitted along the scintillation fiber, reflecting from a layer covering the inner surface of the light-proof elastic body of the fiber.

Достигнув торца сцинтилляционного волокна, свет собирается на фотоприемном устройстве и преобразуется в импульс тока, который регистрируется многоканальным преобразователем электрических импульсов в дозиметрические величины ионизирующих излучений.Having reached the end of the scintillation fiber, the light is collected on a photodetector and converted into a current pulse, which is recorded by a multichannel converter of electrical pulses into dosimetric quantities of ionizing radiation.

Излучаемое количество фотонов света для каждого типа излучения приближенно пропорционально поглощенной энергии, что позволяет измерять энергетические параметры излучения.The emitted number of photons of light for each type of radiation is approximately proportional to the absorbed energy, which makes it possible to measure the energy parameters of the radiation.

Каждый измерительный канал размещен в конкретной части одежды, что позволяет дифференциально измерять параметры ионизирующих излучений в различных областях тела человека, например, в областях головы, шеи, груди, ног, рук, кистей, стоп, брюшной полости и др.Each measuring channel is located in a specific part of the clothing, which makes it possible to differentially measure the parameters of ionizing radiation in various areas of the human body, for example, in the areas of the head, neck, chest, legs, arms, hands, feet, abdominal cavity, etc.

Кроме этого, измерительные каналы могут отличаться составом сцинтиллирующего вещества, обладающего избирательной чувствительностью к разным видам ионизирующих излучений, что позволяет дифференциально измерять параметры разных видов ионизирующих излучений, например, гамма-излучения, излучения тепловых нейтронов, излучения быстрых нейтронов и др.In addition, the measuring channels can differ in the composition of the scintillating substance, which has selective sensitivity to different types of ionizing radiation, which makes it possible to differentially measure the parameters of different types of ionizing radiation, for example, gamma radiation, thermal neutron radiation, fast neutron radiation, etc.

Совмещение сцинтилляционных волокон с материалом одежды, а также размещение в корпусе одежной фурнитуры фотоприемных устройств, многоканального преобразователя электрических импульсов и устройства передачи результатов измерений может обеспечить высокую технологичность реализации настоящего изобретения.Combining scintillation fibers with clothing material, as well as placing photodetector devices, a multi-channel electrical pulse converter and a device for transmitting measurement results in the body of clothing accessories can provide high manufacturability for the implementation of the present invention.

При реализации изобретения материал корпуса сцинтилляционных волокон может выполнять не только функцию защиты сцинтилляционных волокон, но и функции текстильного материала. В результате этого материал одежды может быть полностью замещен сцинтилляционными волокнами, что существенно повысит чувствительность дозиметрической системы к ионизирующим излучениям. Указанное преимущество позволяет осуществлять способ контроля радиоактивного облучения человека с использованием дозиметрических систем любой конфигурации и размеров в форме текстильных изделий.When implementing the invention, the scintillation fiber body material can perform not only the function of protecting the scintillation fibers, but also the function of a textile material. As a result, the clothing material can be completely replaced by scintillation fibers, which will significantly increase the sensitivity of the dosimetric system to ionizing radiation. This advantage makes it possible to implement a method for monitoring human radiation exposure using dosimetric systems of any configuration and size in the form of textile products.

Список литературыBibliography

1. Пат. 138047 Российская Федерация, МПК G01T 1/20 (2006.01). Оптоволоконная дозиметрическая система [Текст] / Новиков С.Г., Черторийский А.А., Беринцев А.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУВО «Ульяновский государственный университет». - №2013147952; заявл. 28.10.13; опубл. 27.02.14, Бюл. №6. - 13 с.: ил.1. Pat. 138047 Russian Federation, IPC G01T 1/20 (2006.01). Fiber optic dosimetric system [Text] / Novikov S.G., Chertoriisky A.A., Berintsev A.V. [and etc.]; applicant and patent holder of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ulyanovsk State University". - No. 2013147952; application 28.10.13; publ. 02/27/14, Bulletin. No. 6. - 13 p.: ill.

