WO2017216639A1 - Device for determining radionuclide content in air - Google Patents

Device for determining radionuclide content in air Download PDF

Info

Publication number
WO2017216639A1
WO2017216639A1 PCT/IB2017/000934 IB2017000934W WO2017216639A1 WO 2017216639 A1 WO2017216639 A1 WO 2017216639A1 IB 2017000934 W IB2017000934 W IB 2017000934W WO 2017216639 A1 WO2017216639 A1 WO 2017216639A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
electrostatic electrode
particles
radionuclides
electrode
Prior art date
Application number
PCT/IB2017/000934
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Игорь МИСЮЧЕНКО
Original Assignee
Игорь МИСЮЧЕНКО
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь МИСЮЧЕНКО filed Critical Игорь МИСЮЧЕНКО
Publication of WO2017216639A1 publication Critical patent/WO2017216639A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/167Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination

Definitions

  • the present invention relates to devices for determining
  • radionuclides i.e. radioactive isotopes, i.e. nuclides whose nuclei are unstable and undergo radioactive decay in the air near devices, in particular, daughter decay products (DPR) of radon and radon itself, as well as in some variants of determining a number of parameters of the content of radionuclides in ambient air, for example, their decay frequency, concentration and / or bulk activity.
  • DPR daughter decay products
  • a device for determining the airborne content of a radionuclide such as radon is known from the patent RU2008694 by detecting alpha particles emitted by daughter radon decay products, which are also radionuclides.
  • the device comprises an air chamber in which an alpha particle detector is located. Air is supplied to the chamber through an aerosol filter.
  • the chamber is made in the form of folding telescopic rings, thanks to which it can be folded and expanded, thereby ensuring air supply into the chamber (i.e., the chamber also acts as a pump).
  • the camera should have a sufficiently large size.
  • the minimum characteristic linear size of the camera such as height or diameter, must be more than 30 mm to ensure the minimum operability of the device, and in order to realize the potential sensitivity, the camera must have a size of 80 to 120 mm or more.
  • One of its main drawbacks that prevent its widespread use as a household appliance is the large size of the described device, which is necessary to ensure sufficient sensitivity. As a result of this, they occupy a large amount of space in a room and may not always be placed in it due to restrictions on the space available for equipment placement, or due to a conflict with interior conditions or design requirements.
  • Another important disadvantage of the device of the prior art is the need to ensure the flow of air from the surrounding space into the air chamber. In this device, this can be done due to the fact that the camera, made in the form of folding telescopic rings, can be folded, thereby reducing its volume and pushing the air from the inside out, and expand, so that its volume increases and air is supplied from the outside to the inside. In other devices of the prior art, this can be achieved using ventilation systems or pumps, which also increase the mass and size of the devices and / or create restrictions on the possible installation locations of such devices.
  • the objective of the present invention is to increase the sensitivity (efficiency) and / or reduce the size of devices designed to determine (record, detect) the content of radionuclides in the air and, in some embodiments, determine (evaluate) a number of parameters, for example, decay frequency, concentration and / or volumetric activity of radon / thoron in ambient air. Important factors that are considered when solving this problem are the cost, weight and reliability of the device.
  • the object of the present invention is achieved by a device for detecting radionuclides in ambient air, including: at least one electrostatic electrode mounted to allow radionuclides to enter from air near the device (i.e., open to ambient air); at least one sensor mounted to allow detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides on the electrostatic electrode and / or near the electrostatic electrode (i.e.
  • a processing unit configured to receive and process the sensor signal; at least two connecting electrodes made with the possibility of electrical connection with the electric network; and a power unit configured to receiving electrical voltage from the connecting electrodes and supplying at least one of the electrostatic electrodes of electric voltage with a constant component relative to one or more connecting electrodes, the absolute value of which is greater than the absolute value of the DC component (including for DC networks) and / or a variable component (for example, its rms value, including for alternating voltage networks) the voltage between the connecting electrodes.
  • the constant component of the electrical voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes in absolute value has a value of not less than 3 CB and not more than 3 CB (possibly not more than 2500V) or not less than 500V (maybe not less than 600V) and not more than 2000V, preferably not less than 1000V and not more than 1500V.
  • the sensor is preferably made in the form of at least one ionization chamber.
  • the at least one electrostatic electrode is one of the electrodes of at least one open air ionization chamber.
  • the device may include a communication module configured to transmit a sensor signal and / or results (particle transit events, time intervals between events, the number of events in a given time interval, activity level, etc.) of processing the sensor signal in the processing unit.
  • the device may include a communication module configured to receive and / or transmit control signals.
  • the communication module may include a radiating infrared diode and be configured to transmit control signals by means of a radiating infrared diode.
  • this technical result is achieved as increasing the sensitivity (efficiency) of the device while maintaining or reducing its dimensions.
  • this technical result can be represented as a decrease in the dimensions of the device while maintaining or increasing its sensitivity (efficiency) in determining (recording, detecting) the content of radionuclides in ambient air, including by detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides (for example, radon or direct radon), collected on an electrostatic electrode, and, in in some embodiments, determining a number of parameters, for example, decay frequency, concentration and / or volumetric activity of radionuclides (e.g. radon) in ambient air.
  • radionuclides for example, radon or direct radon
  • the technical result of the present invention is achieved due to the fact that the device in accordance with the present invention more efficiently, in comparison with the prior art, provides the deposition of radionuclides, such as radon, DPR radon and others, on the elements of the device, which leads to more detectable (recorded ) alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides per unit time due to the greater number of radionuclides deposited on the elements of the device.
  • radionuclides such as radon, DPR radon and others
  • radionuclides continuous determination of the content of radionuclides in the ambient air and determination of their characteristics is ensured, since the radionuclides continue to be deposited on the elements of the device while already settled radionuclides emit alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation detected by this device .
  • a more effective deposition of radionuclides (including such as radon and radon DPR) on the elements of the device is achieved due to the fact that the electric potential of the electrostatic electrode has a constant component relative to the environment, in particular, the electrical network. Due to this potential, the electric field created by the electrostatic electrode weakens more slowly depending on the distance and, therefore, has a voltage sufficient to ensure the deposition of radionuclides on the elements of the device in accordance with the present invention, from a larger volume of ambient air compared with the prior art.
  • Another technical result of the present invention is that to determine the characteristics of the content of radionuclides (including radon and its DPR) in the ambient air, such as decay frequency, concentration, volumetric activity, does not require elements that provide air flow, such as pumps , fans, etc., which leads to a decrease in the size, mass and cost of the device, as well as an increase in its reliability, since it is not necessary to introduce air into the device to determine the content of radionuclides in the air, but rather o introduce radionuclides or microparticles into the device with radionuclides deposited on them from the air.
  • An additional technical result is the safe operation of the device in accordance with the present invention.
  • an electrostatic trap made in the form of an electrostatic electrode
  • an alpha-particle sensor mainly made in the form of an ionization chamber
  • a radionuclide detector connected to an electric network. Due to this, it is possible to eliminate the need for a pump while ensuring the effective deposition of radionuclides, such as daughter products of decay (DPR) of radon and others, into an electrostatic trap - this reduces the cost, weight and size of the device while ensuring sufficient sensitivity.
  • DPR daughter products of decay
  • the use of an ionization chamber eliminates expensive alpha particle sensors (pin diodes, Geiger-Mueller counters).
  • FIG. 1 shows a general view of a device in accordance with one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a circuit board with components of a device in accordance with a possible embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a device according to one possible embodiment of the invention.
  • the device in accordance with the present invention can determine the content in the air of other radionuclides in addition to radon DPR, for example, Toron DPR and others.
  • radon DPR are radionuclides that usually have the highest concentration (volumetric activity) in air
  • a description of possible embodiments and the principle of the device’s operation is performed with respect to radon DPR.
  • the device and the detection process are described with respect to alpha particles, although other emitted particles can be used to determine the content (such as beta particles) and radiation (such as gamma radiation and x-rays).
  • FIG. 1 shows a general view of a device for determining (recording, detecting) the content of radionuclides in ambient air in accordance with one possible embodiment of the invention.
  • the device is housed in a housing 101.
  • the housing is preferably made using a dielectric material, such as plastic or polymer, in order to provide electrical protection.
  • the device may not have a housing or be housed in housings and / or cavities formed by other objects that are not part of the device, but with which the device can connect (mechanically and / or electrically) or with which it can be located next to it.
  • the use of the housing fully (subject to the electrostatic electrode, see below), partially or on some sides of the enclosing / closing elements / components of the device in accordance with the present invention provides mechanical and / or electrical protection of both the device itself and surrounding objects, including living creatures, which include humans and animals.
  • the housing 101 has on one side (back) a connecting element 102, which is an electric plug for plugging into an electrical outlet with which it forms a plug connection.
  • the plug connector 102 includes two connector electrodes 121 in the form of two pins that, when inserted into an electrical outlet, are connected by sockets (terminals) of the outlet electrically connected to wires or other electrically conductive current-carrying elements of the electrical network. Due to this plug connection, a reliable mechanical and electrical connection of the pins and sockets of the socket is ensured, as a result of which the voltage of the electrical network is reliably transmitted to the connecting element 102 and the device in accordance with the present invention as a whole.
  • plug-in-socket connections allow the device to be connected to the electrical network in almost any house, room or space equipped with an electrical network with sockets.
  • the plug roughly corresponds to the European standard, although there may be plugs and other standards are used (for example, the USA or other countries), depending on which countries are used or which plugs the device is intended for.
  • FIG. 1 plug has two pins, but the connecting element may have a larger number of connecting electrodes, depending on the standard.
  • the European standard plug may have electrodes on the sides of the housing (ground electrodes) in addition to two pins in the base of the housing, and forks of some standards may contain three or more pins in the base of the housing. All of these possible modifications are included in the scope of the invention, provided that the connecting element contains at least two connecting electrodes and is made with the possibility of electrical connection with the electric network using the specified at least two connecting electrodes.
  • the connecting element may comprise or comprise two or more connecting electrodes, which may be either pins or other electrically conductive objects.
  • the connecting electrodes can be terminals, clamps, connectors, pads for connecting (mechanical, thermal (including soldering in some embodiments), chemical or other suitable methods) with wires or other electrically conductive objects that make up the electrical networks or connecting / connecting to it.
  • the device may be a power outlet or a part of such an outlet.
  • the connecting element will be the base of the socket, on / in which the connecting electrodes are placed, for example, in the form of connectors, an example of which are screw (threaded) clamps for the supply wires of the electric network, and an insulating element covering the functional part can be considered a case outlets in the case of an overhead outlet or closing it in the case of a plug-in (built-in) outlet.
  • This embodiment of the device ensures that it does not stand out in a room or any other place where electrical outlets can be installed, as a result of which there is no need to connect another device in accordance with the present invention and, accordingly, the outlet remains free to use and the appearance remains the same what he thought before installing the device in accordance with the present invention.
  • the device can be connected to the electric network using a cable (wires, cord), made with the possibility of connecting one end to the electric network in one way or another (for example, by installing a plug on it for plugging into an outlet) and connected or connected the other end with the connecting electrodes of the device, which are, for example, clamps, connectors or any other suitable elements.
  • a cable wires, cord
  • the device in accordance with the present invention it is possible to move the device in accordance with the present invention to the extent permitted by the length of the connecting cable (wires, cord).
  • the specified cable or cord must contain at least two electrically conductive elements (for example, conductors or wires).
  • the invention should be deemed to have been implemented if there are two or more connecting electrodes in the device that are part of or forming a connecting element, since the presence of such connecting electrodes makes it possible to connect the device in accordance with the present invention with an electrical network.
  • one (or more) additional connecting element which is, for example, a socket of a plug connection.
  • a socket may correspond to the European standard, or to the standards of other countries (for example, the USA) depending on the standard of the plug, for which the device is intended for inclusion in an additional connecting element.
  • the additional connecting element can be or contain any other connector or electrodes, which can be pins, terminals, clamps, pads for connecting with wires, connecting elements or other electrically conductive objects of other devices and devices .
  • the presence of such an additional connecting element makes it possible to connect other devices and devices to the device in accordance with the present invention, as a result of which it can connect not only the device in accordance with the present invention, but also other devices.
  • the electric network (its supply wires, connector) does not deal only with the device in accordance with the present invention, it can be used to supply electric voltage through it and for other devices in the same place without providing an additional connector in the electric network.
  • the device in accordance with the present invention in one of the possible options can control the connection of the electrodes of the additional connecting element to the electrodes of the connecting element.
  • the device can control the supply of electrical voltage from the electrical network when connected to it using connecting electrodes in an additional connecting element and, thus, in an external device or device that can be connected to an additional connecting element of the device in accordance with the present invention.
  • the device in accordance with the invention may contain switching elements / components (relays, thyristors, etc.) connected between the connecting electrodes and the additional connecting element and controlled either by the user or by the control circuits.
  • the connecting element and the additional connecting element can correspond to the same standard of the plug connection, although they are different types of connecting elements: in the preferred embodiment, the connecting element is a plug, and the additional connecting element is a socket.
  • the device in accordance with the present invention is a “socket repeater”: it is plugged into a socket and itself contains the same socket or socket into which a plug of the same standard can be plugged.
  • the plug and socket standards may vary, allowing external devices having plugs of one standard to be connected through the device in accordance with the invention into sockets of another standard.
  • the types of the connecting element and the additional connecting element i.e. one of them may be one of the parts of the plug, and the other is not, or vice versa, or none of them may be part of the plug.
  • Such configurations allow you to change the types of connections, then there is a device in accordance with the present invention can serve as an adapter or adapter.
  • the device in accordance with the present invention can convert a number of power supply parameters, for example, a voltage value, from an alternating voltage to a constant voltage or vice versa, a voltage frequency, and the like.
  • the present device in some embodiments can perform the functions of a power supply, for which purpose, in addition to a plug for connection to an electric network, it can include a socket (for example, a socket or female connector) with a reduced voltage, the value of which can have standard values (for example, 3 , 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, etc.) or be adjustable.
  • a socket for example, a socket or female connector
  • a reduced voltage for example, the value of which can have standard values (for example, 3 , 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, etc.) or be adjustable.
  • it can be a 5V USB connector, which can include connecting cables for charging phones, smartphones, etc.
  • the types of the connecting element and the additional connecting element are the same, but are not plug-in.
  • it can be a base type connection using a threaded fastening method (for example, by screwing an electric lamp into a cartridge).
  • these may include bayonet type, bayonet type, and other types known in the art.
  • these types of connectors can be not only the same for the connecting element and the additional connecting element, but also differ or be combined.
  • the housing 101 comprises a window 104, which is a cutout or several cutouts in the wall of the housing.
  • the window is necessary so that particles with radar DPR, as well as radon itself from the air surrounding the device in the housing, can fall into the housing and deposited on the electrostatic electrode. Thanks to the window, the electrostatic electrode located in the housing is open to ambient air, that is, radar DPRs can be deposited on the electrostatic electrode when a constant electric potential or potential with a constant component is applied to it.
  • the housing is not an essential element for the device in accordance with the present invention.
  • Other elements necessary for the implementation of the invention and indicated in the independent claim may be placed in the housings of other devices or in cavities, formed by other objects or devices.
  • the elements of the device required for the implementation of the present invention can be placed outdoors, i.e. without case. In such cases, the electrostatic electrode will be open, that is, accessible to ambient air and radionuclides, to the maximum extent - ambient air will surround the electrostatic electrode from all sides (with the possible exception of the circuit board on which the electrostatic electrode is placed, if one is provided).
  • the electrostatic electrode must, on the one hand, be open to the surrounding air, and on the other hand, it must be protected from physical contact with it for people and various devices.
  • the placement of the device in the housing prevents contact with the electrostatic electrode and other elements of the device, and the openness of the electrostatic electrode is provided in the embodiment of FIG. 1 using window 104.
  • the protective strip 141 is made in the window 104, the slots 142 between them, and also between the stripes 141 and the edge of the window 104 in the housing 101 provide openness electrostatic electrode located in the housing outside the window 104.
  • strips 141 various nets, fabrics, films and other materials can be used that do not impede the passage of radionuclides (such as radon and other radar) and / or airborne particles (eg dust) with radionuclides on them into the housing to the electrostatic electrode.
  • the openness of the electrostatic electrode located in the housing to the surrounding air may be provided by openings of various sizes and shapes, including slots, cutouts, and the like.
  • FIG. 2 shows a circuit board with components of a device in accordance with a possible embodiment of the invention. It can be housed in a device case similar to that shown in FIG. 1. At the same time, the board shown can perform all the functions of the device as shown, without the housing, and is a complete device in accordance with the present invention.
  • the board 201 is a circuit board, which can be made of dielectric material, for example, in the form of a printed circuit board with foil tracks.
  • the board 201 is intended, on the one hand, for fastening to it and for connecting the elements / components of the device in an appropriate manner, and on the other hand, for fastening in the case or on other objects.
  • connecting electrodes 202 forming the connecting element in the form of die clamps (groove clamps) into which, for example, wires can be inserted and secured, which, in turn, can be connected to the plug of the plug connector for inclusion in the electrical network or be wires of an electric network by themselves.
  • electrodes 202 other types of clamps, sockets, and connectors can be used, as well as pads, wire terminators, or directly exposed wires.
  • the connecting electrodes 202 of the circuit board 201 can be connected to the connecting electrodes 121 of the plug 102 using conductors.
  • This is a particular embodiment of the device, since it is not necessary to use the circuit board shown in FIG. 2, and in turn, it is not necessary to use the housing shown in FIG. 1, or the housing in general, since the embodiments of the device shown in FIG. 1 and 2 (as well as in Fig. 3) are shown for illustrative purposes only and may be replaced or changed, used individually or in conjunction.
  • a power supply unit 203 is located near the connecting electrodes 202, electrically connected to the connecting electrodes 202.
  • the voltage is supplied through the connecting electrodes 202 to the power supply unit 203.
  • the power supply unit 203 consists of two modules, one of which is a high voltage module 231 and another low voltage module 232.
  • the high voltage module 231 is connected to the connecting electrodes 202 and through them when the device is connected to the mains, the voltage 231 is supplied to the module 231.
  • the high voltage module 231 converts the incoming electrical voltage into a constant electrical voltage or an electrical voltage with a constant (in time) component.
  • the resulting electrical voltage with a constant component (constant voltage is its special case when there is only a constant component, and there are no alternating components) from the high voltage module 231 is supplied to the electrostatic electrode 204.
  • the presence of a constant component in the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes and, mainly, its value can be determined in several ways.
  • the formula for the average value of the voltage corresponding to the constant component looks as follows:
  • U c is the average value (constant component) of the voltage
  • T is the period of time during which the measurement is carried out (for periodic processes - the repetition period)
  • u (t) is the dependence of voltage on time.
  • Numerical integration which allows to obtain the average voltage in accordance with the above formula, can be done by summing the samples of the analog-to-digital converter (ADC) divided by the number of summed samples (which corresponds to the measurement period, because the samples are taken at certain intervals of time).
  • ADC analog-to-digital converter
  • Integration can also be accomplished using electronic components integrated into integrating circuits known in the art. For example, an RC chain with a constant time selected to reduce or eliminate the influence of the periodic process on the measurement result. The result at the output of such an integrating circuit can be measured and used to determine the magnitude of the DC component.
  • Integrating chains are a type of low-pass filter.
  • Other low-pass filters known in the art in a similar manner can be used to determine the DC component.
  • voltage spectrum analyzers can be used, which, as one of the components of the spectrum, provide a constant component value.
  • the constant component of the voltage can be measured directly with a DC voltmeter if the voltage between the electrostatic electrode and one of the connecting electrodes is constant (possibly with some pulsating component). The fulfillment of this condition depends on the relative which connecting electrode the voltage is measured.
  • the electrical networks to which the devices in accordance with the present invention are to be connected transmit for household consumers mainly alternating voltage on the phase wires relative to the neutral wire or the grounded wire.
  • the electrical networks to which the devices in accordance with the present invention are to be connected transmit for household consumers mainly alternating voltage on the phase wires relative to the neutral wire or the grounded wire.
  • the voltage at the electrostatic electrode can also have an AC component, i.e. not only a constant voltage can be applied to the electrostatic electrode, but also other types of voltages, which are a combination of constant and variable components, for example, it can be a ripple voltage, etc.
  • a variable component can be observed in the voltage at the electrostatic electrode relative to one connecting electrode (for example, connected to a phase wire or a neutral or neutral or grounded conductor) or relative to several connecting electrodes when connected to an electric network.
  • the high voltage module In the event that the high voltage module generates a constant voltage on the electrostatic electrode with respect to the neutral (neutral) and / or grounded wire, an alternating component will be present relative to the phase wire on the electrostatic electrode, since the phase wire itself transfers an alternating voltage. Conversely, if the high voltage module generates a constant voltage on the electrostatic electrode relative to the phase wire voltage, then this voltage on the electrostatic electrode will contain an alternating voltage component relative to the zero and / or grounded wire, corresponding to the alternating phase voltage.
  • the alternating component of the voltage at the electrostatic electrode does not correspond to the phase voltage, then the alternating components (in the general case, not coinciding) of the voltage at the electrostatic electrode will be observed both with respect to the phase wire and with respect to the neutral and / or grounded wire.
  • an electric field with a constant component is established in the space between the electrostatic electrode and the wires of the electric network, the corresponding DC component of the voltage across the electrostatic electrode with respect to one or more wires (or other x conductors transmitting current and voltage) of the electrical network. Since the voltage is a potential difference, this means that the electrostatic electrode has acquired an electric potential with a constant component (or, in a particular case, a constant electric potential) relative to one or more wires of the electric network.
  • the magnitude of the DC component of the voltage (in absolute value) on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes is predominantly greater (in absolute value) the effective value or amplitude of the variable component and / or constant component (also in absolute value) of the voltage between the connecting electrodes.
  • the voltage between each connecting electrodes is taken into account, if there are more than two. That is, the constant component of the voltage (its absolute value) on the electrostatic electrode of the relative one or more connecting electrodes should be compared with the actual value or amplitude of the variable and / or the constant component (its absolute value) of the voltage between the connecting electrodes, which can be connected to the wires of the electric network .
  • voltages can be taken between phase and neutral wires, phase and ground wires, neutral and ground wires, if there is voltage between them.
  • the voltage at the electrostatic electrode with respect to a specific connecting electrode is compared with the voltage between the same defined connecting electrode and another connecting electrode.
  • the voltage between the connecting electrodes that are different from the specified specific connecting electrode can be taken into account, if there are more than two.
  • the choice of connecting electrodes to determine the voltage between them and the connecting electrode to determine the voltage on the electrostatic electrode relative to it depends on the technique, which should be formed on the basis of reasonable initial assumptions.
  • the voltage on the electrostatic electrode relative to several connecting electrodes can be determined in cases where the constant components of the potentials of these electrodes are the same, or when all measurement options are enumerated to determine the presence of the indicated characteristic for each connecting electrode.
  • the voltage may have a positive or negative sign.
  • the voltages and their components indicated in the present description, as well as their ratios, mainly relate to the magnitude of the voltage regardless of its sign, that is, to the magnitude of the voltage modulo (absolute value).
  • the constant component of the voltage at the electrostatic electrode can be greater than the numerical value of the voltage between the connecting electrodes, if the voltages are taken with a "+", or less than the numerical value of the voltage between the connecting electrodes, if the voltages are taken with a "-".
  • the constant component of the potential of the electrostatic electrode can be greater than the constant component of the potential of one or more connecting electrodes by an amount exceeding the numerical value of the voltage (variable and / or constant components) between the connecting electrodes, if the voltages are taken with the “+” sign, or less than the constant component of the potential of one or more connecting electrodes by an amount exceeding the numerical (absolute) value of the voltage (variable and / or of constant components) between the connecting electrodes, if the voltages are taken with a “-” sign.
  • voltage can be applied to the electrostatic electrode both with a positive DC component and with a negative one.
  • the constant component has a negative sign, to ensure effective deposition of charged particles suspended in air.
  • DPR of radon and, possibly, other radionuclides
  • the formed ions have a positive charge and are attracted to the electrostatic electrode with a negative DC component of the electrical voltage.
  • the readings obtained become cumulative, since the sensor will mainly detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides deposited on the electrostatic electrode.
  • Cumulative readings have an advantage over non-cumulative ones in that they are larger in size, which means the device is more sensitive, because radionuclides can be accumulated at their low concentration in air and due to this an estimate of their concentration is obtained, which cannot be obtained by other methods.
  • a device for determining the content of radionuclides from the accumulated radionuclides deposited on the electrostatic electrode provides more accurate data.
  • the DPR of radon (and, possibly, other radionuclides) are repelled from the electrostatic electrode, since, as noted earlier, they also have a positive charge, and as a result, the sensor can mainly detect only alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by negatively charged DPR radionuclides or radionuclides that do not have a charge (for example, radon).
  • radionuclides can be either deposited on the electrostatic electrode, or located near the electrostatic electrode (for example, inside the electric chamber) after the flow of dust particles and other microparticles entrained or transferred them to the electrostatic electrode. Determination of the content of radionuclides in the air without accumulation (non-cumulative readings) have an advantage in the speed of reading, because no time is required for the accumulation of radionuclides and the data obtained are directly related to the current moment.
  • radionuclides in the air can also be deposited on dust particles or other microparticles and / or form chemical and other types of bonds with them. Since the charge acquired by dust particles or other microparticles can be either positive or negative, radionuclides can be attracted to the electrostatic electrode and deposited on it at any sign of the voltage applied to the electrostatic electrode. That is, with a negative potential on the electrostatic electrode there may be radionuclides that have not settled on this electrode, and with a positive potential on the electrostatic electrode there may be radionuclides deposited on this electrode.
  • radionuclides having an electric charge can settle onto this electrode or be attracted to it by the electric field created by the electrostatic electrode when they are deposited on dust particles or other microparticles having opposite in sign electric charge, exceeding in magnitude the charge of the radionuclide (preferably two or more times).
  • a sensor mounted near the electrostatic electrode (at a distance of not more than the mean free path of the detected alpha particles and / or beta particles and / or the distance at which an effective registration of gamma radiation), can detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides that are on the electrostatic electrode and / or near the electrostatic electrode regardless of the sign of the electric potential installed on the electrostatic electrode (depending from the polarity of the voltage applied to it).
  • radionuclides entering from the air near the device onto the electrostatic electrode in addition to the possibility of emitting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by radionuclides on the electrostatic electrode (for example, deposited on it) also implies the possibility of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by radionuclides near the electrostatic electrode, which did not have time to settle on this electrode or cannot do this due to its electroneutrality, or For example, if they are the product of radioactive decay of the radionuclides were on the electrostatic electrode or near it.
  • the presence of a constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes connected to the electric network is of high importance for the following reasons.
  • the wires or conductors of the electric network are usually distributed in space (for example, in the walls of the room) and have a constant component of the electric potential close to the potential of the earth (building, premises), since there is a constant voltage between the phase wire and the ground (neutral wire, neutral), and also between the neutral wire (neutral) and the ground is a network fault, which usually seek to eliminate, and the neutral wire according to regulatory requirements, it is mainly necessary to ground.
  • the electrostatic electrode is given an electric potential that differs from the potential of not only the wires of the electric network, but also the entire surrounding space, which corresponds to the creation of a solitary charge (without a dipole forming a charge of a different magnitude or with a different sign located next to the electric residual electrode within the device).
  • a solitary charge is formed due to the creation of an excess of electrons on the electrostatic electrode (a negative charge is formed) or a lack of electrons (a positive charge is formed).
  • the potential of the indicated electric field decreases inversely with the distance from the electrode (to the first degree), and the Coulomb force acting on the charges around the electrostatic electrode, decreases in inverse proportion to the square of the distance from the electrode (i.e., to the second degree).
  • dipole electric chambers are typically used, i.e. containing a positive and negative electrode, between which a high voltage is applied, which leads to the formation of an electric field whose potential at distances greater than the distance between the electrodes decreases inversely with the square of the distance from the camera (i.e., to the second degree), and the Coulomb force on charges around such electric cameras, decreases inversely with the cube of the distance from the camera (i.e., to the third degree).
  • radionuclides including radar DPRs
  • radionuclides are also deposited on dust due to its electrification, this means that when dust is deposited on an electrostatic electrode that is open to ambient air due to the presence of an electric potential with a constant component, radionuclides are deposited on the electrode along with dust previously deposited on dust particles.
  • radionuclides, including DPR radon can be deposited on the electrostatic electrode on their own, without the help of dust or other particles.
  • radionuclides mainly together with dust
  • devices or systems for pumping or creating an air stream such as fans
  • the collection of radionuclides requires an electrostatic electrode with dimensions (area, volume) smaller than devices in the prior art (in particular, with the dimensions of their dipoles and / or air chambers), since the electric field generated by the device in accordance with the present invention decreases much less (slower) depending on the distance.
  • the efficiency of the device is significantly increased, since even the minimum dimensions of the electrostatic electrode, determined from other considerations, provide higher efficiency for dust deposition and collection of radionuclides and significantly higher sensitivity in determining the content and characteristics (decay frequency, concentration, volumetric activity) of radionuclides, including radon and its DPR, in comparison with the prior art, since radionuclides from a larger volume of space are deposited on such an open electrostatic electrode (preferably without screening and filtering small-sized dust particles).
  • the present device (mainly together with dust), is determined by the electric field strength, which in the case of the present invention decreases with distance to a lesser extent than for devices of the prior art having dipoles.
  • the electric field strength sufficient to move dust and radionuclides to the electrostatic electrode, the device in accordance with the invention is formed at a greater distance than devices from the prior art at the same voltages and / or sizes, and, therefore, the device in accordance with the present invention captures dust from a larger volume of the surrounding space (air).
  • the present device more efficiently collects radionuclides from the surrounding space than devices from the prior art.
  • the electrostatic electrode can have not only a constant component of the electric potential, but also a variable, the electric field formed by the electrostatic electrode can be variable.
  • the electric field formed by the electrostatic electrode can be variable on one or more wires of an alternating voltage electric network, there is an alternating component of voltage of a large magnitude. This means that in these cases, the Coulomb force, variable in magnitude, will act on charged particles suspended in air.
  • the Coulomb force can be periodically directed both towards the electrostatic electrode and vice versa. This can slow down the rate of deposition of charged particles on the electrostatic electrode, since part of the energy of the generated electric field will be spent on slowing down the charged particles, which the electric field first accelerated in one direction, and after changing the direction of the electric field began to accelerate in the other direction.
  • the constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes, characterizing its constant component potential was greater than the amplitude of the variable component of the voltage, forming an alternating electric field and, accordingly, the Coulomb force, variable in magnitude and direction.
  • the constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes be greater than the effective (effective root mean square) voltage between the connecting electrodes, which will correspond to in particular, the effective voltage between the phase and zero (neutral) wire ami (or ground (grounded wire) instead of the neutral wire).
  • the value of the mean square (it is also effective, it is effective) voltage value is determined by the following formula:
  • U rms is the rms (effective, effective) voltage
  • T is the period of time during which the measurement is carried out
  • u (t) is the dependence of voltage on time.
  • the rms value for a given period of time T can be obtained for voltage with any time dependence. For example, for a constant voltage, its rms value will be equal to itself, and for a sinusoidal voltage, the rms value will be approximately 0.707 of the amplitude of the sine wave, etc.
  • the effective value of the alternating voltage numerically corresponds to the value of the direct voltage doing the same work on the charge as the alternating voltage. Since the movement of particles suspended in air is the work produced by the Coulomb force applied to charged particles by an electric field, the value of which can be characterized by an electric voltage, a comparison of the effective values of the DC component of the voltage on the electrostatic electrode and the AC voltage in the electric network allows us to determine not only instantaneous direction of movement of charged particles in air, but also the direction of movement of charged particles over a long time change interval, mainly longer than the period of alternating voltage.
  • the Coulomb force will direct the charged particles toward the electrostatic electrode.
  • the direction of movement of the charged parts depends on the sign of their charge, however, given that charged particles of both signs can form, part of the particles will move in one direction and part in the other, depending on the direction of the electric field - in the case of the present invention we are talking about parts of particles whose charge sign makes them always or in most of the time move towards the electrostatic electrode and settle on it)
  • the root mean square (effective, effective) value is the most common indicator characterizing the alternating voltage in electrical networks. When one speaks simply of voltage or current strength in electric networks of alternating voltage, then by default their mean square values are usually meant. In addition, indicators and display elements of all voltmeters and ammeters of alternating current are calibrated in the rms values.
  • the constant component of the electric potential (voltage relative to the connecting electrodes) on the electrostatic electrode is provided greater than the amplitude of the alternating voltage of the electric network.
  • the Coulomb force will act on charged particles in the air, having the same direction at any time, although it varies in magnitude at different times.
  • the amplitude of the AC voltage is mainly determined by the rms value taking into account the shape of the AC voltage (preferably with the exception of peaks, surges, voltage pulses, etc., since they can have a very large value, but short duration, in connection with which they make a relatively small contribution to the work carried out by voltage or electric field, for example, on the movement of charged particles on an electrostatic electrode).
  • the high-voltage module must be not only an AC to DC converter, for example, a rectifier, but also a step-up voltage converter, since when rectified without additional voltage increase, the DC component of the rectified voltage will be less than the amplitude of the rectified AC voltage and even less than the effective value, including due to losses during rectification (for sinuso Further it srednevypryamlennoe voltage value of the voltage of the current is 0.9).
  • a simple rectifier can also be used as a high-voltage module, since the deposition of charged particles on the electrostatic electrode can also occur if the constant voltage component is less than the amplitude of the variable voltage component, although such particle deposition will be slower, i.e. with less efficiency.
  • the constant voltage component of the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes should preferably exceed the constant voltage component (or constant voltage) between the connecting electrodes (and wires of an electric network).
  • the potential of the electrostatic electrode will still differ both from the potentials of the individual connecting electrodes and from their average potential (and therefore together from the individual and average potentials wires electric network). This means that on the electrostatic electrode it will be a solitary charge and will form an electric field that slowly decreases depending on the distance and ensures the efficient collection of charged particles and radionuclides from the ambient air onto the electrostatic electrode.
  • the current voltage values in electric networks are usually about 1 10V, 127V, 220V, 250V, 380V (maybe an industrial voltage of 690V) - that is, less than 1000V, mostly less than 500V and even less than 400V.
  • a constant component with an absolute value of the voltage across the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes of at least 500V or 600V or 700V or 800V.
  • Such a relatively small value of the constant component provides greater safety of the device in accordance with the present invention.
  • the DC component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes is preferably greater than 1000V or less than -1000V. At such voltages, conditions are provided for more intensive deposition of charged particles on the electrostatic electrode and, accordingly, increased sensitivity and efficiency of the device in accordance with the present invention in determining the activity / concentration of radionuclides, including radon and / or its DPR.
  • the voltage at the electrostatic electrode must be less than the voltage at which an electrical breakdown of air or the elements / components of the device, corona discharge or other negative phenomena associated with high voltages is possible.
  • the upper permissible limit of the DC component of the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes can be estimated at 3000V.
  • the constant component of the electrical voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes in absolute value is not less than 300V and not more than 3000V, or not less than 500V and not more than 2000V, or preferably not less than 1000V and not more than 1500V.
  • an alpha-particle sensor is an element / component that produces a signal reflecting the parameters of an alpha particle, for example, the fact of their passage near the sensor, their contact with the sensor, and / or the particles formed by alpha particles when they fly through the sensor, e.g. ions (ion tracks). Similar sensors can be used to detect beta particles and / or gamma radiation.
  • the signal from the sensor of the corresponding particles or radiation (not shown in Fig. 2) is supplied to the processing unit 205, in which the signal is processed with registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation (determining the fact of their flight / appearance ), indicating the decay of radionuclides, and the determination, if necessary, of a number of parameters, for example, the decay rate of radionuclides and / or their concentration / activity in ambient air (including for radon and its DPR).
  • Data defined (recorded, detected) by the processing unit 205, and / or a signal from the sensor can be transmitted using the communication module 206 to an external device, for example, an indicator.
  • the indicated data and / or signal can be transmitted to the indicator without using a communication module, for example, directly or through other elements.
  • the power supply unit 203 advantageously comprises a low voltage module 232.
  • the low voltage module is electrically connected to the connecting electrodes and is configured to convert a voltage, for example, an electrical network, to a supply voltage necessary for the processing unit (as well as a communication module and, possibly, an indicator).
  • the low voltage module is connected to the processing unit and is configured to supply the generated electrical supply voltage to the processing unit.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a device according to one possible embodiment of the invention.
  • Embodiments of the device shown in FIG. 1 and 2 may use the block diagram shown in FIG. 3, however, this is not necessary and the implementation of the devices of FIG. 1 and 2 at the level of the structural block diagram may differ.
  • Elements / components shown in FIG. 1, 2 and 3 having the same functional purposes and / or names may vary in composition or form of execution, in connection with which they are assigned different position numbers in different figures, the numbering of which is separate for each figure.
  • the block diagram shown in FIG. 3, includes a plug 301 in the form of a plug with connecting electrodes 31 1 electrically connected to a power supply 302 including a high voltage module 321, the output of which is connected to an electrostatic electrode 303, and a low voltage module 322 connected to a processing unit 305, including an amplifier 351 and a processing module 352, for example, a processor or controller, a communication module 306 and an indicator 307.
  • a sensor 304 is installed near the electrostatic electrode 303, the signal of which is supplied to the processing unit 305, where it is is amplified by the amplifier 351 and processed by the processing module 352.
  • the processed data and / or sensor signal are sent to the communication module 306, in which they can be transmitted, for example, by radio communication through the antenna 361.
  • the processed data from the processing module 352 and / or the sensor signal is sent to an indicator 307, which can display the signal level, events of registration of alpha particles, beta particles and / or gamma radiation and / or characteristics obtained by processing the signal in the processing module 352.
  • the high voltage module is designed to supply an electrostatic electrode with an electrical voltage with a constant component relative to one or more connecting electrodes that are part of the connecting element (for example, plug plugs).
  • the high voltage module contains a voltage multiplier (for example, a Cockroft-Walton generator), which consists of a ladder (several chains) of capacitors and diodes and can convert an alternating or ripple voltage to a high constant voltage (or voltage with a constant component), the value of which is greater than the voltage between the connecting electrodes.
  • a voltage multiplier for example, a Cockroft-Walton generator
  • a voltage multiplier includes the absence of a transformer (and, consequently, lower weight and dimensions), the absence of the need for reinforced insulation and the formation of an output voltage relative to the input connected to the connecting electrodes. Due to the latter advantage, there is no need to bind the potential of any element of the high voltage module to the potential of one or more connecting electrodes, as may be required when using, for example, a transformer circuit of a voltage converter.
  • circuits / devices containing transformers are usually used as step-up voltage converters, the main advantage of which is the provision of electrical (galvanic) isolation (isolation) between the input and output windings of the transformer, which ensures electrical safety of the voltage converter due to the fact that the current from the electric network cannot directly get into the device powered through the transformer converter.
  • the electric potentials at the output of such a converter turn out to be approximately equal in size to half the output voltage from the constant potential of the earth with different signs and form a dipole between the output electrodes or, in some cases, one output electrode and the housing.
  • the electric field generated by the dipole decreases faster depending on the distance from the dipole, i.e. to a greater extent than from a solitary charge, and therefore such converters cannot provide the advantages of the present invention.
  • a similar drawback is possessed by autonomous devices powered by galvanic cells, batteries or accumulators.
  • the high voltage generated in them is applied to two electrodes in an electric chamber (or to one electrode relative to the housing or any electrically conductive element of the device). Since such devices are completely autonomous, they are electrically (galvanically) isolated (isolated) from the electrical network and the environment.
  • the potentials of these electrodes or the electrode and the housing also turn out to be approximately equal in size to half the output voltage from the constant potential of the earth with different signs and form a classical dipole.
  • the stand-alone device itself has an electric potential, for example, obtained earlier, then due to the deposition of charged particles (for example, dust), the total (average) electric potential of the device will quickly enough equalize with the environmental potential and will remain at the same level. That is, the device from an electrical point of view will be a dipole, since the potentials of the elements carrying electricity, between which a high voltage is created (and one of which is electrostatic electrode) will be spaced relative to the average potential of the device by essentially the same values with different signs.
  • charged particles for example, dust
  • case grounding may be sufficient for this, and in the case of a transformer converter, this can be done by connecting (direct or using resistances, capacitors or semiconductor elements) to some ends of the input and output windings.
  • one of the electrically conductive elements of the device which is part of the device’s part isolated from the electric network, is given a certain potential and the required potential of the electrostatic electrode is provided in such a way that the total (average) potential of the device differs from the environmental potential and / or electrical network, the device may become hazardous and measures must be taken to prevent electric shock / voltage damage to living things and other devices.
  • FIG. 1 One type of possible measure has been described previously with respect to FIG. 1 and represents the placement of the electrode in the housing.
  • it is necessary to ensure the openness of the electrostatic electrode to the surrounding space that is, the possibility of charged particles (for example, dust) with radionuclides from the surrounding air to enter the electrostatic electrode through the housing.
  • the above openings, slots, openings, windows in the walls of the body can be covered with a mesh, porous, fabric or other material, or with an element that can prevent various objects or parts of the body from entering the body through the window, but allow passage through such material or element air, charged particles, dust, radionuclides, for example, DPR of radon and radon itself.
  • a mesh, porous, fabric or other material or with an element that can prevent various objects or parts of the body from entering the body through the window, but allow passage through such material or element air, charged particles, dust, radionuclides, for example, DPR of radon and radon itself.
  • the use of such a material or element will slightly reduce the sensitivity of the device due to the retention of part of the indicated charged particles, dust and radionuclides by the material or element itself, but, nevertheless, their passage will be ensured and, at the same time, the penetration of foreign objects into the device will be prevented.
  • electric shock can be prevented by limiting the current that can flow through the voltage converter included in the high voltage module, for example, to an electrostatic electrode.
  • the current can be limited, for example, by selecting a voltage converter circuit (design) in which the current flowing through the converter when the electrostatic electrode is touched by an object having an electric potential different from the electrostatic electrode potential, directly or through an object, is limited by, not dangerous for living things and / or devices, including taking into account the high voltage on the electrostatic electrode.