2. Пат. 167517 Российская Федерация, МПК G02B 6/00(2006.01). Оптоволоконная бета- и гамма-дозиметрическая система [Текст] / Новиков С.Г., Черторийский А.А., Беринцев А.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУВО «Ульяновский государственный университет». - №2016117748; заявл. 04.05.16; опубл. 10.01.17, Бюл. №1. - 10 с.: ил.2. Pat. 167517 Russian Federation, IPC G02B 6/00(2006.01). Fiber optic beta and gamma dosimetric system [Text] / Novikov S.G., Chertoriisky A.A., Berintsev A.V. [and etc.]; applicant and patent holder of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ulyanovsk State University". - No. 2016117748; application 05/04/16; publ. 01/10/17, Bulletin. No. 1. - 10 p.: ill.

3. Пат. 85680 Российская Федерация, МПК G01T 1/24 (2006.01). Радиационно-прочный сцинтилляционный детектор [Текст] / Белоглазов В.И., Кедров В.В., Классен Н.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель ИФТТ РАН. - №2008151843; заявл. 29.12.08; опубл. 10.08.09, Бюл. №22. - 10 с: ил.3. Pat. 85680 Russian Federation, IPC G01T 1/24 (2006.01). Radiation-durable scintillation detector [Text] / Beloglazov V.I., Kedrov V.V., Klassen N.V. [and etc.]; applicant and patent holder of the ISSP RAS. - No. 2008151843; application 12/29/08; publ. 08/10/09, Bulletin. No. 22. - 10 s: ill.

4. Пат. 174124 Российская Федерация, МПК G01T 1/20 (2006.01). Сенсорный элемент оптоволоконной дозиметрической системы [Текст] / Новиков С.Г., Алексеев А.С, Беринцев А.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУВО «Ульяновский государственный университет». - №2017115074; заявл. 27.04.17; опубл. 03.10.17, Бюл. №28. - 7 с: ил.4. Pat. 174124 Russian Federation, IPC G01T 1/20 (2006.01). Sensor element of a fiber optic dosimetric system [Text] / Novikov S.G., Alekseev A.S., Berintsev A.V.; applicant and patent holder of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ulyanovsk State University". - No. 2017115074; application 04/27/17; publ. 03.10.17, Bulletin. No. 28. - 7 s: ill.

5. Пат. 193439 Российская Федерация, МПК G01T 1/20 (2006.01). Сенсорный элемент оптоволоконной дозиметрической системы [Текст] / Новиков С.Г., Алексеев А.С, Беринцев А.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУВО «Ульяновский государственный университет». - №2017145195; заявл. 21.12.17; опубл. 29.10.19, Бюл. №31. - 7 с.: ил.5. Pat. 193439 Russian Federation, IPC G01T 1/20 (2006.01). Sensor element of a fiber optic dosimetric system [Text] / Novikov S.G., Alekseev A.S., Berintsev A.V.; applicant and patent holder of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ulyanovsk State University". - No. 2017145195; application 12/21/17; publ. 10/29/19, Bulletin. No. 31. - 7 p.: ill.

6. Pat. 5313065 USA, Int. CI. G01T 1/20; G0T 1/203. Fiber optic radiation monitor [text] / Stuart E. Reed; Assignee: The Babcock & Wilcox Company, New Orleans, La. - Appl. No.: US 07/938 722; Filed: 01.09.92; Date of Patent: 17.05.94. - 7 s.6. Pat. 5313065 USA, Int. CI. G01T 1/20; G0T 1/203. Fiber optic radiation monitor [text] / Stuart E. Reed; Assignee: The Babcock & Wilcox Company, New Orleans, La. -Appl. No.: US 07/938 722; Filed: 09/01/92; Date of Patent: 05/17/94. - 7 s.

7. Pat. 8183534 USA, Int. CI. G02B 6/4298. Scintillating fiber dosimeterarray [text] / Frederic Lacroix, Luc Beaulieu, Sam Beddar, Mathieu Guillot, Luc Gingras, Quebec Fontbonne, Louis Archambault. - Appl. No.: 60/989,637; Filed: 21.11.07; Date of Patent: 22.05.12. - 18 s.7. Pat. 8183534 USA, Int. CI. G02B 6/4298. Scintillating fiber dosimeterarray [text] / Frederic Lacroix, Luc Beaulieu, Sam Beddar, Mathieu Guillot, Luc Gingras, Quebec Fontbonne, Louis Archambault. -Appl. No.: 60/989.637; Filed: 11/21/07; Date of Patent: 05.22.12. - 18 s.