  • An example of such a circuit for example, is a voltage multiplier used in high voltage module 321, due to the presence of current limiting elements.
  • current limiting can be carried out using one or more current-limiting elements located at the input or output of the voltage converter, as part of the voltage converter, or arranged in such a way that the electrostatic electrode is connected to the voltage converter or the voltage converter with connecting electrodes by current-limiting elements.
  • Resistance, capacitances, nonlinear and / or semiconductor elements can be used as current-limiting elements.
  • current limitation can be ensured even in the case of the use of voltage converters, which in themselves do not limit the output current. Thanks By limiting the current, it is possible to prevent electric shocks from living creatures and / or devices for open electrostatic electrodes placed both in housings and without housings.
  • a sensor 304 is designed to detect these particles and / or radiation.
  • the sensor can be located near the electrostatic electrode no further from it than the mean free path of alpha particles and / or beta particles and / or the propagation distance of gamma radiation, or inside an electric chamber that performs the role of the electrostatic electrode, also taking into account the possibility of registration of particles and / or radiation, for which they must reach the sensor.
  • a sensor 304 is shown near the electrode 303, since this is an exemplary block diagram for explaining the invention, and this does not impose restrictions on the installation location of the sensor.
  • any sensor known in the art can be used.
  • it can be a semiconductor sensor, which is a diode, for example a pin diode or a photodiode.
  • a scintillator can be placed with a photodiode and electrostatic electrode.
  • a semiconductor photodiode suitable for detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation has a rather high cost, and the set of components in the form of a scintillator and a semiconductor photodiode is cumbersome, which is negative affects the size and weight of the device.
  • a corresponding Geiger-Muller counter can also be used.
  • this meter is quite large and expensive and, as a rule, requires a separate increased supply voltage.
  • an ionization chamber in particular open in which alpha energy can be used to detect ionization radiation that can be generated by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation -particles and / or beta particles and / or gamma radiation is spent on the formation of a charge of ions formed during the passage of alpha particles and / or beta particles and / or the propagation of gamma radiation in air.
  • the ionization chamber is formed by an electrostatic electrode, mainly large in size for the effective deposition of charged particles and radionuclides over a large area, and a concentrating electrode, mainly small in size (smaller than the electrostatic electrode) to ensure the concentration of the electric field, resulting in unevenness (high gradient) of the electric field, increasing the likelihood of cascade (or avalanche) ionization of air by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides, including DPR radon or directly radon.
  • an electrostatic electrode mainly large in size for the effective deposition of charged particles and radionuclides over a large area
  • a concentrating electrode mainly small in size (smaller than the electrostatic electrode) to ensure the concentration of the electric field, resulting in unevenness (high gradient) of the electric field, increasing the likelihood of cascade (or avalanche) ionization of air by alpha particles and / or beta particles and / or gamma
  • Cascade (or avalanche) ionization of air by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation has the advantage over conventional impact ionization (occurring with any type of ionization) in that if one or more ions are formed during impact ionization, in the presence of conditions for cascade (or avalanche) ionization after impact ionization, a chain of subsequent ionizations of the gases that make up the air occurs, in which the number of ions increases many times and even by several orders of magnitude.
  • Such electric potentials are formed on the electrostatic and concentrating electrodes, the difference between which (voltage) provides the possibility of efficient collection of ions arising from ionization of the air by emitted alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation.
  • the optimal value of such a voltage depends on the size of the ionization chamber, in particular, on the distance between its electrodes.
  • the dimensions of the chamber are determined based on the energy characteristics of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides, for example, radon and its DPR, in particular, their flight speeds.
  • the electrostatic electrode, as well as the ionization chamber should preferably be made with small dimensions to ensure conditions for the efficient collection of ions, since the electric field is inversely proportional to the distance between the electrodes and directly proportional to the voltage between them.
  • the voltage between the electrodes of the ionization chamber can be determined on the basis of other considerations.
  • the efficiency of deposition of charged particles suspended in air onto an electrostatic electrode can be taken into account, for which a potential differing by at least 1000 volts in comparison with a constant (average) environmental potential (usually electric network) in one direction or another.
  • the efficiency of determining (detecting) alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation depends on the voltage between the electrodes of the ionization chamber, since the efficiency of collecting ions from ion tracks created by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation in air depends on the electric field strength (including the voltage between the electrodes): when a higher voltage is established between the electrodes with a magnitude of up to 1000V, the efficiency increases, and over 1000V it remains approximately bottom and same (practically does not grow or grows weakly).
  • an increase in voltage between the electrodes of the ionization chamber from the point of view of increasing the efficiency (sensitivity) of determining (detecting) alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation makes sense up to 1000V.
  • the effect of the magnitude of the voltage across the electrostatic electrode (which in the preferred embodiment forms one of the electrodes of the ionization chamber) on the efficiency of the collection of radionuclides from ambient air has a slightly different character.
  • the collection efficiency of radionuclides increases significantly, over 1000V but less than 1500V the increase in efficiency becomes less, and over 1500V the increase in the collection efficiency of radionuclides becomes insignificant.
  • increasing the voltage at the electrostatic electrode in terms of increasing the efficiency (quantity) of collecting radionuclides makes sense up to 1500V.
  • the electrostatic electrode is one of the electrodes of the ionization chamber
  • the voltage across the electrostatic electrode is mainly counted relative to the concentrating electrode, i.e. represents the voltage between the electrodes of the ionization chamber.
  • the preferred value of this voltage is in the range between 1000V and 1500V.
  • the electrostatic and concentrating electrodes of the ionization chamber form a dipole, since they have different potentials.
  • the effect of a dipole pair of electrodes on the volume of ambient air from which charged particles are captured and deposited on the electrostatic electrode by the generated field (and hence the effect on the efficiency and sensitivity of the device in accordance with the present invention), in order to reduce the influence of the dipole effect on the performance of the device, it is useful that the potential of the concentrating electrode be close to the potential of the environment, in particular, the electrical network and, more specifically, the connecting electrodes.
  • the binding of the potential of the concentrating electrode to the constant potential of the connecting electrodes can be carried out using potential-determining components, for example, using the resistance connecting the concentrating electrode to a conductor having a potential close to the constant potential of the connecting electrodes (or one of them )
  • the resistance can be large (hundreds of kilo-ohms, megaohms or more), and the conductor with which it connects can be part of the power supply, in particular a high voltage module or low voltage module, or can be connected directly or through additional components with one or several connecting electrodes.
  • other circuits known in the art including circuits with semiconductor components, can also be used to attract (draw together) the constant potential components of the concentrating and connecting electrodes.
  • the concentrating electrode has a potential close to the potential of the environment, in the ionization chamber it can be called the anode if a negative potential is applied to the electrostatic electrode (in this case, the electrostatic electrode itself can be called the cathode), or the cathode if the electrostatic electrode positive potential is applied (the electrostatic electrode itself in this case may be called the anode).
  • the electrostatic electrode with respect to the electrostatic electrode has a different potential and together they form an electric field necessary to ensure the operability of the ionization chamber, just as if the concentrating electrode had a potential different from the potential of the environment.
  • the ionization chamber is formed by a large area electrostatic electrode with an electric potential having a constant component relative to one or more connecting electrodes (for example, more than 200V, 300V, 400V, 500V, 600V, 700V, -800V or 900V with a positive potential or less than -200V, -300V, -400V, -500V, -600V, -700V, -800V or -900V with a negative potential, mainly more than 1000V with a positive potential or less than -1000V at a negative potential), and a concentrating electrode of a small area with an electric potential, the constant component of which is close to the constant component of the potential of one or more connecting electrodes (for example, it differs within +/- 50V and is predominantly equal).
  • connecting electrodes for example, more than 200V, 300V, 400V, 500V, 600V, 700V, -800V or 900V with a positive potential or less than -200V, -300V, -400
  • the concentrating electrode has a potential close to the constant potential of the connecting electrodes (electric network), then, as mentioned above, in order to ensure the highest detection efficiency of alpha particles, the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes should preferably not exceed ( or be less) 1500V.
  • the electric field generated near the electrostatic electrode provides on charged particles suspended in air, the Coulomb force is directed in one direction and is relatively small variable in size. This provides a more efficient collection of charged particles by an electrostatic electrode.
  • the alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation sensors in the form of an ionization chamber detect not only (and not so much) the alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation themselves, but also ionized particles that move in an electric field inside the ionization chamber, which increases the likelihood of detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and distinguishing their characteristics.
  • Air ions formed as a result of radiation and / or particles can have charges with different signs and some of them will inevitably be deposited on the concentrating electrode.
  • these ions can be detected either by detecting a change in charge on the concentrating electrode, or by detecting changes in its electrical characteristics located near the concentrating electrode or near the ion passage path of the sensor.
  • the preferred option is to use a direct concentrating electrode to detect ions, since in this case there is no need to install additional sensors.
  • a sensor of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can be considered as the ionization chamber itself, formed electrostatic electrode and a concentrating electrode, and only a concentrating electrode, since the signal used to determine alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation is obtained mainly from the concentrating electrode.
  • the ionization chamber mainly provides conditions for the efficient registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by creating a highly non-uniform electric field that facilitates the collection of electrons / ions created by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, and registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation (directly or using ions formed by particles) can be carried out using a concentration electron ode, and other sensors or electrodes.
  • the large area of the electrostatic electrode provides a larger volume in which conditions can be created for the generation of ion tracks by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation resulting from the decay of radionuclides, which means higher sensitivity and efficiency of the device .
  • an increase in the size of the electrostatic electrode also means an increase in the distance between the concentrating electrode and those parts of the electrostatic electrode that are opposite or adjacent to the concentrating electrode.
  • an increase in voltage between the electrodes will be required, which lead to electrical breakdown and adversely affect the electrical safety of the device.
  • a camera with a characteristic size (diameter, transverse size and / or length) of less than 5 cm will result to reduce the efficiency (sensitivity) of registration of alpha particles, and the implementation of the camera with a characteristic size of more than 6 cm means excessive consumption of materials and unreasonable increase in size.
  • an ionization chamber with a characteristic size of not less than 2 cm and not more than 10 cm will also ensure the registration of alpha particles.
  • the advantage of determining the presence and / or content of radionuclides in air using an open air ionization chamber by detecting alpha particles is that alpha particles and / or ion tracks created by them cause a larger signal in the sensor than beta particles or gamma radiation.
  • Increasing the effective usable area of the electrostatic electrode is possible in several ways. Firstly, it is possible to place several concentrating electrodes near the electrostatic electrode. This will lead to the fact that the conditions for the formation of cascade (or avalanche) ionization will be provided not in one area of the electrostatic electrode near one concentrating electrode, but in several areas around several concentrating electrodes. With appropriate placement of the concentrating electrodes at a distance from each other, these areas of the electrostatic electrode can lie adjacent to each other, forming a single area for the effective formation of conditions for cascade (or avalanche) ionization.
  • the electrostatic electrode can be made in the form of an electric chamber, forming a volume, in particular, an ionization chamber and surrounding the concentrating electrode on several sides, as a result of which the entire surface (or most) of the electrostatic electrode facing the concentrating electrode is on the optimal distance at which efficient ion collection and / or conditions are provided for cascade (or avalanche) ionization, taking into account the voltage between the electrodes of the ionization chamber ry.
  • the electrostatic electrode can attract charged particles suspended in air from the space surrounding the electrode, then radionuclides can be deposited mainly on the outer surface of the electric chamber, which can form an electrostatic electrode.
  • the concentrating electrode is located inside such a chamber and, therefore, conditions for the efficient collection of ions are created inside the chamber.
  • the walls of the electric chamber that is, the electrostatic electrode, must ensure the deposition of radionuclides on them (including, for example, together with dust) from the inside in order to ensure that alpha particles of beta particles and / or gamma - emissions resulting from the decay of radionuclides inside the electric chamber - that is, the electric chamber must be open to ambient air (in other words, the ionization chamber, the volume of which is formed by the electric chamber, must and to be an open air ionization chamber).
  • the electrostatic electrode can be made not of a continuous material, but of a porous, mesh, fabric material or element or a material or element with holes (such material or element can be made using metal or metallization).
  • a porous, mesh, fabric material or element or a material or element with holes such material or element can be made using metal or metallization.
  • Such material may allow passage of not only alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation into the chamber, but also the radionuclides and / or radioactive dust themselves.
  • This can be a porous film, mesh, fabric, sheet material with holes, mainly made using metal or metallization, for example, surface.
  • a grid made using metal has special advantages, since it, on the one hand, effectively creates an electric field for collecting radionuclides on the wires forming a grid, and on the other hand, has sufficiently large cells in comparison with the particle sizes of dust, radionuclides, and ions DPR and the like, through which radionuclides can enter the ionization chamber.
  • Part of the radionuclides (on microparticles or on their own) attracted by the electric field of the electrostatic electrode in the form of a grid will fly into the holes of the grid, fall into the chamber and continue to be under the influence of the electric field that the grid creates, but now the field will be directed back side. Consequently, radionuclides will slow down and be directed towards the grid, its wires, of which the grid is made, and settle on them from the inside.
  • the use of the grid allows radionuclides to enter the inner side of the ionization chamber, so that alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can move inside the ionization chamber (those radionuclides that have settled on the outside of the chamber practically cannot emit alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation into the chamber, since these radiation propagate in a straight line and their entry into the chamber is prevented by wires, which radionuclides settle on the outside).
  • the large cell size (relative to the size of the ions, dust particles, alpha particles and beta particles) provides fewer delayed radionuclides, alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and, consequently, a higher hit rate radionuclides, alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation into the ionization chamber.
  • an excessively large cell size worsens the electrostatic shielding conditions of the chamber’s concentrating electrode, which worsens the signal-to-noise ratio on the chamber’s concentrating electrode, and therefore, the cell sizes must be selected in accordance with the configuration of the ionization chamber and the voltage value to ensure efficient collection of radionuclides and registration alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation.
  • the electrostatic electrode may be an electric chamber that limits the volume of the ionization chamber in which several concentrating electrodes are placed.
  • FIG. 2 shows an electrostatic electrode 204 made using a grid and, preferably, metal (for example, in the form of a metal grid), in the form of an elongated electric chamber (i.e., a parallelepiped).
  • metal for example, in the form of a metal grid
  • elongated electric chamber i.e., a parallelepiped
  • two, three can be installed inside the electric chamber (but still near the electrostatic electrode forming the electric chamber, at a distance of no more than the mean free path of alpha particles and / or beta particles and / or the propagation distance of gamma radiation) , six or another number of concentrating electrodes in the form of wires in one or more rows.
  • the thickness of the wires for example, diameter
  • the thickness of the wires for example, diameter
  • the thickness of the wires can be several millimeters or fractions millimeters, for example, less than 3 mm, 2.5 mm, 2 mm, 1, 5 mm, 1 mm, 0.5 mm, 0.1 mm and more than a few microns, for example, 5 microns, 10 microns, 25 microns, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m.
  • electric chambers can be made, forming, in particular, the volume of ionization chambers, in each of which (or near) one or more concentrating electrodes can be placed.
  • the electrostatic electrodes forming these electric chambers can be electrically interconnected, which makes it possible to use DC voltage for all of them with a single high voltage module, or they can be completely separate electrostatic electrodes with separate DC voltage sources. Any of the above options allows both to increase the area of the electrostatic electrode (including division into several), which increases the efficiency and sensitivity of the device, and to provide conditions for the efficient collection of ions, necessary for the implementation of the principle of operation of the ionization chamber, for the entire or most of the area electrostatic electrode.
  • alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can be used as directly concentrating electrode, and other electrodes or sensors.
  • concentrating electrodes firstly, there is no need to place additional electrodes or sensors, and secondly, the potential on the concentrating electrode, necessary to create conditions for the efficient collection of ions, will attract ions formed by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation during flight under such conditions, and, accordingly, accumulate, i.e.
  • a charge amplifier is connected with it in a preferred embodiment, which converts the amount of charge at the input to voltage or the current at the output, and the change in charge at the input, respectively, to the change in voltage or output current.
  • the charge amplifier can be made in accordance with known from the prior art structural solutions, for example, using an operational amplifier with a high-impedance input.
  • the charge amplifier may be located next to the concentrating electrode (or another sensor or electrode used to detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation on ion tracks) to provide the best noise immunity.
  • the charge amplifier can also be located, for example, also inside the electric chamber (i.e., essentially inside the ionization chamber) or on the other side of the board opposite the electric chamber (for example, a concentration electrode).
  • the charges / changes in charges from these electrodes are mainly amplified by separate charge amplifiers, since the combination of charges from the concentrating electrodes will lead to a decrease in the output signal of the charge amplifier, since ions will be collected by one of the concentrating electrodes and when the charge is combined It will be distributed to all of these electrodes.
  • the charge when flowing from the concentrating electrodes to the place of association, the charge must pass through the conductor, which will induce interference coming to the input of the amplifier and, as a result, amplify.
  • the currents and / or voltages at the outputs of the charge amplifiers can be combined and / or processed separately (for example, amplified, filtered, used to determine alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, etc. .) with further consolidation of the data, in which the losses are insignificant in comparison with the values of the currents / voltages themselves.
  • interference at the input of the amplifiers is practically not induced if the amplifiers are located next to the electrodes from which the charge is removed (for example, concentrating ones), and the noise induced at the outputs of the amplifiers is significantly reduced or even eliminated due to the low output impedance of the amplifiers (in particular, operating amplifiers).
  • the signal from the sensor 304 installed near the electrostatic electrode 303 is supplied to the processing unit 305, where it is amplified by an amplifier 351 and processed by the processing module 352.
  • the sensor 304 may be, as described above, a semiconductor sensor, a Geiger-Muller counter, an ionization chamber or a concentration electrode of the ionization chamber, as well as other electrodes / sensors installed in the ionization chamber and / or near the electrostatic electrode.
  • the amplifier 351 may be a charge amplifier or a high-resistance voltage follower in the case of using an ionization chamber in accordance with the above options.
  • a charge amplifier can be included in the ionization chamber sensor, since the sensor in the form of an electrode, for example, a concentrating one, gives a signal in the form of a charge / charge change, which must be converted into currents / voltages and / or their changes.
  • a charge amplifier may be considered necessary to implement the functions of such a sensor and, therefore, can be considered part of it, although in general it is a separate element from the sensor.
  • the amplifier 351 is designed to amplify the sensor signal to the level that is necessary for efficient processing in the processing module 352. It can be performed using various components and various circuitry solutions known from the prior art, for example using separate elements, such as transistors, integrated elements, such as operational amplifiers, or to be integrated in a processing module (for example, such as a processor or controller).
  • the amplifier can, in addition to amplification, perform the functions of limiting, filtering, inverting, transforming the waveform and / or changing the parameter of the electrical process used as a signal carrier, i.e., at least part of the functions of the processing module.
  • Processing module 352 is intended for processing, converting signals and / or obtaining, based on the characteristics and parameters of the data signals, for example, events of detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, frequency and intensity of alpha decays and / or beta decays and / or gamma radiation, radionuclide radioactivity, for example, radonuclide / radon and / or radon / toron DPR, as well as the concentration and / or volumetric activity of radionuclides (all of these indicators can be determined, one or some of them in various combinations).
  • the received data can be output or transmitted to external devices or elements / components.
  • the signal from the sensor usually requires preliminary processing before it can be used to extract data on alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. This is due to the fact that the signals corresponding to the indicated particles and / or radiation can be small in magnitude and contain noise and interference.
  • the device in accordance with the present invention is intended to be included in an electrical network, in which a lot of interference of various origins is usually observed. This can be impulse noise, periodic interference with different frequencies, noise, interference, etc.
  • an electrostatic electrode Since an electrostatic electrode is supplied with a constant voltage component relative to one or more connecting electrodes, these interference and noise are partially reproduced in the electric field created by the electrostatic electrode.
  • the electric field acts on the sensor and, therefore, in the signal from the sensor there will be a noise and interference component, having its origin from the electric network.
  • the noise and noise present in the network When applying a high voltage to the electrostatic electrode, formed, for example, by multiplying the mains voltage, the noise and noise present in the network will also be amplified and, as a result, will have a significant amplitude.
  • Reducing this interference and noise component is possible in several ways (techniques). According to one of the methods, it is possible to reduce the level of interference and noise falling on the electrostatic electrode, for example, from the network. Filtering, for example, band-pass, low-pass, etc., can be used for this. Filter elements / components, such as RC circuits, capacitances, inductors (inductors), can be installed in the power supply, in particular in the high voltage module, for example, in a voltage converter, at its input or output, before the input of the power supply or at its output, for example, between a power supply and an electrostatic electrode, or between connecting electrodes and a power supply.
  • Filter elements / components such as RC circuits, capacitances, inductors (inductors)
  • inductors inductors
  • filtering Another way to reduce interference and noise in the sensor signal is filtering.
  • This can be bandpass, low-frequency, high-frequency, matched, and other types of filtering.
  • Such filtering can be carried out in a pre-amplifier before being fed to the processing module or in the processing module itself, for example, using filter elements / components, such as RC circuits, capacitors, inductances (inductors), etc., or, for example, using digital filtering.
  • the signals produced by the sensor as a result of the appearance of an alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation and / or an ion track generated by these particles and / or radiation usually have quite characteristic shapes and other characteristic characteristics when processing signals can be applied and will mainly give fairly good results correlation processing and / or matched filtering based on the use of the waveform.
  • These types of processing can be carried out as separate elements / components, for example, as part of a processing module, or digitally, for example, if the processing module contains or is a controller or processor.
  • Signal processing using features of the waveform generated by the alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation and / or the ion track can significantly reduce those components in the signal that have a shape different from the waveform caused by alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation and / or ion track, which increases the likelihood of detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or distinguishing between these particles and / or radiation , since in the filtered signal by Olsha parts remain only components originating from alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation.
  • Joint processing is possible at different stages, for example, at the stage of filtering or isolating components caused by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, including due to the peculiarities of the shape of the device’s responses to said particles and / or radiation , and / or after detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by comparing the detection facts or certain parameters to confirm their validity.
  • the above methods for processing sensor signals can reduce not only the interference and noise that have their origin in the electrical network, but also from other sources.
  • any device including amplifiers create their own noise, which also require suppression.
  • Some types of elements / components are also prone to create characteristic noise and interference.
  • the electrostatic electrode of the ionization chamber due to the supply of a high constant voltage to it, has a microphone effect (this is especially true for the electrostatic electrode as a part of the ionization chamber used as (in conjunction with) a sensor).
  • the electrostatic electrode has a large surface, which is necessary to increase the efficiency (sensitivity) of the device, and, therefore, perceives mechanical influences on it, including sound vibrations of air.
  • These effects lead to changes in the electric field in the sensor region, which are quite large due to the high electric field strength generated by the electrostatic electrode in order to increase the probability of the deposition of charged particles from air, including radon DPR and create conditions for the efficient collection of ions .
  • the high sensitivity of the device in accordance with the present invention allows to reduce the area of the electrostatic electrode and, due to this, to reduce the microphone effect, however, to completely eliminate it, additional signal processing in the processing unit is mainly required.
  • additional signal processing in the processing unit is mainly required.
  • the above types of processing can be used, such as filtering (band-pass, low-frequency, high-frequency, etc.), correlation processing and matched filtering, etc.
  • the above-described types of signal processing of the sensor increase the reliability of the detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. At the same time, they are not required to implement the device if it is used in conditions where noise and interference are minimal or absent. However, under ordinary domestic conditions, such treatment is desirable and, in some cases, necessary.
  • the described types of processing are not exhaustive and other types known from the prior art or developed specifically for this device can be used. All these types of processing can be carried out either individually or jointly in various combinations, sequentially or in parallel.
  • Another type of processing performed by the processing unit, in particular, the processing module, is the direct detection (determination) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. It is carried out on a signal that may be pre-processed or not processed using methods known from the prior art.
  • the detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can be performed using the threshold method, when the fact of the passage of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation near (in the region) of the sensor is determined when the signal exceeds the processed signal values (for example, by correlation processing or matched filtering) of the specified threshold.
  • a common type of detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation is the construction of histograms by the magnitude of the peaks in the signal. This allows you to determine the energy characteristics of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or the type of radionuclides that became the source of these particles and / or radiation. Peaks and / or other characteristic features / parameters can be determined both in the processed signal and not processed.
  • Detection can be carried out both directly the sensor signal, and the processed signal.
  • signal processing for the determination (detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, signal processing such as integration, differentiation, logarithm, and others known from prior art and / or newly developed for the present device.
  • the data obtained from the determination (detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation mainly represent the frequency (number of particles / radiation per unit time) of the appearance of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation near the sensor and / or, for example, in the ionization chamber and, in some cases, may contain data on the characteristics of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, such as energy and the like.
  • These primary data on alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation provide additional data characterizing radionuclides at / near the electrostatic electrode and / or sensor.
  • estimates of the composition of radionuclides, their concentration and / or activity, and others can be obtained. Further, taking into account the characteristics of the device for collecting radionuclides from ambient air, the volumetric activity / concentration of radionuclides can be determined.
  • radionuclides in air usually include radon and / or DPR of radon
  • the above characteristics of radionuclides can reflect and / or contain the DPR characteristics of radon and / or radon itself.
  • DPR of radon and / or radon can be released from all radionuclides, for example, according to energy characteristics, waveform, frequency of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, or in other ways, including taking into account environmental conditions etc.
  • the characteristics of radon itself can be determined, for example, its concentration or volumetric activity. This can be done in various ways, for example, according to the composition of radon DPR or the average radon DPR activity divided by a coefficient reflecting the ratio of the radon DPR activity to radon itself.
  • processing module 352 is a processor or controller (or several pieces) and can carry out the above and other types of processing digitally in accordance with the program / instructions, which can be stored in a memory that is an element separate from the processor or controller or included in it structure.
  • the controller or processor may include not only a processing module, but also amplifiers and other elements.
  • the processed data mainly representing the result of processing the sensor signal in the processing unit, and / or the sensor signal can be supplied to the communication module 306, in which they can be transmitted, for example, by radio communication through the antenna 361.
  • the communication module may not carry out radio communication, but transmit / exchange data via wired, optical and other communication channels, including jointly or in addition to the radio channel.
  • data transmission / exchange via the radio frequency communication channel is currently inexpensive, affordable and widespread, which makes it possible to use the device in accordance with the present invention for a wide range of users.
  • the communication module may be a cellular module, communication in accordance with the standards of Bluetooth, Wi-Fi, NFC and others, or any other valid communication module.
  • Data and / or sensor signal can be transmitted to a data processing server or to a database, to a user terminal, such as a telephone, smartphone or any other.
  • Data and / or signal transmission can also be carried out by wire, if the device provides such an opportunity.
  • a device may have a connector for connecting to an external device, which may be a telephone, smartphone, or any other device.
  • the connector may be connected to a communication module for such data and / or communication signal transmission.
  • the connector may be a USB connector (as indicated earlier, it can also be used to supply power).
  • Sensor data and / or signal may transmitted directly or averaged over a given period of time.
  • the communication module may be configured to receive and / or transmit control signals.
  • the communication module may receive control signals from external devices, such as a user terminal or server, and transmit them to the processing unit.
  • the control signals may contain instructions, codes or programs that may be executed by the processing module. In this way, it is possible to set or change the processing parameters of the sensor signal or the processed data.
  • the processing unit may control the indicator and / or power supply in accordance with the received control signals.
  • the processing unit may in some cases be able to control the module control the output voltage and, thereby, connect and disconnect an external device.
  • the external device is a fan or air conditioner
  • the device can automatically bring them into an active state in order to reduce the level (concentration, activity) of radionuclides, for example, radon and / or its DPR, when it reaches a predetermined threshold and deactivate them when it decreases the level (concentration, activity) of radionuclides, for example, radon and / or its DPR, to an acceptable level.
  • the concentration (activity) of radon and / or its DPR or radionuclides in general
  • the communication module may receive control signals from the processing unit and transmit them to external devices.
  • a communication module may transmit control signals via infrared or other radiation to other external devices, such as, for example, fans, air conditioners, and the like. It also provides the ability to automatically control the operation of such devices in order to maintain the level (concentration, activity) of radon and / or its DPR (or radionuclides in general) within specified limits similar to the above option except that a wired connection to a device in accordance with the present invention is optional.
  • the communication module comprises an infrared radiation source, such as, for example, an infrared emitting diode, that is, an infrared emitting diode (in some embodiments, the communication module may be an infrared emitting diode). Due to the fact that the transmission of control signals via the infrared channel is very common, the presence of such a possibility in this device provides the ability to control various devices without establishing a connection and, in some cases, even without setting the settings that provide such control.
  • an infrared radiation source such as, for example, an infrared emitting diode, that is, an infrared emitting diode (in some embodiments, the communication module may be an infrared emitting diode). Due to the fact that the transmission of control signals via the infrared channel is very common, the presence of such a possibility in this device provides the ability to control various devices without establishing a connection and, in some cases, even without setting the settings that provide such control.
  • a device can transmit control signals in accordance with one, several or all available standards of control signals, and devices that can reach infrared radiation can be sensed using infrared radiation sensors (for example, an infrared photodiode) and perform actions and / or commands given by control signals. Due to this, the device in accordance with the present invention can control the operation of such devices as, for example, fans, air conditioners, climate control, systems for maintaining indoor climatic conditions so as to change the content of radionuclides, for example, radon and its DPR, in the air by inflow and / or air exhaust. This provides the ability to automatically maintain safe indoor conditions.
  • infrared radiation sensors for example, an infrared photodiode
  • the device in accordance with the present invention can control the operation of such devices as, for example, fans, air conditioners, climate control, systems for maintaining indoor climatic conditions so as to change the content of radionuclides, for example, radon and its DPR, in the air by inflow and
  • An additional advantage of the present invention is that the emitting IR diode can have a large power and, therefore, emit a powerful stream of infrared radiation. Since infrared radiation is usually well reflected, it is not necessary to direct the IR diode to the infrared radiation sensor in the controlled device. This provides greater freedom in the installation of the device in accordance with the present invention, which may be necessary, since the electrical outlet can be located in places where there is no possibility of direct transmission of infrared radiation from the source to the receiver.
  • the emitting IR diode as a source, has no power restrictions due to the fact that the present device is connected to the electric network and there are no restrictions on the power consumption characteristic of devices with autonomous (that is, not connected to the electric network, for example, battery) power due to the small energy reserve of an autonomous power source and the need to ensure a long service life.
  • the distinguishing feature of the present invention the need to connect to an electrical network - provides the ability not only to implement an effective and sensitive device that collects radionuclides from the air, including radon DPR, and determines the activity (concentration) of radionuclides in air (including, for example , and radon), but also the possibility of using a high-power emitting IR diode, which makes it possible to control devices by means of infrared radiation in practice from any location of the device.
  • the processing unit may control external devices in accordance with the received control signals, thereby providing remote control of the connection of the external device to the network through the device in accordance with the present invention.
  • the communication module can receive control signals from one external device and transmit them to other external devices. This can provide remote control and data exchange or transmission, for example, with the aim of monitoring the situation and / or preserving predetermined conditions, for example, the environment.
  • control signals using a source of infrared radiation can be carried out not only in the device in accordance with the present invention, but also in any other devices for determining the content of radionuclides in the air, including in determination devices radon / thoron content, as well as in any other devices connected to the electrical network.
  • any of the above control options can be implemented, including the described options using infrared radiation sources (including IR diodes), and all the above-described advantages provided by them.
  • the processed data mainly representing the result of processing the sensor signal in the processing unit, and / or the sensor signal can be sent to an indicator 307, which can display the signal level, registration events of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or characteristics obtained by processing the signal in the processing module 352.
  • the indicator may be a single element, a ruler or a matrix of elements that can emit light or change the reflection characteristics or light transmission. For example this there can be LED, liquid crystal and any other elements that allow you to visually display data or a signal.
  • the indicator can visually (light) display the facts of the determination (registration, detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or the speed of registration (detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation per unit time and / or concentration (activity) of radionuclides (for example, radon and / or its DPR) in ambient air.
  • the indicator may contain a sound element configured to provide sound signals for sound displaying the facts of registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, frequency or intensity of radiation, dangerous levels of concentration or activity of radionuclides, radon , radiation, etc.
  • the indicator light in some cases may contain elements designed to display letters, numbers and other characters.
  • individual indicator elements can be point elements (round, square, and other forms of small size elements) that can display letters, numbers, and other symbols when assembled into matrices.
  • the indicator in some cases can transmit control signals. This is possible in cases where the display and / or sounding elements can display and / or sound control signals in the form necessary for receiving these signals by the receiving devices.
  • the indicator in addition to displaying data in the visible light range, the indicator (or its individual elements) may have the ability to emit in the infrared range, which is traditionally used to transmit control signals.
  • Such an implementation of the indicator can eliminate the need for an additional communication module and, thereby, reduce the size and weight of the device.
  • the data and / or sensor signal may be stored in the device memory.
  • the device memory can be permanently installed in the device or removable, for example, a memory card or flash drive.
  • the device can be equipped with appropriate connectors, for example, a USB connector or memory card connectors, such as SD, CF, MMS and others of any format / size.
  • a USB connector or memory card connectors such as SD, CF, MMS and others of any format / size.
  • the transfer of data obtained during signal processing, or the sensor signal itself, from the processing unit is not necessary for the implementation of the present invention, since this data or signal can be stored in the memory of the processing unit and retrieved from it, including in cases where the processing unit is turned off or in an inactive state, that is, formally without data or signal transmission by the processing unit.
  • the processing unit may transmit control signals based on the results of processing the signal or data, and not the data or signal itself.
  • control signals or data can be transmitted to an electrical connector, via an infrared emitter or a radio module, regardless of whether or not there is a receiver of the transmitted signal. This can be convenient in cases where it is not provided or there is no possibility of establishing a communication channel with feedback.
  • the transmission, display and / or storage of data and / or signal can be carried out individually (for example, one of these actions) or together in various combinations.
  • Data from the processing unit and / or the sensor signal (directly from the sensor or through the processing unit) can be transmitted and / or displayed and / or stored directly or averaged over a specified period of time (for example, 1, 5, 10, 15, 30 minutes, 1, 2, 3, 4, 6, 12 hours, one or several days, a week or more). Averaging can reduce the amount of information transmitted.
  • the power supply 302 advantageously comprises a low voltage module 322. 7 000934
  • the low voltage module is configured to supply less than the voltage between the connecting electrodes of the connecting element to the respective blocks and modules.
  • These modules and units usually require constant or pulsed power supply of constant polarity, and several power voltages and / or different signs may be required.
  • the low voltage module is preferably an AC voltage rectifier with a stabilizer of its magnitude.
  • the rectifier and / or voltage regulator can be included in the processing unit, its modules or components, as well as in the communication module and / or indicator, and therefore, in some embodiments, the low voltage module can only lower the input voltage.
  • the low voltage module can be connected to the connecting electrodes and receive input voltage from the electrical network. In other embodiments, the low voltage module may receive input voltage from the high voltage module.
  • the low-voltage module may be absent if the processing unit, communication module and / or indicator are supplied from autonomous power sources, such as electrical elements (including galvanic, electrochemical, light, thermal, electromechanical and others), batteries, accumulators, etc.
  • autonomous power sources such as electrical elements (including galvanic, electrochemical, light, thermal, electromechanical and others), batteries, accumulators, etc.
  • the low voltage supply module is not a mandatory element for the implementation of the present invention, since the processing unit, communication module, indicator and / or other low-voltage elements / components of the device can perform their functions without it, for example, as described above, due to power from autonomous power supplies.
  • the presence of a low-voltage module in the power supply unit (or, in other words, providing power for the processing unit, communication module, indicator and / or other low-voltage elements / components of the device with the power supply unit) eliminates the need to replace autonomous power sources.
  • the power supply performs its functions mainly only when connected to an electric network.
  • the device may, in some embodiments, comprise rechargeable autonomous power sources, such as, for example, batteries, ionistors, and the like, which can ensure the functioning of the device or its parts without being connected to the network, however, they are necessary only to ensure that some functions are performed in the disconnected off network condition, such as data storage, set time, etc.
  • the main advantage of the present invention namely, that the electric potential on the electrostatic electrode has a constant component relative to surrounding objects, including the electric network, earth, walls (often made of reinforced concrete and grounded), is provided when connected to the electric network.
  • connection of elements, components, blocks, modules, wires and other objects mentioned in the application can be carried out either directly, galvanically, or by other elements or components that change the transmitted signal, voltage or current in the part that does not affect the implementation of the essence invention in a particular connection, but not changing or changing within the permissible limits the transmitted signal, voltage or current in the part that affects the implementation of the essence of the invention Ia a particular compound.
  • a connection through resistance can change the signal level, but its shape remains the same, and connection through a capacitance may not transmit a constant component of a signal, voltage or current, but it transmits a variable component. All such compounds are included in the scope of the invention if they do not alter its essence.
  • the program module can be placed on any type of storage medium, such as RAM (Random Access Memory, Random Access Memory), flash memory, ROM (Read Only Memory, EPROM (Erasable Programmable ROM, Erasable Programmable read-only memory), EEPROM (Electronically Erasable and Programmable ROM, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), register, hard disk, removable disk or CD (Compact Disk, CD-ROM).
  • RAM Random Access Memory
  • Random Access Memory Random Access Memory
  • flash memory read Only Memory
  • ROM Read Only Memory
  • EPROM Erasable Programmable ROM, Erasable Programmable read-only memory
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • register hard disk, removable disk or CD (Compact Disk, CD-ROM).
  • the storage medium is connected to the processor so that the processor can read and write information from and to the storage medium.
  • the storage medium may also be integrated into the processor.
  • the storage medium and processor can also be performed on the ASIC (specialized chip) located in the device, or in the form of discrete components.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Proposed is a device for determining the content (presence) of radionuclides in ambient air. The device comprises an electrostatic electrode open to the ambient air; a sensor of alpha-particles and/or beta-particles and/or gamma-rays, which is disposed adjacent to the electrostatic electrode; a processing unit, intended for processing a sensor signal; two or more connecting electrodes, connected to an electrical network; and a power supply unit. The power supply unit provides a constant electrical voltage on the electrostatic electrode relative to the connecting electrodes, exceeding the constant component and/or the actual value of a variable component of a voltage between the connecting electrodes. The technical result consists in enhancing the sensitivity and effectiveness of determining radionuclide content in ambient air, reducing the dimensions and mass of a device, and removing components necessary for creating an airflow, for instance pumps, fans, etc.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В  DEVICE FOR DETERMINING THE CONTENT OF RADIONUCLIDES IN
ВОЗДУХЕ  AIR
Область техники, к которой относится изобретение FIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к устройствам для определения The present invention relates to devices for determining
(регистрации, детектирования) содержания (например, наличия) радионуклидов, т.е. радиоактивных изотопов, т.е. нуклидов, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад, в воздухе около устройств, в частности, дочерних продуктов распада (ДПР) радона и самого радона, а также в некоторых вариантах определения ряда параметров содержания радионуклидов в окружающем воздухе, например, частоты их распада, концентрации и/или объемной активности. (registration, detection) of the content (e.g., availability) of radionuclides, i.e. radioactive isotopes, i.e. nuclides whose nuclei are unstable and undergo radioactive decay in the air near devices, in particular, daughter decay products (DPR) of radon and radon itself, as well as in some variants of determining a number of parameters of the content of radionuclides in ambient air, for example, their decay frequency, concentration and / or bulk activity.
Уровень техники State of the art
Из патента RU2008694 известно устройство для определения содержания в воздухе такого радионуклида, как радон, путем регистрации альфа-частиц, испускаемых дочерними продуктами распада радона, также представляющими собой радионуклиды. Устройство содержит воздушную камеру, в которой размещен детектор альфа-частиц. Воздух подается в камеру через аэрозольный фильтр. Камера выполнена в виде складывающихся телескопических колец, благодаря которым она может складываться и расправляться, обеспечивая, тем самым, подачу воздуха внутрь камеры (т.е. камера выполняет также роль насоса).  A device for determining the airborne content of a radionuclide such as radon is known from the patent RU2008694 by detecting alpha particles emitted by daughter radon decay products, which are also radionuclides. The device comprises an air chamber in which an alpha particle detector is located. Air is supplied to the chamber through an aerosol filter. The chamber is made in the form of folding telescopic rings, thanks to which it can be folded and expanded, thereby ensuring air supply into the chamber (i.e., the chamber also acts as a pump).
Для обеспечения достаточной чувствительности и точности измерений камера должна иметь достаточно большие размеры. В частности, минимальный характерный линейный размер камеры, такой как высота или диаметр, для обеспечения минимальной работоспособности устройства должен быть более 30 мм, а для реализации потенциально возможной чувствительности камера должна иметь размер от 80 до 120 мм или более.  To ensure sufficient sensitivity and accuracy of measurements, the camera should have a sufficiently large size. In particular, the minimum characteristic linear size of the camera, such as height or diameter, must be more than 30 mm to ensure the minimum operability of the device, and in order to realize the potential sensitivity, the camera must have a size of 80 to 120 mm or more.
Одним из основных его недостатков, препятствующих его широкому применению в качестве бытового прибора, являются большие размеры описанного устройства, необходимые для обеспечения достаточной чувствительности. Вследствие этого они занимают большой объем в помещении и не всегда могут быть размещены в нем ввиду ограничений на пространство, доступное для размещения оборудования, или вследствие противоречия интерьерным условиям или требованиям дизайна. Другим важным недостатком устройства из уровня техники является необходимость обеспечения притока воздуха из окружающего пространства в воздушную камеру. В указанном устройстве это может осуществляться за счет того, что камера, выполненная в виде складывающихся телескопических колец, может складываться, тем самым уменьшая свой объем и выталкивая воздух изнутри наружу, и раскладываться, благодаря чему ее объем увеличивается и обеспечивается поступление воздуха снаружи внутрь. В других устройствах из уровня техники это может обеспечиваться с помощью вентиляционных систем или насосов, которые также увеличивают массу и размеры устройств и/или создают ограничения на возможные места установки таких устройств. One of its main drawbacks that prevent its widespread use as a household appliance is the large size of the described device, which is necessary to ensure sufficient sensitivity. As a result of this, they occupy a large amount of space in a room and may not always be placed in it due to restrictions on the space available for equipment placement, or due to a conflict with interior conditions or design requirements. Another important disadvantage of the device of the prior art is the need to ensure the flow of air from the surrounding space into the air chamber. In this device, this can be done due to the fact that the camera, made in the form of folding telescopic rings, can be folded, thereby reducing its volume and pushing the air from the inside out, and expand, so that its volume increases and air is supplied from the outside to the inside. In other devices of the prior art, this can be achieved using ventilation systems or pumps, which also increase the mass and size of the devices and / or create restrictions on the possible installation locations of such devices.