8. Pat. Appl. 2016/0015338 USA, Int. CI. A61B 6/00, G01T/T10, G01T 1/02(2006.01). Dosimeter [text] / Koichi Chida, Masayuki Nakamura, Koetsu Sato, Tsutomu Iyoki, Eiichi Uchijima; Assignee: TORECK CO.,LTD., Yokohama-shi, Kanagawa (JP); NATIONAL UNIVERSITY С ORPORATION, TOHOKU UNIVERSITY, Sendai-shi, Miyagi (JP). - Appl. No.: 14/771,725; Filed: 21.01.16. - 15 s.8. Pat. Appl. 2016/0015338 USA, Int. CI. A61B 6/00, G01T/T10, G01T 1/02(2006.01). Dosimeter [text] / Koichi Chida, Masayuki Nakamura, Koetsu Sato, Tsutomu Iyoki, Eiichi Uchijima; Assignee: TORECK CO.,LTD., Yokohama-shi, Kanagawa (JP); NATIONAL UNIVERSITY WITH ORPORATION, TOHOKU UNIVERSITY, Sendai-shi, Miyagi (JP). -Appl. No.: 14/771,725; Filed: 01/21/16. - 15 s.

9. Пат. 154082 Российская Федерация, МПК G01T 1/20(2006.01). Многоканальная оптоволоконная дозиметрическая система [Текст] / Новиков С.Г., Черторийский А.А., Беринцев А.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель ФГБОУВО «Ульяновский государственный университет». - №2015111164; заявл. 27.03.15; опубл. 10.08.15, Бюл. №22. - 6 с.: ил.9. Pat. 154082 Russian Federation, IPC G01T 1/20 (2006.01). Multichannel fiber optic dosimetric system [Text] / Novikov S.G., Chertoriisky A.A., Berintsev A.V. [and etc.]; applicant and patent holder of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ulyanovsk State University". - No. 2015111164; application 03/27/15; publ. 08/10/15, Bulletin. No. 22. - 6 p.: ill.

10. MP 2.6.1.0006-10. Проведение комплексного экспедиционного радиационно-гигиенического обследования населенного пункта для оценки доз облучения населения. Методические рекомендации. - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011. - 40 с.10. MP 2.6.1.0006-10. Conducting a comprehensive expeditionary radiation-hygienic survey of a populated area to assess radiation doses to the population. Guidelines. - M.: Federal Center for Hygiene and Epidemiology of Rospotrebnadzor, 2011. - 40 p.

Claims

A method for continuous monitoring of human radiation exposure, which consists in measuring the parameters of ionizing radiation with a dosimetric system with detectors located on the surface of the human body, characterized in that the dosimetric system, including measuring channels, a multi-channel electrical pulse converter and a device for transmitting measurement results, is integrated directly into clothing, including the possibility of completely replacing the textile material of clothing and clothing accessories with a detector system; Scintillation fibers are used as measuring channels in a light-proof elastic casing that reflects optical radiation, and a photodetector combined with each fiber collects light from the end of the scintillation fiber and converts it into a current pulse, which is recorded by a multichannel converter of electrical pulses into dosimetric values of ionizing radiation and transmitted device for transmitting measurement results; from scintillation fibers with combined photodetectors, several groups of measuring channels are created, each of which is placed in different parts of clothing, while each group of measuring channels of each part of clothing includes several channels based on scintillation fibers of various compositions of scintillating substances, which have selective sensitivity to different types of ionizing agents radiation; carry out differential measurement of parameters of different types of ionizing radiation in the area of each part of the body; the measurement results of individual channels are integrated over time to assess the degree of irradiation of individual organs; limit the time of work under conditions of exposure to ionizing radiation if the permissible limit of radiation dose for one of the organs is exceeded by one of the types of ionizing radiation.