Обеспечение притока воздуха с помощью механически перемещающихся устройств ухудшает массогабаритные показатели устройств определения ионизирующих излучений и частиц, приводит к повышенной стоимости таких устройств и снижению их надежности.  Ensuring the flow of air with the help of mechanically moving devices degrades the overall dimensions of the devices for determining ionizing radiation and particles, leads to an increased cost of such devices and a decrease in their reliability.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности (эффективности) и/или уменьшение размеров устройств, предназначенных для определения (регистрации, детектирования) содержания радионуклидов в воздухе и, в некоторых вариантах, определения (оценки) ряда параметров, например, частоты распада, концентрации и/или объемной активности радона/торона в окружающем воздухе. Важными факторами, которые учитываются при решении этой задачи, являются стоимость, масса и надежность устройства.  The objective of the present invention is to increase the sensitivity (efficiency) and / or reduce the size of devices designed to determine (record, detect) the content of radionuclides in the air and, in some embodiments, determine (evaluate) a number of parameters, for example, decay frequency, concentration and / or volumetric activity of radon / thoron in ambient air. Important factors that are considered when solving this problem are the cost, weight and reliability of the device.
Задача настоящего изобретения решается с помощью устройства для определения радионуклидов в окружающем воздухе, включающего в себя: по меньшей мере, один электростатический электрод, установленный с обеспечением возможности попадания на него радионуклидов из воздуха около устройства (т.е. открытый для окружающего воздуха); по меньшей мере, один датчик, установленный с обеспечением возможности детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучения, испускаемых радионуклидами на электростатическом электроде и/или около электростатического электрода (т.е. расположенный около электростатического электрода не дальше, чем длина пробега альфа-частиц и/или бета-частиц); блок обработки, выполненный с возможностью получения и обработки сигнала датчика; по меньшей мере, два соединительных электрода, выполненных с возможностью электрического соединения с электрической сетью; и блок питания, выполненный с возможностью получения электрического напряжения с соединительных электродов и подачи, по меньшей мере, на один из электростатических электродов электрического напряжения с постоянной составляющей относительно одного или нескольких соединительных электродов, абсолютное значение которой больше абсолютного значения постоянной составляющей (в т.ч. для сетей постоянного напряжения) и/или переменной составляющей (например, ее среднеквадратического значения, в т.ч. для сетей переменного напряжения) напряжения между соединительными электродами. The object of the present invention is achieved by a device for detecting radionuclides in ambient air, including: at least one electrostatic electrode mounted to allow radionuclides to enter from air near the device (i.e., open to ambient air); at least one sensor mounted to allow detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides on the electrostatic electrode and / or near the electrostatic electrode (i.e. located near the electrostatic electrode no further than the mean free path of alpha particles and / or beta particles); a processing unit configured to receive and process the sensor signal; at least two connecting electrodes made with the possibility of electrical connection with the electric network; and a power unit configured to receiving electrical voltage from the connecting electrodes and supplying at least one of the electrostatic electrodes of electric voltage with a constant component relative to one or more connecting electrodes, the absolute value of which is greater than the absolute value of the DC component (including for DC networks) and / or a variable component (for example, its rms value, including for alternating voltage networks) the voltage between the connecting electrodes.
В предпочтительном варианте осуществления постоянная составляющая электрического напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов по абсолютной величине имеет значение не менее ЗООВ и не более ЗОООВ (возможно не более 2500В) или не менее 500В (возможно не менее 600В) и не более 2000В, предпочтительно не менее 1000В и не более 1500В.  In a preferred embodiment, the constant component of the electrical voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes in absolute value has a value of not less than 3 CB and not more than 3 CB (possibly not more than 2500V) or not less than 500V (maybe not less than 600V) and not more than 2000V, preferably not less than 1000V and not more than 1500V.
Датчик в предпочтительном варианте выполнен в виде, по меньшей мере, одной ионизационной камеры. В преимущественном варианте реализации устройства, по меньшей мере, один электростатический электрод является одним из электродов, по меньшей мере, одной открытой воздушной ионизационной камеры.  The sensor is preferably made in the form of at least one ionization chamber. In an advantageous embodiment of the device, the at least one electrostatic electrode is one of the electrodes of at least one open air ionization chamber.
В некоторых вариантах осуществления устройство может включать в себя модуль связи, выполненный с возможностью передачи сигнала датчика и/или результатов (события пролёта частиц, интервалы времени между событиями, количество событий в заданном интервале времени, уровень активности и т.п.) обработки сигнала датчика в блоке обработки. В частных вариантах осуществления устройство может включать в себя модуль связи, выполненный с возможностью получения и/или передачи сигналов управления. Модуль связи может содержать излучающий инфракрасный диод и быть выполненным с возможностью передачи сигналов управления посредством излучающего инфракрасного диода.  In some embodiments, the device may include a communication module configured to transmit a sensor signal and / or results (particle transit events, time intervals between events, the number of events in a given time interval, activity level, etc.) of processing the sensor signal in the processing unit. In private embodiments, the device may include a communication module configured to receive and / or transmit control signals. The communication module may include a radiating infrared diode and be configured to transmit control signals by means of a radiating infrared diode.
С помощью настоящего изобретения достигается такой технический результат, как повышение чувствительности (эффективности) устройства при сохранении или уменьшении его габаритов. В другой формулировке этот технический результат может быть представлен как уменьшение габаритов устройства при сохранении или повышении его чувствительности (эффективности) определения (регистрации, детектирования) содержания радионуклидов в окружающем воздухе, в т.ч. за счет регистрации альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучения, испускаемых радионуклидами (например, ДПР радона или непосредственно радоном), собранными на электростатический электрод, и, в некоторых вариантах, определения ряда параметров, например, частоты распада, концентрации и/или объемной активности радионуклидов (например, радона) в окружающем воздухе. Using the present invention, such a technical result is achieved as increasing the sensitivity (efficiency) of the device while maintaining or reducing its dimensions. In another formulation, this technical result can be represented as a decrease in the dimensions of the device while maintaining or increasing its sensitivity (efficiency) in determining (recording, detecting) the content of radionuclides in ambient air, including by detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides (for example, radon or direct radon), collected on an electrostatic electrode, and, in in some embodiments, determining a number of parameters, for example, decay frequency, concentration and / or volumetric activity of radionuclides (e.g. radon) in ambient air.
Технический результат настоящего изобретения достигается за счет того, что устройство в соответствии с настоящим изобретением более эффективно, по сравнению с уровнем техники, обеспечивает осаждение радионуклидов, таких как радон, ДПР радона и других, на элементы устройства, что приводит к большему количеству детектируемых (регистрируемых) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, испускаемых радионуклидами, в единицу времени за счет большего количества радионуклидов, осевших на элементы устройства. В результате удается более точно определить частоту распадов, концентрацию (объемную активность) радионуклидов и, в частности, радона, на которые указывает, в том числе, количество или активность его ДПР.  The technical result of the present invention is achieved due to the fact that the device in accordance with the present invention more efficiently, in comparison with the prior art, provides the deposition of radionuclides, such as radon, DPR radon and others, on the elements of the device, which leads to more detectable (recorded ) alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides per unit time due to the greater number of radionuclides deposited on the elements of the device. As a result, it is possible to more accurately determine the frequency of decays, the concentration (volumetric activity) of radionuclides and, in particular, radon, which are indicated, inter alia, by the amount or activity of its DPR.
Кроме того, обеспечивается непрерывное определение содержания радионуклидов в окружающем воздухе и определение их характеристик, поскольку радионуклиды продолжают осаждаться на элементы устройства в то время как уже осевшие радионуклиды испускают альфа-частицы и/или бета-частиц и/или гамма- излучение, детектируемые настоящим устройством.  In addition, continuous determination of the content of radionuclides in the ambient air and determination of their characteristics is ensured, since the radionuclides continue to be deposited on the elements of the device while already settled radionuclides emit alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation detected by this device .
Более эффективное осаждение радионуклидов (в т.ч. таких как радон и ДПР радона) на элементы устройства достигается за счет того, что электрический потенциал электростатического электрода имеет постоянную составляющую относительно окружающей обстановки, в частности, электрической сети. Благодаря такому потенциалу электрическое поле, создаваемое электростатическим электродом, медленнее ослабевает в зависимости от расстояния и, следовательно, имеет напряженность, достаточную для обеспечения осаждения радионуклидов на элементах устройства в соответствии с настоящим изобретением, из большего объема окружающего воздуха по сравнению с уровнем техники.  A more effective deposition of radionuclides (including such as radon and radon DPR) on the elements of the device is achieved due to the fact that the electric potential of the electrostatic electrode has a constant component relative to the environment, in particular, the electrical network. Due to this potential, the electric field created by the electrostatic electrode weakens more slowly depending on the distance and, therefore, has a voltage sufficient to ensure the deposition of radionuclides on the elements of the device in accordance with the present invention, from a larger volume of ambient air compared with the prior art.
Другим техническим результатом настоящего изобретения является то, что для определения характеристик содержания радионуклидов (в т.ч. радона и его ДПР) в окружающем воздухе, таких как частота распадов, концентрация, объемная активность, не требуются элементы, обеспечивающие приток воздуха, такие как насосы, вентиляторы и т.п., что приводит к уменьшению размеров, массы и стоимости устройства, а также повышению его надежности, поскольку для определения содержания радионуклидов в воздухе нет необходимости вводить воздух в прибор, а достаточно ввести в прибор радионуклиды или микрочастицы с осевшими на них радионуклидами из воздуха. Дополнительным техническим результатом является обеспечение безопасности эксплуатации устройства в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, в частных вариантах удается дополнительно снизить стоимость устройства при использовании в качестве датчика ионизационной камеры (или, другими словами, при выполнении электростатического электрода в виде одного из электродов ионизационной камеры, размещенной около датчика, в качестве которого преимущественно используется концентрирующий электрод ионизационной камеры). Another technical result of the present invention is that to determine the characteristics of the content of radionuclides (including radon and its DPR) in the ambient air, such as decay frequency, concentration, volumetric activity, does not require elements that provide air flow, such as pumps , fans, etc., which leads to a decrease in the size, mass and cost of the device, as well as an increase in its reliability, since it is not necessary to introduce air into the device to determine the content of radionuclides in the air, but rather o introduce radionuclides or microparticles into the device with radionuclides deposited on them from the air. An additional technical result is the safe operation of the device in accordance with the present invention. In addition, in private versions, it is possible to further reduce the cost of the device when using an ionization chamber as a sensor (or, in other words, when performing an electrostatic electrode in the form of one of the electrodes of an ionization chamber placed near the sensor, which mainly uses a concentration electrode of the ionization chamber) .
Достижение всех вышеперечисленных технических результатов стало возможным за счет объединения электростатической ловушки (выполненной в виде электростатического электрода) и датчика альфа-частиц (преимущественно выполненного в виде ионизационной камеры) в составе детекторе радионуклидов, подключаемого к электрической сети. Благодаря этому удается исключить необходимость насоса при обеспечении эффективного осаждения радионуклидов, таких как дочерние продуктов распада (ДПР) радона и других, на электростатическую ловушку - это позволяет уменьшить стоимость, массу и размеры устройства при одновременном обеспечении достаточной чувствительности. Применение ионизационной камеры позволяет исключить дорогостоящие датчики альфа-частиц (pin-диоды, счетчики Гейгера-Мюллера).  Achieving all of the above technical results was made possible by combining an electrostatic trap (made in the form of an electrostatic electrode) and an alpha-particle sensor (mainly made in the form of an ionization chamber) as part of a radionuclide detector connected to an electric network. Due to this, it is possible to eliminate the need for a pump while ensuring the effective deposition of radionuclides, such as daughter products of decay (DPR) of radon and others, into an electrostatic trap - this reduces the cost, weight and size of the device while ensuring sufficient sensitivity. The use of an ionization chamber eliminates expensive alpha particle sensors (pin diodes, Geiger-Mueller counters).
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 показан общий вид устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.  In FIG. 1 shows a general view of a device in accordance with one embodiment of the invention.
На фиг. 2 показана монтажная плата с компонентами устройства в соответствии с возможным вариантом реализации изобретения.  In FIG. 2 shows a circuit board with components of a device in accordance with a possible embodiment of the invention.
На фиг. 3 показана блок-схема устройства согласно одному из возможных вариантов выполнения изобретения.  In FIG. 3 shows a block diagram of a device according to one possible embodiment of the invention.
Осуществление изобретения The implementation of the invention
Далее настоящее изобретение описывается более подробно с использованием прилагающихся фигур. Упоминаемые в описании фигуры, также как и само описание, представлены исключительно в целях пояснения настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема и/или сущности изобретения, которые определяются формулой изобретения. В то же время признаки, указанные в описании и/или изображенные на фигурах, при необходимости могут быть внесены в формулу изобретения с целью обеспечения патентоспособности. Further, the present invention is described in more detail using the accompanying figures. The figures referred to in the description, as well as the description itself, are presented solely for the purpose of explaining the present invention and are not intended to limit the scope and / or essence of the invention, which are defined by the claims. At the same time, the characteristics indicated in the description and / or depicted in the figures, when Necessities may be included in the claims in order to ensure patentability.
Хотя фигуры предназначены для пояснения одного и того же изобретения, представленные на них объекты не обязательно совместимы, дополняют или составляют часть друг друга, так как могут относиться к разным вариантам осуществления, пояснение которых позволит с большей ясностью понять сущность изобретения. В то же время при некоторых условиях они могут комбинироваться, совмещаться, дополнять, составлять часть друг друга или представлять собой изображения объектов, реализующих единый вариант осуществления изобретения.  Although the figures are intended to explain the same invention, the objects presented therein are not necessarily compatible, complement or form part of each other, as they may relate to different embodiments, the explanation of which will make it possible to more clearly understand the essence of the invention. At the same time, under certain conditions, they can be combined, combined, complement, form part of each other or represent images of objects that implement a single embodiment of the invention.
Слова «содержащий», «включающий в себя», «имеющий», «содержит», The words “comprising”, “including”, “having”, “contains”,
«включает в себя», «состоит», «имеет», «входит в состав» и т.п., используемые при охарактеризовании изобретения, являются синонимичными и не ограничивают состав устройства, его компонентов/элементов, признаков, составных частей и т.п., а также не указывают на обязательность наличия других признаков и не исключают возможности наличия других компонентов/элементов, признаков, составных частей и т.п., в том числе и не упомянутых, если только обратное не отмечено в описании. “Includes”, “consists”, “has”, “is part of”, etc. used to characterize the invention are synonymous and do not limit the composition of the device, its components / elements, features, components, etc. p., and also do not indicate the mandatory presence of other signs and do not exclude the possibility of the presence of other components / elements, signs, components, etc., including those not mentioned, unless the contrary is noted in the description.
В описании могут быть представлены различные термины, характеризующие одни и те же элементы/компоненты устройства или их свойства, в качестве синонимов. Однако надо учитывать то, что некоторые синонимы могут обеспечивать различающийся объем охраны при указании их в формуле изобретения, что может быть использовано с целью обеспечения патентоспособности путем замены синонимов или ввода признаков в формулу в виде того или иного синонима.  In the description can be presented various terms that characterize the same elements / components of the device or their properties, as synonyms. However, it should be borne in mind that some synonyms can provide a different scope of protection when specifying them in the claims, which can be used to ensure patentability by replacing synonyms or entering features in the formula in the form of one or another synonym.
Далее при описании изобретения упоминаются ДПР радона, которые представляют собой, также как и сам радон, радионуклиды. При этом необходимо понимать, что помимо ДПР радона устройство в соответствии с настоящим изобретением может определять содержание в воздухе других радионуклидов помимо ДПР радона, например ДПР торона и другие. Однако ввиду того, что ДПР радона и радон являются радионуклидами, обычно имеющими наибольшую концентрацию (объемную активность) в воздухе, описание возможных вариантов осуществления и принципа действия устройства выполнено по отношению к ДПР радона.  Further, when describing the invention, reference is made to the DPR of radon, which are, like radon itself, radionuclides. It is necessary to understand that in addition to the radon DPR, the device in accordance with the present invention can determine the content in the air of other radionuclides in addition to radon DPR, for example, Toron DPR and others. However, in view of the fact that radar and radon DPR are radionuclides that usually have the highest concentration (volumetric activity) in air, a description of possible embodiments and the principle of the device’s operation is performed with respect to radon DPR.
Кроме того, поскольку наиболее удобным способом определения ДПР радона является регистрация альфа-частиц, испускаемых ДПР радона, то устройство и процесс детектирования описаны по отношению к альфа-частицам, хотя для определения содержания могут использоваться и другие испускаемые частицы (такие как бета-частицы) и излучения (такие как гамма-излучение и рентгеновское излучение). In addition, since the most convenient way to determine the radar DPR is to detect alpha particles emitted by radon DPR, the device and the detection process are described with respect to alpha particles, although other emitted particles can be used to determine the content (such as beta particles) and radiation (such as gamma radiation and x-rays).
На фиг. 1 показан общий вид устройства для определения (регистрации, детектирования) содержания радионуклидов в окружающем воздухе в соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения. В показанном на фиг. 1 варианте осуществления изобретения устройство размещено в корпусе 101. Корпус преимущественно выполнен с использованием диэлектрического материала, например пластика или полимера, с целью обеспечения электрической защиты.  In FIG. 1 shows a general view of a device for determining (recording, detecting) the content of radionuclides in ambient air in accordance with one possible embodiment of the invention. As shown in FIG. 1 of the embodiment of the invention, the device is housed in a housing 101. The housing is preferably made using a dielectric material, such as plastic or polymer, in order to provide electrical protection.
В других вариантах осуществления изобретения устройство может не иметь корпуса или располагаться в корпусах и/или полостях, образуемых другими объектами, не входящими в состав устройства, но с которыми устройство может соединяться (механически и/или электрически) или с которыми оно может располагаться рядом. В то же время использование корпуса, полностью (с оговоркой для электростатического электрода, см. далее), частично или с некоторых сторон вмещающего/закрывающего элементы/компоненты устройства в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает механическую и/или электрическую защиту как самого устройства, так и окружающих объектов, в том числе и живых существ, к которым относятся люди и животные.  In other embodiments of the invention, the device may not have a housing or be housed in housings and / or cavities formed by other objects that are not part of the device, but with which the device can connect (mechanically and / or electrically) or with which it can be located next to it. At the same time, the use of the housing, fully (subject to the electrostatic electrode, see below), partially or on some sides of the enclosing / closing elements / components of the device in accordance with the present invention provides mechanical and / or electrical protection of both the device itself and surrounding objects, including living creatures, which include humans and animals.
В показанном на фиг. 1 варианте осуществления корпус 101 имеет на одной стороне (задней) соединительный элемент 102, который представляет собой электрическую вилку для включения в розетку электрической сети, с которой образует штепсельное соединение. Соединительный элемент 102 в виде вилки содержит два соединительных электрода 121 в виде двух штырей, которые при вводе в розетку электрической сети соединяются гнездами (клеммами) розетки, электрически соединенными с проводами или другими электропроводящими токонесущими элементами электрической сети. Благодаря такому штепсельному соединению обеспечивается надежное механическое и электрическое соединение штырей и гнезд розетки, в результате чего напряжение электрической сети надежно передается в соединительный элемент 102 и устройство в соответствии с настоящим изобретением в целом.  As shown in FIG. 1 of the embodiment, the housing 101 has on one side (back) a connecting element 102, which is an electric plug for plugging into an electrical outlet with which it forms a plug connection. The plug connector 102 includes two connector electrodes 121 in the form of two pins that, when inserted into an electrical outlet, are connected by sockets (terminals) of the outlet electrically connected to wires or other electrically conductive current-carrying elements of the electrical network. Due to this plug connection, a reliable mechanical and electrical connection of the pins and sockets of the socket is ensured, as a result of which the voltage of the electrical network is reliably transmitted to the connecting element 102 and the device in accordance with the present invention as a whole.
Широкая распространенность подобных штепсельных соединений вилка- розетка обеспечивает возможность подключения устройства к электрической сети практически в любом доме, помещении или пространстве, снабженном электрической сетью с розетками. В то же время необходимо учитывать, что существует несколько стандартов таких штепсельных соединений. В показанном на фиг. 1 варианте вилка примерно соответствует евростандарту, хотя могут быть использованы вилки и других стандартов (например, США или других стран) в зависимости от того, для использования в каких странах или для включения в какие розетки предназначено устройство. The widespread occurrence of such plug-in-socket connections allows the device to be connected to the electrical network in almost any house, room or space equipped with an electrical network with sockets. At the same time, it must be borne in mind that there are several standards for such plug connections. As shown in FIG. 1 option, the plug roughly corresponds to the European standard, although there may be plugs and other standards are used (for example, the USA or other countries), depending on which countries are used or which plugs the device is intended for.
Кроме того, на фиг. 1 вилка имеет два штыря, но соединительный элемент может иметь большее количество соединительных электродов в зависимости от стандарта. В частности, вилка евростандарта может иметь электроды с боков корпуса (электроды заземления) в дополнение к двум штырям в основании корпуса, а вилки некоторых стандартов могут содержать три или более штырей в основании корпуса. Все эти возможные модификации входят в объем изобретения при условии, что соединительный элемент содержит не менее двух соединительных электродов и выполнен с возможностью электрического соединения с электрической сетью с использованием указанных не менее двух соединительных электродов.  In addition, in FIG. 1 plug has two pins, but the connecting element may have a larger number of connecting electrodes, depending on the standard. In particular, the European standard plug may have electrodes on the sides of the housing (ground electrodes) in addition to two pins in the base of the housing, and forks of some standards may contain three or more pins in the base of the housing. All of these possible modifications are included in the scope of the invention, provided that the connecting element contains at least two connecting electrodes and is made with the possibility of electrical connection with the electric network using the specified at least two connecting electrodes.
В других возможных вариантах осуществления изобретения соединительный элемент может содержать или представлять собой два или более соединительных электрода, которые могут быть как штырями, так и другими электропроводящими объектами. Например, соединительные электроды могут представлять собой клеммы, зажимы, разъемы, контактные площадки для соединения (механическими, термическими (в т.ч. в некоторых вариантах пайкой), химическими или другими подходящими способами) с проводами или другими электропроводящими объектами, входящими в состав электрической сети или соединяющими/соединяемыми с ней.  In other possible embodiments of the invention, the connecting element may comprise or comprise two or more connecting electrodes, which may be either pins or other electrically conductive objects. For example, the connecting electrodes can be terminals, clamps, connectors, pads for connecting (mechanical, thermal (including soldering in some embodiments), chemical or other suitable methods) with wires or other electrically conductive objects that make up the electrical networks or connecting / connecting to it.
Например, в одном из вариантов устройство может представлять собой розетку электрической сети или входить в состав такой розетки. В этом случае соединительный элемент будет представлять собой основание розетки, на/в котором размещены соединительные электроды, например, в виде разъемов, примером которых могут служить винтовые (резьбовые) зажимы для подводящих проводов электрической сети, а корпусом может считаться изолирующий элемент, накрывающий функциональную часть розетки в случае накладной розетки или закрывающий ее в случае вставляемой (встраиваемой) розетки.  For example, in one embodiment, the device may be a power outlet or a part of such an outlet. In this case, the connecting element will be the base of the socket, on / in which the connecting electrodes are placed, for example, in the form of connectors, an example of which are screw (threaded) clamps for the supply wires of the electric network, and an insulating element covering the functional part can be considered a case outlets in the case of an overhead outlet or closing it in the case of a plug-in (built-in) outlet.
Такое исполнение устройства обеспечивает то, что оно не выделяется в помещении или любом другом месте, где могут быть установлены розетки электрической сети, в результате чего нет необходимости подключать в розетку еще одно устройство в соответствии с настоящим изобретением и, соответственно, розетка остается свободной для использования, а внешний вид остается таким, каким он задумывался до установки устройства в соответствии с настоящим изобретением. This embodiment of the device ensures that it does not stand out in a room or any other place where electrical outlets can be installed, as a result of which there is no need to connect another device in accordance with the present invention and, accordingly, the outlet remains free to use and the appearance remains the same what he thought before installing the device in accordance with the present invention.
В другом возможном варианте устройство может соединяться с электрической сетью с помощью кабеля (проводов, шнура), выполненного с возможностью соединения одном из концов с электрической сетью тем или иным образом (например, путем установки на нем вилки для включения в розетку) и соединенного или соединяемого другим концом с соединительными электродами устройства, представляющими собой, например, зажимы, разъемы или любые другие подходящие элементы.  In another possible embodiment, the device can be connected to the electric network using a cable (wires, cord), made with the possibility of connecting one end to the electric network in one way or another (for example, by installing a plug on it for plugging into an outlet) and connected or connected the other end with the connecting electrodes of the device, which are, for example, clamps, connectors or any other suitable elements.
В таком случае обеспечивается возможность перемещения устройства в соответствии с настоящим изобретением в пределах, допускаемых длиной соединительного кабеля (проводов, шнура). Для реализации настоящего изобретения указанные кабель или шнур должны содержать не менее двух электропроводящих элементов (например, проводников или проводов).  In this case, it is possible to move the device in accordance with the present invention to the extent permitted by the length of the connecting cable (wires, cord). To implement the present invention, the specified cable or cord must contain at least two electrically conductive elements (for example, conductors or wires).
Во всех вышеописанных вариантах изобретение должно считаться осуществленным при наличии в устройстве двух или более соединительных электродов, входящих в состав или образующих соединительный элемент, поскольку наличие таких соединительных электродов позволяет обеспечить соединение устройства в соответствии с настоящим изобретением с электрической сетью.  In all of the above embodiments, the invention should be deemed to have been implemented if there are two or more connecting electrodes in the device that are part of or forming a connecting element, since the presence of such connecting electrodes makes it possible to connect the device in accordance with the present invention with an electrical network.
В корпусе устройства в соответствии с одним из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения также предусмотрен один (или более) дополнительный соединительный элемент, представляющий собой, например, розетку штепсельного соединения. Такая розетка может соответствовать евростандарту, или стандартам других стран (например, США) в зависимости от стандарта вилки, для включения которой в дополнительный соединительный элемент предназначено устройство.  In the housing of the device in accordance with one of the possible embodiments of the present invention also provides one (or more) additional connecting element, which is, for example, a socket of a plug connection. Such a socket may correspond to the European standard, or to the standards of other countries (for example, the USA) depending on the standard of the plug, for which the device is intended for inclusion in an additional connecting element.
Кроме того, вместо розетки или в дополнение к ней дополнительный соединительный элемент может представлять собой или содержать любой другой разъем или электроды, которые могут быть штырями, клеммами, зажимами, контактными площадками для соединения с проводами, соединительными элементами или другими электропроводящими объектами других приборов и устройств.  In addition, instead of the socket or in addition to it, the additional connecting element can be or contain any other connector or electrodes, which can be pins, terminals, clamps, pads for connecting with wires, connecting elements or other electrically conductive objects of other devices and devices .
Наличие такого дополнительного соединительного элемента обеспечивает возможность подключения к устройству в соответствии с настоящим изобретением других устройств и приборов, в результате чего к электрической сети может подключаться не только устройство в соответствии с настоящим изобретением, но и другие устройства. Таким образом, при наличии дополнительного соединительного элемента электрическая сеть (ее подводящие провода, разъем) не занимается только устройством в соответствии с настоящим изобретением, она может применяться для подачи электрического напряжения через него и для других устройств в том же месте без обеспечения дополнительного разъема в электрической сети. The presence of such an additional connecting element makes it possible to connect other devices and devices to the device in accordance with the present invention, as a result of which it can connect not only the device in accordance with the present invention, but also other devices. Thus, if there is an additional connecting element, the electric network (its supply wires, connector) does not deal only with the device in accordance with the present invention, it can be used to supply electric voltage through it and for other devices in the same place without providing an additional connector in the electric network.
Кроме того, при наличии дополнительного соединительного элемента устройство в соответствии с настоящим изобретением в одном из возможных вариантов может управлять подключением электродов дополнительного соединительного элемента к электродам соединительного элемента. Таким образом, устройство может управлять подачей электрического напряжения из электрической сети при подключении к ней с помощью соединительных электродов в дополнительный соединительный элемент и, тем самым, во внешний прибор или устройство которое может быть соединено с дополнительным соединительным элементом устройства в соответствии с настоящим изобретением. Для этого устройство в соответствии с изобретением может содержать коммутирующие элементы/компоненты (реле, тиристоры и др.), включенные между соединительными электродами и дополнительным соединительным элементом и управляемые либо пользователем, либо цепями управления.  In addition, if there is an additional connecting element, the device in accordance with the present invention in one of the possible options can control the connection of the electrodes of the additional connecting element to the electrodes of the connecting element. Thus, the device can control the supply of electrical voltage from the electrical network when connected to it using connecting electrodes in an additional connecting element and, thus, in an external device or device that can be connected to an additional connecting element of the device in accordance with the present invention. For this, the device in accordance with the invention may contain switching elements / components (relays, thyristors, etc.) connected between the connecting electrodes and the additional connecting element and controlled either by the user or by the control circuits.
Соединительный элемент и дополнительный соединительный элемент могут соответствовать одному и тому же стандарту штепсельного соединения, хотя и представляют собой разные типы соединительных элементов: в преимущественном варианте соединительный элемент является вилкой, а дополнительный соединительный элемент является розеткой. В такой конфигурации устройство в соответствии с настоящим изобретением является «повторителем розетки»: оно включается в розетку и само содержит такую же розетку или розетку, в которую может включаться вилка того же стандарта.  The connecting element and the additional connecting element can correspond to the same standard of the plug connection, although they are different types of connecting elements: in the preferred embodiment, the connecting element is a plug, and the additional connecting element is a socket. In this configuration, the device in accordance with the present invention is a “socket repeater”: it is plugged into a socket and itself contains the same socket or socket into which a plug of the same standard can be plugged.
В других вариантах осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением стандарты вилки и розетки могут различаться, что позволит включать внешние устройства, обладающие вилками одного стандарта, через устройство в соответствии с изобретением в розетки другого стандарта. Кроме того, могут различаться виды соединительного элемента и дополнительного соединительного элемента, т.е. одно из них может представлять собой одну из частей штепсельного разъема, а другое нет, или наоборот, либо ни одно из них может не быть частью штепсельного разъема. Такие конфигурации позволяют менять виды соединений, то есть устройство в соответствии с настоящим изобретением может служить переходником или адаптером. In other embodiments of the device in accordance with the present invention, the plug and socket standards may vary, allowing external devices having plugs of one standard to be connected through the device in accordance with the invention into sockets of another standard. In addition, the types of the connecting element and the additional connecting element, i.e. one of them may be one of the parts of the plug, and the other is not, or vice versa, or none of them may be part of the plug. Such configurations allow you to change the types of connections, then there is a device in accordance with the present invention can serve as an adapter or adapter.
Помимо передачи электрического питания без преобразования, устройство в соответствии с настоящим изобретением может преобразовывать ряд параметров электропитания, например, величину напряжения, из переменного напряжения в постоянное или наоборот, частоту напряжения и т.п. В частности, настоящее устройство в некоторых вариантах осуществления может выполнять функции блока питания, для чего оно помимо вилки для включения в электрическую сеть может содержать разъем (например, розетку или female разъем) с пониженным напряжением, величина которого может иметь стандартные величины (например, 3,3В, 5В, 6В, 9В, 12В и т.д.) или быть регулируемой. Например, это может быть USB- разъем с напряжением 5В, в который могут включаться соединительные кабеля для зарядки телефонов, смартфонов и т.п.  In addition to transmitting electrical power without conversion, the device in accordance with the present invention can convert a number of power supply parameters, for example, a voltage value, from an alternating voltage to a constant voltage or vice versa, a voltage frequency, and the like. In particular, the present device in some embodiments can perform the functions of a power supply, for which purpose, in addition to a plug for connection to an electric network, it can include a socket (for example, a socket or female connector) with a reduced voltage, the value of which can have standard values (for example, 3 , 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, etc.) or be adjustable. For example, it can be a 5V USB connector, which can include connecting cables for charging phones, smartphones, etc.
Также возможен вариант, когда виды соединительного элемента и дополнительного соединительного элемента одинаковы, но не являются штепсельными. Например, это могут быть соединения цокольного типа, использующего резьбовой способ закрепления (например, при ввинчивании электрической лампы в патрон). В других вариантах это могут соединения байонетного типа, штыкового и других известных в уровне техники типов. В соответствии с вышеприведенным описанием эти типы разъемов могут быть не только одинаковыми для соединительного элемента и дополнительного соединительного элемента, но и различаться или комбинироваться.  It is also possible that the types of the connecting element and the additional connecting element are the same, but are not plug-in. For example, it can be a base type connection using a threaded fastening method (for example, by screwing an electric lamp into a cartridge). In other embodiments, these may include bayonet type, bayonet type, and other types known in the art. In accordance with the above description, these types of connectors can be not only the same for the connecting element and the additional connecting element, but also differ or be combined.
В варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, показанном на фиг. 1 , корпус 101 содержит окно 104, представляющее собой вырез или несколько вырезов в стенке корпуса. Окно необходимо для того, чтобы частицы с ДПР радона, а также сам радон из воздуха, окружающего устройство в корпусе, могли попадать внутрь корпуса и осаждаться на электростатическом электроде. Благодаря окну электростатический электрод, размещенный в корпусе, является открытым для окружающего воздуха, то есть ДПР радона могут осаждаться на электростатическом электроде при подаче на него постоянного электрического потенциала или потенциала с постоянной составляющей.  In an embodiment of the device in accordance with the present invention shown in FIG. 1, the housing 101 comprises a window 104, which is a cutout or several cutouts in the wall of the housing. The window is necessary so that particles with radar DPR, as well as radon itself from the air surrounding the device in the housing, can fall into the housing and deposited on the electrostatic electrode. Thanks to the window, the electrostatic electrode located in the housing is open to ambient air, that is, radar DPRs can be deposited on the electrostatic electrode when a constant electric potential or potential with a constant component is applied to it.
В целом корпус не является обязательным элементом для устройства в соответствии с настоящим изобретением. Другие его элементы, обязательные для осуществления изобретения и указанные в независимом пункте формулы изобретения, могут размещаться в корпусах других устройств или в полостях, образуемых другими объектами или устройствами. Кроме того, элементы устройства, обязательные для осуществления настоящего изобретения, могут размещаться на открытом воздухе, т.е. без корпуса. В таких случаях электростатический электрод будет открытым, то есть доступным для окружающего воздуха и радионуклидов, в максимальной степени - окружающий воздух будет окружать электростатический электрод со всех сторон (за исключением, возможно, монтажной платы, на которой размещен электростатический электрод, если она предусмотрена). In general, the housing is not an essential element for the device in accordance with the present invention. Other elements necessary for the implementation of the invention and indicated in the independent claim may be placed in the housings of other devices or in cavities, formed by other objects or devices. In addition, the elements of the device required for the implementation of the present invention can be placed outdoors, i.e. without case. In such cases, the electrostatic electrode will be open, that is, accessible to ambient air and radionuclides, to the maximum extent - ambient air will surround the electrostatic electrode from all sides (with the possible exception of the circuit board on which the electrostatic electrode is placed, if one is provided).
Однако такое совершенно открытое расположение электростатического электрода, а также, возможно, и других элементов/компонентов устройства в соответствии с настоящим изобретением является небезопасным, поскольку высокие электрические напряжения, созданные/наведенные на электростатическом электроде и других элементах/компонентах устройства, таких как соединительные электроды, блок питания, соединительные проводники и другие, при включении устройства в электрическую сеть, могут быть опасными для жизни и здоровья людей и препятствовать нормальной эксплуатации или выводить из строя различные устройства и приборы в случае их касания таких элементов/компонентов настоящего устройства, находящихся под высоким напряжением.  However, such a completely open arrangement of the electrostatic electrode, as well as possibly other elements / components of the device in accordance with the present invention is unsafe, since the high electrical voltages generated / induced on the electrostatic electrode and other elements / components of the device, such as connecting electrodes, power supply, connecting conductors and others, when the device is connected to the electric network, can be dangerous to human life and health and may interfere s normal operation or disabling various devices and instruments in case of tangency of such elements / components of the present device, under high voltage.
В связи с опасностью полностью открытого расположения электростатического электрода необходимы меры по обеспечению электрической безопасности, заключающиеся в предотвращении возможности касания электростатического электрода и других элементов/компонентов устройства. В варианте, показанном на фиг. 1 , это обеспечивается помещением устройства в корпус 101 . Другие варианты обеспечения электрической безопасности, которые могут использованы как при наличии корпуса, так и без него, будут описаны далее.  In connection with the danger of the completely open location of the electrostatic electrode, measures are necessary to ensure electrical safety, which consists in preventing the possibility of touching the electrostatic electrode and other elements / components of the device. In the embodiment shown in FIG. 1, this is ensured by placing the device in the housing 101. Other options for ensuring electrical safety, which can be used both with and without a housing, will be described later.
Таким образом, электростатический электрод должен, с одной стороны, быть открытым для окружающего воздуха, а с другой стороны, он должен быть защищен от физического контакта с ним для людей и различных устройств. Помещение устройства в корпус предотвращает контакт с электростатическим электродом и другими элементами устройства, а открытость электростатического электрода обеспечивается в варианте на фиг. 1 с помощью окна 104.  Thus, the electrostatic electrode must, on the one hand, be open to the surrounding air, and on the other hand, it must be protected from physical contact with it for people and various devices. The placement of the device in the housing prevents contact with the electrostatic electrode and other elements of the device, and the openness of the electrostatic electrode is provided in the embodiment of FIG. 1 using window 104.
Поскольку окно 104 имеет размеры, достаточные для прохода через него и последующего контакта с электростатическим электродом частей тела или электропроводящих предметов, в окне 104 выполнены защитные полоски 141 , щели 142 между которыми, а также между полосками 141 и краем окна 104 в корпусе 101 обеспечивают открытость электростатического электрода, расположенного в корпусе за окном 104. Вместо полосок 141 могут применяться различные сетки, ткани, пленки и другие материалы, не препятствующие проходу радионуклидов (таких как ДПР радона и других) и/или взвешенных в воздухе частиц (например, пыли) с радионуклидами на них в корпус к электростатическому электроду. В других вариантах осуществления открытость электростатического электрода, расположенного в корпусе, окружающему воздуху может обеспечиваться отверстиями различных размеров и форм, в том числе щелей, вырезов и т.п. Since the window 104 has dimensions sufficient for passage through it and subsequent contact with the electrostatic electrode of body parts or electrically conductive objects, the protective strip 141 is made in the window 104, the slots 142 between them, and also between the stripes 141 and the edge of the window 104 in the housing 101 provide openness electrostatic electrode located in the housing outside the window 104. Instead of strips 141, various nets, fabrics, films and other materials can be used that do not impede the passage of radionuclides (such as radon and other radar) and / or airborne particles (eg dust) with radionuclides on them into the housing to the electrostatic electrode. In other embodiments, the openness of the electrostatic electrode located in the housing to the surrounding air may be provided by openings of various sizes and shapes, including slots, cutouts, and the like.
Далее со ссылками на фиг. 2 и 3 поясняется конструкция и принцип действия устройства в соответствии с изобретением. На фиг. 2 показана монтажная плата с компонентами устройства в соответствии с возможным вариантом реализации изобретения. Она может быть размещена в корпусе устройства, подобном показанному на фиг. 1. В то же время показанная плата может выполнять все функции устройства и в показанном виде, без корпуса, и представляет собой полноценное устройство, соответствующее настоящему изобретению.  Next, with reference to FIG. 2 and 3 illustrate the design and principle of operation of the device in accordance with the invention. In FIG. 2 shows a circuit board with components of a device in accordance with a possible embodiment of the invention. It can be housed in a device case similar to that shown in FIG. 1. At the same time, the board shown can perform all the functions of the device as shown, without the housing, and is a complete device in accordance with the present invention.
Плата 201 представляет собой монтажную плату, которая может быть выполнена из диэлектрического материала, например, в виде печатной платы с фольгированными дорожками. Плата 201 предназначена, с одной стороны, для закрепления на ней и электрического соединения соответствующим образом элементов/компонентов устройства, а с другой стороны, для закрепления в корпусе или на других объектах.  The board 201 is a circuit board, which can be made of dielectric material, for example, in the form of a printed circuit board with foil tracks. The board 201 is intended, on the one hand, for fastening to it and for connecting the elements / components of the device in an appropriate manner, and on the other hand, for fastening in the case or on other objects.
На плате 201 размещены два соединительных электрода 202, образующие соединительный элемент, в виде плашечных зажимов (groove clamps), в которые можно ввести и закрепить, например, провода, которые, в свою очередь, могут соединяться с вилкой штепсельного разъема для включения в электрическую сеть или являться проводами электрической сети сами по себе. В качестве электродов 202 могут использоваться другие виды зажимов, разъемов и соединителей, а также контактные площадки, оконцеватели проводов или непосредственно оголенные провода.  On the board 201 there are two connecting electrodes 202 forming the connecting element in the form of die clamps (groove clamps) into which, for example, wires can be inserted and secured, which, in turn, can be connected to the plug of the plug connector for inclusion in the electrical network or be wires of an electric network by themselves. As the electrodes 202, other types of clamps, sockets, and connectors can be used, as well as pads, wire terminators, or directly exposed wires.
При размещении монтажной платы 20 , представленной на фиг. 2, в корпусе 101 , показанном на фиг. 1 , соединительные электроды 202 монтажной платы 201 могут быть соединены с соединительными электродами 121 вилки 102 с помощью проводников. Это, однако, является частным вариантом реализации устройства, поскольку для реализации устройства не обязательно использовать монтажную плату, представленную на фиг. 2, и, в свою очередь, не обязательно использовать корпус, представленный на фиг. 1 , или корпус вообще, поскольку варианты выполнения устройства, показанные на фиг. 1 и 2 (а также на фиг. 3), приведены лишь для примера с целью пояснения и могут быть заменены или изменены, использованы по отдельности или совместно. When placing the circuit board 20 shown in FIG. 2, in the housing 101 shown in FIG. 1, the connecting electrodes 202 of the circuit board 201 can be connected to the connecting electrodes 121 of the plug 102 using conductors. This, however, is a particular embodiment of the device, since it is not necessary to use the circuit board shown in FIG. 2, and in turn, it is not necessary to use the housing shown in FIG. 1, or the housing in general, since the embodiments of the device shown in FIG. 1 and 2 (as well as in Fig. 3) are shown for illustrative purposes only and may be replaced or changed, used individually or in conjunction.
На монтажной плате 201 на фиг. 2 около соединительных электродов 202 расположен блок питания 203, электрически соединенный с соединительными электродами 202. При подключении устройства к электрической сети с помощью соединительных электродов электрическое напряжение через соединительные электроды 202 поступает в блок питания 203. Блок питания 203 состоит из двух модулей, один из которых является модулем высокого напряжения 231 , а другой модулем низкого напряжения 232.  On the circuit board 201 in FIG. 2, a power supply unit 203 is located near the connecting electrodes 202, electrically connected to the connecting electrodes 202. When the device is connected to the electric network using the connecting electrodes, the voltage is supplied through the connecting electrodes 202 to the power supply unit 203. The power supply unit 203 consists of two modules, one of which is a high voltage module 231 and another low voltage module 232.
Модуль высокого напряжения 231 соединен с соединительными электродами 202 и через них при подключении устройства к электрической сети в модуль 231 поступает электрическое напряжение. Модуль высокого напряжения 231 преобразует поступившее электрическое напряжение в постоянное электрическое напряжение или электрическое напряжение с постоянной (во времени) составляющей. Полученное электрическое напряжение с постоянной составляющей (постоянное напряжение является его частным случаем, когда имеется только постоянная составляющая, а переменные составляющие отсутствуют) из модуля высокого напряжения 231 подается на электростатический электрод 204.  The high voltage module 231 is connected to the connecting electrodes 202 and through them when the device is connected to the mains, the voltage 231 is supplied to the module 231. The high voltage module 231 converts the incoming electrical voltage into a constant electrical voltage or an electrical voltage with a constant (in time) component. The resulting electrical voltage with a constant component (constant voltage is its special case when there is only a constant component, and there are no alternating components) from the high voltage module 231 is supplied to the electrostatic electrode 204.
Наличие постоянной составляющей в напряжении между электростатическим электродом и одним или несколькими соединительными электродами и, преимущественно, ее величину можно определить несколькими способами. Формула средней величины напряжения, соответствующей постоянной составляющей, выглядит следую им образом:
Figure imgf000016_0001
The presence of a constant component in the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes and, mainly, its value can be determined in several ways. The formula for the average value of the voltage corresponding to the constant component looks as follows:
Figure imgf000016_0001
где Uc - среднее значение (постоянная составляющая) напряжения; Т - период времени, в течение которого осуществляется измерение (для периодических процессов - период повтора); u(t) - зависимость напряжения от времени. Численное интегрирование, позволяющее получить среднее напряжение в соответствии с приведенной формулой, возможно выполнить путем суммирования отсчетов аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с делением на количество просуммированных отсчетов (что соответствует периоду измерения, т.к. отсчеты берутся через определенные интервалы времени). where U c is the average value (constant component) of the voltage; T is the period of time during which the measurement is carried out (for periodic processes - the repetition period); u (t) is the dependence of voltage on time. Numerical integration, which allows to obtain the average voltage in accordance with the above formula, can be done by summing the samples of the analog-to-digital converter (ADC) divided by the number of summed samples (which corresponds to the measurement period, because the samples are taken at certain intervals of time).
Интегрирование возможно выполнить и с помощью электронных компонентов, объединенных в интегрирующие цепочки, известные из уровня техники. Например, для этого может использоваться RC-цепочка с постоянной времени, подобранной для снижения или устранения влияния периодического процесса на результат измерения. Результат на выходе такой интегрирующей цепи может быть измерен и использован для определения величины постоянной составляющей. Integration can also be accomplished using electronic components integrated into integrating circuits known in the art. For example, an RC chain with a constant time selected to reduce or eliminate the influence of the periodic process on the measurement result. The result at the output of such an integrating circuit can be measured and used to determine the magnitude of the DC component.
Интегрирующие цепочки представляют собой один из видов фильтров низкой частоты. Для определения постоянной составляющей могут быть использованы и другие фильтры низкой частоты, известные из уровня техники аналогичным образом. Кроме того, могут использоваться анализаторы спектра напряжения, которые в качестве одной из составляющих спектра выдают величину постоянной составляющей.  Integrating chains are a type of low-pass filter. Other low-pass filters known in the art in a similar manner can be used to determine the DC component. In addition, voltage spectrum analyzers can be used, which, as one of the components of the spectrum, provide a constant component value.
Постоянную составляющую напряжения возможно измерить непосредственно вольтметром постоянного напряжения в том случае, если напряжение между электростатическим электродом и одним из соединительных электродов постоянно (возможно с некоторой пульсирующей составляющей). Выполнение этого условия зависит от того, относительного какого соединительного электрода осуществляется измерение напряжения.  The constant component of the voltage can be measured directly with a DC voltmeter if the voltage between the electrostatic electrode and one of the connecting electrodes is constant (possibly with some pulsating component). The fulfillment of this condition depends on the relative which connecting electrode the voltage is measured.
Электрические сети, с которыми должны соединяться устройства в соответствии с настоящим изобретением (предпочтительно бытовые сети, выполненные в домах, офисах и других подобных помещениях), передают для бытовых потребителей преимущественно переменное напряжение на фазных проводах относительно нулевого провода или заземленного провода. При измерении напряжения между электростатическим электродом, на котором создан постоянный электрический потенциал, и нулевым (нейтральным) или заземленным проводом периодических колебаний напряжения не будет или они будут малы. Однако при измерении напряжения между электростатическим электродом и фазным проводом периодические колебания напряжения, передаваемые фазным проводом относительно нулевого или заземленного провода, будут вносить в измеряемое напряжение переменную составляющую, влияние которой на результат измерений зависит от соотношения измеряемого постоянного напряжения и амплитуды периодических колебаний напряжения, а также, возможно, от способа измерения.  The electrical networks to which the devices in accordance with the present invention are to be connected (preferably household networks made in homes, offices and other similar premises) transmit for household consumers mainly alternating voltage on the phase wires relative to the neutral wire or the grounded wire. When measuring the voltage between the electrostatic electrode, on which a constant electric potential is created, and a zero (neutral) or grounded wire, there will be no periodic voltage fluctuations or they will be small. However, when measuring the voltage between the electrostatic electrode and the phase wire, periodic voltage fluctuations transmitted by the phase wire relative to the neutral or grounded wire will introduce an alternating component into the measured voltage, the influence of which on the measurement result depends on the ratio of the measured constant voltage and the amplitude of the periodic voltage fluctuations, as well as possibly from a measurement method.
Помимо постоянной составляющей напряжение на электростатическом электроде может иметь и переменную составляющую, т.е. на электростатический электрод может быть подано не только постоянное напряжение, но и другие виды напряжений, представляющие собой комбинацию постоянной и переменной составляющих, например, это может быть пульсирующее напряжение и т.п. Переменная составляющая может наблюдаться в напряжении на электростатическом электроде относительно одного соединительного электрода (например, соединяемого с фазным проводом или нулевым или нейтральным или заземленным проводником) или относительно нескольких соединительных электродов при соединении их с электрической сетью. In addition to the DC component, the voltage at the electrostatic electrode can also have an AC component, i.e. not only a constant voltage can be applied to the electrostatic electrode, but also other types of voltages, which are a combination of constant and variable components, for example, it can be a ripple voltage, etc. A variable component can be observed in the voltage at the electrostatic electrode relative to one connecting electrode (for example, connected to a phase wire or a neutral or neutral or grounded conductor) or relative to several connecting electrodes when connected to an electric network.
В том случае, если модуль высокого напряжения формирует постоянное напряжение на электростатическом электроде относительно нулевого (нейтрального) и/или заземленного провода, относительно фазного провода на электростатическом электроде будет присутствовать переменная составляющая, поскольку фазный провод сам по себе переносит переменное напряжение. И наоборот, если модуль высокого напряжения формирует постоянное напряжение на электростатическом электроде относительно напряжения фазного провода, то это напряжение на электростатическом электроде будет содержать относительно нулевого и/или заземленного провода переменную составляющую напряжения, соответствующую переменному фазному напряжению. Если же переменная составляющая напряжения на электростатическом электроде не соответствует фазному напряжению, то переменные составляющие (в общем случае не совпадающие) напряжения на электростатическом электроде будут наблюдаться как относительно фазного провода, так и относительно нулевого и/или заземленного провода.  In the event that the high voltage module generates a constant voltage on the electrostatic electrode with respect to the neutral (neutral) and / or grounded wire, an alternating component will be present relative to the phase wire on the electrostatic electrode, since the phase wire itself transfers an alternating voltage. Conversely, if the high voltage module generates a constant voltage on the electrostatic electrode relative to the phase wire voltage, then this voltage on the electrostatic electrode will contain an alternating voltage component relative to the zero and / or grounded wire, corresponding to the alternating phase voltage. If the alternating component of the voltage at the electrostatic electrode does not correspond to the phase voltage, then the alternating components (in the general case, not coinciding) of the voltage at the electrostatic electrode will be observed both with respect to the phase wire and with respect to the neutral and / or grounded wire.
При подаче на электростатический электрод электрического напряжения с постоянной составляющей относительно, по меньшей мере, одного из соединительных электродов при подключении устройства к сети, в пространстве около электростатического электрода, а также в пространстве между электростатическим электродом и проводами электрической сети устанавливается электрическое поле с постоянной составляющей, соответствующей постоянной составляющей напряжения на электростатическом электроде относительно одного или более проводов (или других проводников, передающих ток и напряжение) электрической сети. Поскольку напряжение представляет собой разность потенциалов, то это означает, что электростатический электрод приобрел электрический потенциал с постоянной составляющей (или, в частном случае, постоянный электрический потенциал) относительно одного или более проводов электрической сети.  When applying an electric voltage with a constant component to the electrostatic electrode with respect to at least one of the connecting electrodes when connecting the device to the network, an electric field with a constant component is established in the space between the electrostatic electrode and the wires of the electric network, the corresponding DC component of the voltage across the electrostatic electrode with respect to one or more wires (or other x conductors transmitting current and voltage) of the electrical network. Since the voltage is a potential difference, this means that the electrostatic electrode has acquired an electric potential with a constant component (or, in a particular case, a constant electric potential) relative to one or more wires of the electric network.
Величина постоянной составляющей напряжения (по абсолютному значению) на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов преимущественно больше (по абсолютному значению) действующего значения или амплитуды переменной составляющей и/или постоянной составляющей (также по абсолютному значению) напряжения между соединительными электродами. В целях определения использования настоящего изобретения учитывается напряжение между каждыми соединительными электродами, если их больше двух. То есть, постоянная составляющая напряжения (ее абсолютное значение) на электростатическом электроде относительного одного или нескольких соединительных электродов должна сравниваться с действующей величиной или амплитудой переменной и/или постоянной составляющей (ее абсолютным значением) напряжения между соединительными электродами, которые могут подключаться к проводам электрической сети. В частности, для сравнения может браться напряжения между фазным и нулевым проводами, фазным и заземленным проводами, нулевым и заземленным проводами, если между ними есть напряжение. The magnitude of the DC component of the voltage (in absolute value) on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes is predominantly greater (in absolute value) the effective value or amplitude of the variable component and / or constant component (also in absolute value) of the voltage between the connecting electrodes. In order to determine the use of the present invention, the voltage between each connecting electrodes is taken into account, if there are more than two. That is, the constant component of the voltage (its absolute value) on the electrostatic electrode of the relative one or more connecting electrodes should be compared with the actual value or amplitude of the variable and / or the constant component (its absolute value) of the voltage between the connecting electrodes, which can be connected to the wires of the electric network . In particular, for comparison, voltages can be taken between phase and neutral wires, phase and ground wires, neutral and ground wires, if there is voltage between them.
В предпочтительном варианте напряжение на электростатическом электроде относительно определенного соединительного электрода сравнивается с напряжением между этим же определенным соединительным электродом и другим соединительным электродом. В то же время может учитываться напряжение и между соединительными электродами, отличающимися от указанного определенного соединительного электрода, если их больше двух. Выбор соединительных электродов для определения напряжения между ними и соединительного электрода для определения относительно него напряжения на электростатическом электроде зависит от методики, которая должна формироваться исходя из разумных исходных предпосылок. Напряжение на электростатическом электроде относительно нескольких соединительных электродов может определяться в тех случаях, когда постоянные составляющие потенциалов этих электродов одинаковы, или когда осуществляется перебор всех вариантов измерений для определения наличия указанного признака для каждого соединительного электрода.  In a preferred embodiment, the voltage at the electrostatic electrode with respect to a specific connecting electrode is compared with the voltage between the same defined connecting electrode and another connecting electrode. At the same time, the voltage between the connecting electrodes that are different from the specified specific connecting electrode can be taken into account, if there are more than two. The choice of connecting electrodes to determine the voltage between them and the connecting electrode to determine the voltage on the electrostatic electrode relative to it depends on the technique, which should be formed on the basis of reasonable initial assumptions. The voltage on the electrostatic electrode relative to several connecting electrodes can be determined in cases where the constant components of the potentials of these electrodes are the same, or when all measurement options are enumerated to determine the presence of the indicated characteristic for each connecting electrode.
Напряжение в зависимости от подключения измерительного прибора может иметь положительный или отрицательный знак. Указанные в настоящем описании величины напряжений и их составляющих, а также их соотношения преимущественно относятся к величине напряжения безотносительно его знака, то есть к величине напряжения по модулю (абсолютному значению). Таким образом, если указано, что постоянная составляющая напряжения между электростатическим электродом и одним или несколькими соединительными электродами больше напряжения (переменной и/или постоянной составляющих) между соединительными электродами, то это означает, что постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде может быть больше численного значения напряжения между соединительными электродами, если напряжения берутся со знаком «+», или меньше численного значения напряжения между соединительными электродами, если напряжения берутся со знаком «-». The voltage, depending on the connection of the measuring device, may have a positive or negative sign. The voltages and their components indicated in the present description, as well as their ratios, mainly relate to the magnitude of the voltage regardless of its sign, that is, to the magnitude of the voltage modulo (absolute value). Thus, if it is indicated that the DC component of the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes is greater than the voltage (variable and / or DC component) between the connecting electrodes, this means that the constant component of the voltage at the electrostatic electrode can be greater than the numerical value of the voltage between the connecting electrodes, if the voltages are taken with a "+", or less than the numerical value of the voltage between the connecting electrodes, if the voltages are taken with a "-".
Другими словами, постоянная составляющая потенциала электростатического электрода может быть больше постоянной составляющей потенциала одного или нескольких соединительных электродов на величину, превышающую численное значение напряжения (переменной и/или постоянной составляющих) между соединительными электродами, если напряжения берутся со знаком «+», или меньше постоянной составляющей потенциала одного или нескольких соединительных электродов на величину, превышающую численное (абсолютное) значение напряжения (переменной и/или постоянной составляющих) между соединительными электродами, если напряжения берутся со знаком «-».  In other words, the constant component of the potential of the electrostatic electrode can be greater than the constant component of the potential of one or more connecting electrodes by an amount exceeding the numerical value of the voltage (variable and / or constant components) between the connecting electrodes, if the voltages are taken with the “+” sign, or less than the constant component of the potential of one or more connecting electrodes by an amount exceeding the numerical (absolute) value of the voltage (variable and / or of constant components) between the connecting electrodes, if the voltages are taken with a “-” sign.
Таким образом, на электростатический электрод возможна подача напряжения как с положительной постоянной составляющей, так и с отрицательной. В предпочтительном варианте постоянная составляющая имеет отрицательный знак, для обеспечения эффективного осаждения заряженных частиц, взвешенных в воздухе. В том случае, если на электростатический электрод подано напряжение с отрицательной постоянной составляющей, то на него происходит осаждение ДПР радона (и, возможно, других радионуклидов), поскольку образование ДПР происходит в основном в виде ионов, образовавшиеся ионы имеют положительный заряд и притягиваются к электростатическому электроду с отрицательной постоянной составляющей электрического напряжения. В результате накопления ДПР получаемые показания становятся кумулятивными, поскольку датчик будет в основном определять альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения, испускаемые радионуклидами, осевшими на электростатическом электроде.  Thus, voltage can be applied to the electrostatic electrode both with a positive DC component and with a negative one. In a preferred embodiment, the constant component has a negative sign, to ensure effective deposition of charged particles suspended in air. In the event that a voltage with a negative DC component is applied to the electrostatic electrode, then DPR of radon (and, possibly, other radionuclides) is deposited on it, since the formation of DPR occurs mainly in the form of ions, the formed ions have a positive charge and are attracted to the electrostatic electrode with a negative DC component of the electrical voltage. As a result of the accumulation of the DPR, the readings obtained become cumulative, since the sensor will mainly detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides deposited on the electrostatic electrode.
Кумулятивные показания имеют преимущество перед некумулятивными в том, что они больше по величине, а значит устройство является более чувствительным, т.к. могут быть накоплены радионуклиды при их низкой концентрации в воздухе и благодаря этому получена оценка их концентрации, которую невозможно получить другими способами. Кроме того, устройство с определением содержания радионуклидов по накопленным радионуклидам, осевшим на электростатическом электроде, обеспечивает получение более точных данных. Если же на электростатический электрод подано напряжение с положительной постоянной составляющей, то ДПР радона (и, возможно, других радионуклидов) отталкиваются от электростатического электрода, поскольку, как отмечено ранее, они также имеют положительный заряд, и в результате датчик может основном определять только альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения, испускаемые отрицательно заряженными ДПР радионуклидов или радионуклидами, не имеющими заряда (например, радона). Такие радионуклиды могут быть как осевшими на электростатическом электроде, так и находящимися около электростатического электрода (например, внутри электрической камеры) после того, как поток частиц пыли и других микрочастиц увлек или перенес их к электростатическому электроду. Определение содержания радионуклидов в воздухе без накопления (некумулятивные показания) имеют преимущество в скорости получения показаний, т.к. не требуется время для накопления радионуклидов и получаемые данные относятся непосредственно к текущему моменту. Cumulative readings have an advantage over non-cumulative ones in that they are larger in size, which means the device is more sensitive, because radionuclides can be accumulated at their low concentration in air and due to this an estimate of their concentration is obtained, which cannot be obtained by other methods. In addition, a device for determining the content of radionuclides from the accumulated radionuclides deposited on the electrostatic electrode, provides more accurate data. If a voltage with a positive DC component is applied to the electrostatic electrode, then the DPR of radon (and, possibly, other radionuclides) are repelled from the electrostatic electrode, since, as noted earlier, they also have a positive charge, and as a result, the sensor can mainly detect only alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by negatively charged DPR radionuclides or radionuclides that do not have a charge (for example, radon). Such radionuclides can be either deposited on the electrostatic electrode, or located near the electrostatic electrode (for example, inside the electric chamber) after the flow of dust particles and other microparticles entrained or transferred them to the electrostatic electrode. Determination of the content of radionuclides in the air without accumulation (non-cumulative readings) have an advantage in the speed of reading, because no time is required for the accumulation of radionuclides and the data obtained are directly related to the current moment.
В то же время необходимо отметить, что помимо радона/торона в воздухе могут находиться и другие радионуклиды, которые могут осаждаться на частицы пыли или другие микрочастицы и/или образовывать с ними химические и другие виды связей. Поскольку заряд, приобретаемый частицами пыли или другими микрочастицами может быть как положительный, так и отрицательный, то и привлекаться к электростатическому электроду и осаждаться на нем радионуклиды могут при любом знаке напряжения, поданного на электростатический электрод. То есть при отрицательном потенциале на электростатическом электроде могут быть радионуклиды, не осевшие на этот электрод, а при положительном потенциале на электростатическом электроде могут быть радионуклиды, осевшие на этот электрод.  At the same time, it should be noted that in addition to radon / thoron, other radionuclides in the air can also be deposited on dust particles or other microparticles and / or form chemical and other types of bonds with them. Since the charge acquired by dust particles or other microparticles can be either positive or negative, radionuclides can be attracted to the electrostatic electrode and deposited on it at any sign of the voltage applied to the electrostatic electrode. That is, with a negative potential on the electrostatic electrode there may be radionuclides that have not settled on this electrode, and with a positive potential on the electrostatic electrode there may be radionuclides deposited on this electrode.
Необходимо отметить, что даже радионуклиды, имеющие электрический заряд, знак которого совпадает со знаком потенциала электростатического электрода, могут оседать на этот электрод или притягиваться к нему посредством создаваемого электростатическим электродом электрического поля в том случае, когда они осели на частицы пыли или другие микрочастицы, имеющие противоположный по знаку электрический заряд, превышающий по величине заряд радионуклида (предпочтительно в два и более раз).  It should be noted that even radionuclides having an electric charge, the sign of which coincides with the sign of the potential of the electrostatic electrode, can settle onto this electrode or be attracted to it by the electric field created by the electrostatic electrode when they are deposited on dust particles or other microparticles having opposite in sign electric charge, exceeding in magnitude the charge of the radionuclide (preferably two or more times).
Другими словами, датчик, установленный около электростатического электрода (на расстоянии не более длины пробега детектируемых альфа-частиц и/или бета-частиц и/или расстояния, на котором возможна эффективная регистрация гамма-излучений), может детектировать альфа-частицы и/или бета- частицы и/или гамма-излучения, испускаемые радионуклидами, которые оказались на электростатическом электроде и/или около электростатического электрода независимо от знака электрического потенциала, установленного на электростатическом электроде (зависящего от полярности напряжения, приложенного к нему). In other words, a sensor mounted near the electrostatic electrode (at a distance of not more than the mean free path of the detected alpha particles and / or beta particles and / or the distance at which an effective registration of gamma radiation), can detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides that are on the electrostatic electrode and / or near the electrostatic electrode regardless of the sign of the electric potential installed on the electrostatic electrode (depending from the polarity of the voltage applied to it).
Также необходимо отметить, что возможность попадания радионуклидов из воздуха около устройства на электростатический электрод кроме возможности испускания альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений радионуклидами на электростатическом электроде (например, осевшими на него) также подразумевает возможность испускания альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений радионуклидами около электростатического электрода, которые не успели осесть на этот электрод или не могу этого сделать в силу своей электронейтральности, или, например, если они сами являются продуктом радиоактивного распада радионуклидов, находившихся на электростатическом электроде или около него.  It should also be noted that the possibility of radionuclides entering from the air near the device onto the electrostatic electrode, in addition to the possibility of emitting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by radionuclides on the electrostatic electrode (for example, deposited on it) also implies the possibility of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by radionuclides near the electrostatic electrode, which did not have time to settle on this electrode or cannot do this due to its electroneutrality, or For example, if they are the product of radioactive decay of the radionuclides were on the electrostatic electrode or near it.
Наличие постоянной составляющей напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов, соединяемых с электрической сетью, имеет высокое значение по следующим причинам. Провода или проводники электрической сети обычно распределены в пространстве (например, в стенах помещения) и имеют постоянную составляющую электрического потенциала, близкую к потенциалу земли (здания, помещения), так как наличие постоянного напряжения между фазным проводом и землей (нулевым проводом, нейтралью), а также между нулевым проводом (нейтралью) и землей представляет собой неисправность сети, которую обычно стремятся устранить, а нулевой провод по нормативным требованиям преимущественно необходимо заземлять.  The presence of a constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes connected to the electric network is of high importance for the following reasons. The wires or conductors of the electric network are usually distributed in space (for example, in the walls of the room) and have a constant component of the electric potential close to the potential of the earth (building, premises), since there is a constant voltage between the phase wire and the ground (neutral wire, neutral), and also between the neutral wire (neutral) and the ground is a network fault, which usually seek to eliminate, and the neutral wire according to regulatory requirements, it is mainly necessary to ground.
В случае электрической сети, передающей постоянное напряжение, все описание, сделанное выше относительно электрических сетей с переменным напряжением, также верно за исключением того, что электрические сети с постоянным напряжением менее распространены, переменная составляющая напряжения на проводниках в них отсутствует или мала (много меньше постоянной составляющей), а ее проводники образуют протяженный (и иногда распределенный в пространстве) электрический диполь или конденсатор. Электрическое поле диполя быстро убывает в зависимости от расстояния, а средний потенциал, представляющий собой арифметическое среднее потенциалов проводников, может соответствовать потенциалу окружающей среды, например, при разнополярных потенциалах в проводниках, или отличаться от него на величину не более половины величины напряжения между проводниками. В последнем случае потенциал окружающей среды может постепенно изменяться в сторону среднего потенциала такой электрической сети. In the case of an electric network transmitting constant voltage, the entire description made above with respect to electric networks with alternating voltage is also true except that electric networks with constant voltage are less common, the alternating component of voltage on the conductors is absent or small (much less than constant component), and its conductors form an extended (and sometimes distributed in space) electric dipole or capacitor. The electric field of the dipole decreases rapidly depending on the distance, and the average potential, which is the arithmetic average of the potentials of the conductors, can correspond to the potential of the environment, for example, with bipolar potentials in the conductors, or differ from it by no more than half the magnitude of the voltage between the conductors. In the latter case, the environmental potential can gradually change towards the average potential of such an electrical network.
Это значит, что подачей на электростатический электрод постоянного напряжения (или постоянной составляющий напряжения) относительно проводов электрической сети как переменного, так и постоянного напряжения, осуществляется придание электростатическому электроду электрического потенциала, отличающегося от потенциала не только проводов электрической сети, но и всего окружающего пространства, что соответствует созданию уединенного заряда (без образующего диполь заряда другой величины или с другим знаком, расположенного рядом с электростатическим электродом в пределах устройства). Уединенный заряд формируется за счет создания на электростатическом электроде избытка электронов (формируется отрицательный заряд) или недостатка электронов (формируется положительный заряд).  This means that applying a constant voltage (or a constant component of voltage) to the electrostatic electrode relative to the wires of the electric network, both alternating and constant voltage, the electrostatic electrode is given an electric potential that differs from the potential of not only the wires of the electric network, but also the entire surrounding space, which corresponds to the creation of a solitary charge (without a dipole forming a charge of a different magnitude or with a different sign located next to the electric residual electrode within the device). A solitary charge is formed due to the creation of an excess of electrons on the electrostatic electrode (a negative charge is formed) or a lack of electrons (a positive charge is formed).
Благодаря уединенности относительно окружающей среды (например, стен и других элементов помещений) электрического заряда на электростатическом электроде, формирующего электрическое поле в окружающем пространстве, потенциал указанного электрического поля убывает обратно пропорционально расстоянию от электрода (в первой степени), а сила Кулона, действующая на заряды вокруг электростатического электрода, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от электрода (т.е. во второй степени).  Due to the solitude with respect to the environment (for example, walls and other room elements) of the electric charge on the electrostatic electrode, which forms an electric field in the surrounding space, the potential of the indicated electric field decreases inversely with the distance from the electrode (to the first degree), and the Coulomb force acting on the charges around the electrostatic electrode, decreases in inverse proportion to the square of the distance from the electrode (i.e., to the second degree).
Это выгодно отличает настоящее изобретение от уровня техники, в котором обычно используются дипольные электрические камеры, т.е. содержащие положительный и отрицательный электрод, между которыми прикладывается высокое напряжение, что приводит к формированию такого электрического поля, потенциал которого на расстояниях больше расстояния между электродами убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от камеры (т.е. во второй степени), а сила Кулона, действующая на заряды вокруг таких электрических камер, убывает обратно пропорционально кубу расстояния от камеры (т.е. в третьей степени).  This distinguishes the present invention from the prior art, in which dipole electric chambers are typically used, i.e. containing a positive and negative electrode, between which a high voltage is applied, which leads to the formation of an electric field whose potential at distances greater than the distance between the electrodes decreases inversely with the square of the distance from the camera (i.e., to the second degree), and the Coulomb force on charges around such electric cameras, decreases inversely with the cube of the distance from the camera (i.e., to the third degree).
Так как воздух неизбежно содержит взвешенные микрочастицы, представляющие собой, в том числе, пыль, то при установлении в пространстве между электростатическим электродом и проводами электрической сети электрического поля с постоянной составляющей пыль начнет притягиваться к электростатическому электроду, поскольку она легко электризуется при трении о воздух или благодаря другими механизмами и, значит, приобретает электрический заряд, на который в электрическом поле действует сила, перемещающая заряженные частицы, в т.ч. и пыль. Поскольку на пыль, вследствие ее электризации, также осаждаются радионуклиды (в том числе ДПР радона), это означает, что при осаждении пыли на открытый для окружающего воздуха электростатический электрод вследствие наличия у нее электрического потенциала с постоянной составляющей вместе с пылью на электрод осаждаются и радионуклиды, ранее осевшие на частицы пыли. Кроме того, радионуклиды, в том числе ДПР радона, могут осаждаться на электростатический электрод и самостоятельно, без помощи пыли или других частиц. Since air inevitably contains suspended microparticles, which are, among other things, dust, when it is established in the space between the electrostatic electrode and the wires of the electric network of an electric field with a constant component, the dust will be attracted to electrostatic electrode, since it is easily electrified by friction against air or due to other mechanisms and, therefore, acquires an electric charge, which is affected by the force moving the charged particles in the electric field, including and dust. Since radionuclides (including radar DPRs) are also deposited on dust due to its electrification, this means that when dust is deposited on an electrostatic electrode that is open to ambient air due to the presence of an electric potential with a constant component, radionuclides are deposited on the electrode along with dust previously deposited on dust particles. In addition, radionuclides, including DPR radon, can be deposited on the electrostatic electrode on their own, without the help of dust or other particles.
Это означает, что для привлечения, захвата и осаждения (то есть сбора) радионуклидов (преимущественно вместе с пылью) из одного и того же объема окружающего пространства в соответствии с настоящим изобретением не требуются устройства или системы нагнетания или создания потока воздуха, такие как вентиляторы, насосы, кондиционеры и т.п. Кроме того, для сбора радионуклидов требуется электростатический электрод с размерами (площадью, объемом), меньшими по сравнению с устройствами в уровне техники (в частности, с размерами их диполей и/или воздушных камер), поскольку формируемое устройством в соответствии с настоящим изобретение электрическое поле убывает значительно в меньшей степени (медленнее) в зависимости от расстояния.  This means that in order to attract, capture and precipitate (i.e. collect) radionuclides (mainly together with dust) from the same volume of the surrounding space in accordance with the present invention, devices or systems for pumping or creating an air stream, such as fans, are not required pumps, air conditioners, etc. In addition, the collection of radionuclides requires an electrostatic electrode with dimensions (area, volume) smaller than devices in the prior art (in particular, with the dimensions of their dipoles and / or air chambers), since the electric field generated by the device in accordance with the present invention decreases much less (slower) depending on the distance.
Это позволяет создать малогабаритное (компактное) устройство для определения содержания радионуклидов в окружающем воздухе, так как электрическое поле, создаваемое открытым электростатическим электродом, на который подано постоянное электрическое напряжение относительно электрической сети, а значит и окружающего пространства, эффективно захватывает и осаждает (собирает) радионуклиды, в том числе ДПР радона, на электростатическом электроде из значительного объема окружающего пространства без использования насоса.  This allows you to create a small-sized (compact) device for determining the content of radionuclides in ambient air, since the electric field generated by the open electrostatic electrode, which is supplied with a constant electric voltage relative to the electric network, and therefore the surrounding space, effectively captures and precipitates (collects) radionuclides , including DPR radon, on the electrostatic electrode from a significant amount of the surrounding space without using a pump.
Кроме того, благодаря указанному свойству формируемого электрического поля в соответствии с настоящим изобретением значительно повышается эффективность устройства, поскольку даже минимальные размеры электростатического электрода, определяемые из других соображений, обеспечивают более высокую эффективность по осаждению пыли и сбору радионуклидов и значительно более высокую чувствительность в определении содержания и характеристик (частоты распада, концентрации, объемной активности) радионуклидов, в том числе радона и его ДПР, по сравнению с уровнем техники, так как на такой открытый электростатический электрод осаждаются радионуклиды из большего объема пространства (предпочтительно без отсеивания и фильтрации мелкоразмерных частиц пыли). In addition, due to the indicated property of the generated electric field in accordance with the present invention, the efficiency of the device is significantly increased, since even the minimum dimensions of the electrostatic electrode, determined from other considerations, provide higher efficiency for dust deposition and collection of radionuclides and significantly higher sensitivity in determining the content and characteristics (decay frequency, concentration, volumetric activity) of radionuclides, including radon and its DPR, in comparison with the prior art, since radionuclides from a larger volume of space are deposited on such an open electrostatic electrode (preferably without screening and filtering small-sized dust particles).
Объем пространства, из которого происходит захват и сбор радионуклидов The amount of space from which the capture and collection of radionuclides
(преимущественно вместе с пылью), определяется напряженностью электрического поля, которая в случае настоящего изобретения убывает в зависимости от расстояния в меньшей степени, чем для устройств из уровня техники, имеющих диполи. Это означает, что напряженность электрического поля, достаточная для перемещения пыли и радионуклидов на электростатический электрод, устройством в соответствии с изобретением формируется на большем расстоянии, чем устройствами из уровня техники при тех же напряжениях и/или размерах, и, значит, устройство в соответствии с настоящим изобретением захватывает пыль из большего объема окружающего пространства (воздуха). Таким образом, настоящее устройство более эффективно собирает радионуклиды из окружающего пространства, чем устройства из уровня техники. (mainly together with dust), is determined by the electric field strength, which in the case of the present invention decreases with distance to a lesser extent than for devices of the prior art having dipoles. This means that the electric field strength sufficient to move dust and radionuclides to the electrostatic electrode, the device in accordance with the invention is formed at a greater distance than devices from the prior art at the same voltages and / or sizes, and, therefore, the device in accordance with the present invention captures dust from a larger volume of the surrounding space (air). Thus, the present device more efficiently collects radionuclides from the surrounding space than devices from the prior art.
Поскольку на электростатическом электроде может быть не только постоянная составляющая электрического потенциала, но и переменная, формируемое электростатическим электродом электрическое поле может быть переменным. Кроме того, на одном или нескольких проводах электрической сети переменного напряжения имеется переменная составляющая напряжения большой величины. Это значит, что на заряженные частички, взвешенные в воздухе, в таких случаях будет действовать сила Кулона, переменная по величине.  Since the electrostatic electrode can have not only a constant component of the electric potential, but also a variable, the electric field formed by the electrostatic electrode can be variable. In addition, on one or more wires of an alternating voltage electric network, there is an alternating component of voltage of a large magnitude. This means that in these cases, the Coulomb force, variable in magnitude, will act on charged particles suspended in air.
В результате воздействия на заряженные частички в воздухе переменного электрического поля сила Кулона может быть периодически направлена как по направлению к электростатическому электроду, так и обратно. Это может замедлять скорость осаждения заряженных частиц на электростатическом электроде, поскольку часть энергии формируемого электрического поля будет затрачена на замедление заряженных частиц, которые электрическое поле сначала ускорило в одном направлении, а после смены направления электрического поля стало ускорять в другом направлении.  As a result of exposure to charged particles in the air of an alternating electric field, the Coulomb force can be periodically directed both towards the electrostatic electrode and vice versa. This can slow down the rate of deposition of charged particles on the electrostatic electrode, since part of the energy of the generated electric field will be spent on slowing down the charged particles, which the electric field first accelerated in one direction, and after changing the direction of the electric field began to accelerate in the other direction.
Для повышения скорости осаждения заряженных частиц на электростатическом потенциале (повышения эффективности устройства) предпочтительно, чтобы постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов, характеризующая постоянную составляющую его потенциала, была больше амплитуды переменной составляющей напряжения, формирующей переменное электрическое поле и, соответственно, переменную по величине и направлению силу Кулона. To increase the rate of deposition of charged particles on the electrostatic potential (increase the efficiency of the device), it is preferable that the constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes, characterizing its constant component potential was greater than the amplitude of the variable component of the voltage, forming an alternating electric field and, accordingly, the Coulomb force, variable in magnitude and direction.
Поскольку основной вклад в переменное электрическое поле вносит переменное напряжение электрической сети, для обеспечения преимущественной однонаправленности силы Кулона необходимо, чтобы постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов была больше действующего (эффективного среднеквадратического) напряжения между соединительными электродами, что будет соответствовать, в частности, действующему напряжению между фазным и нулевым (нейтральным) проводами (или землей (заземленным проводом) вместо нулевого провода).  Since the main contribution to the alternating electric field is made by the alternating voltage of the electric network, to ensure the predominant unidirectionality of the Coulomb force, it is necessary that the constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes be greater than the effective (effective root mean square) voltage between the connecting electrodes, which will correspond to in particular, the effective voltage between the phase and zero (neutral) wire ami (or ground (grounded wire) instead of the neutral wire).
Величина среднеквадратического (оно же действующее, оно эффективное) значения напряжения определяется по сле ющей формуле:
Figure imgf000026_0001
The value of the mean square (it is also effective, it is effective) voltage value is determined by the following formula:
Figure imgf000026_0001
где Urms - среднеквадратическое (действующее, эффективное) напряжение; Т - период времени, в течение которого осуществляется измерение; u(t) - зависимость напряжения от времени. В соответствии с указанной формулой среднеквадратическое значение за заданный период времени Т можно получить для напряжения с любой зависимостью от времени. Например, для постоянного напряжения его среднеквадратическое значение будет равно ему самому же, а для синусоидального напряжения среднеквадратическое значение будет составлять примерно 0,707 от амплитуды синусоиды и т.д. where U rms is the rms (effective, effective) voltage; T is the period of time during which the measurement is carried out; u (t) is the dependence of voltage on time. In accordance with the specified formula, the rms value for a given period of time T can be obtained for voltage with any time dependence. For example, for a constant voltage, its rms value will be equal to itself, and for a sinusoidal voltage, the rms value will be approximately 0.707 of the amplitude of the sine wave, etc.
Действующее значение переменного напряжения численно соответствует значению постоянного напряжения, совершающего ту же самую работу над зарядом, что и переменное напряжение. Поскольку перемещение частиц, взвешенных в воздухе, является работой, производимой силой Кулона, прикладываемой к заряженным частицам электрическим полем, величина которого может быть охарактеризована электрическим напряжением, то сравнение действующих величин постоянной составляющей напряжения на электростатическом электроде и переменного напряжения в электрической сети позволяет определить не только мгновенное направление перемещения заряженных частиц в воздухе, но и направление перемещения заряженных частиц за длительный временной интервал, преимущественно больше периода переменного напряжения. Если постоянная составляющая напряжения (или действующее значение этого напряжения) на электростатическом электроде больше действующего значения переменного напряжения в электрической сети, то даже несмотря на то, что в некоторые части периода результирующее электрическое поле может формировать силу Кулона, направляющую заряженные частицы определенного знака от электростатического электрода, в большую часть периода сила Кулона будет направлять заряженные частицы в сторону электростатического электрода. (Направление движения заряженных части зависит от знака их заряда, однако, учитывая, что могут формироваться заряженные частицы обоих знаков, часть частиц будет двигаться в одном направлении, а часть в другом в зависимости от направления электрического поля - в случае настоящего изобретения речь идет о той части частиц, знак заряда которых заставляет их всегда или в большую часть времени двигаться в сторону электростатического электрода и осаждаться на нем)The effective value of the alternating voltage numerically corresponds to the value of the direct voltage doing the same work on the charge as the alternating voltage. Since the movement of particles suspended in air is the work produced by the Coulomb force applied to charged particles by an electric field, the value of which can be characterized by an electric voltage, a comparison of the effective values of the DC component of the voltage on the electrostatic electrode and the AC voltage in the electric network allows us to determine not only instantaneous direction of movement of charged particles in air, but also the direction of movement of charged particles over a long time change interval, mainly longer than the period of alternating voltage. If the constant component of the voltage (or the actual value of this voltage) on the electrostatic electrode is greater than the effective value of the alternating voltage in the electric network, then even though in some parts of the period the resulting electric field can generate the Coulomb force directing charged particles of a certain sign from the electrostatic electrode , for most of the period, the Coulomb force will direct the charged particles toward the electrostatic electrode. (The direction of movement of the charged parts depends on the sign of their charge, however, given that charged particles of both signs can form, part of the particles will move in one direction and part in the other, depending on the direction of the electric field - in the case of the present invention we are talking about parts of particles whose charge sign makes them always or in most of the time move towards the electrostatic electrode and settle on it)
Среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение является самым распространенным показателем, характеризующим переменное напряжение в электрических сетях. Когда говорят просто о напряжении или силе тока в электрических сетях переменного напряжения, то по умолчанию обычно имеются в виду именно их среднеквадратичные значения. Кроме того, в среднеквадратичных значениях проградуированы индикаторы и отображающие элементы всех вольтметров и амперметров переменного тока. The root mean square (effective, effective) value is the most common indicator characterizing the alternating voltage in electrical networks. When one speaks simply of voltage or current strength in electric networks of alternating voltage, then by default their mean square values are usually meant. In addition, indicators and display elements of all voltmeters and ammeters of alternating current are calibrated in the rms values.
Следовательно, для обеспечения работоспособности устройства в соответствии с настоящим изобретением и определения использования изобретения в качестве показателя, с которым сравнивается постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде, возможно использовать действующее значение напряжения электрической сети, для подключения к которой предназначено устройство.  Therefore, to ensure the operability of the device in accordance with the present invention and to determine the use of the invention as an indicator with which the constant component of the voltage across the electrostatic electrode is compared, it is possible to use the actual voltage value of the electric network for which the device is intended to be connected.
В преимущественном варианте осуществления изобретения постоянная составляющая электрического потенциала (напряжения относительно соединительных электродов) на электростатическом электроде предусматривается большей, чем амплитуда переменного напряжения электрической сети. В таком случае на заряженные частицы в воздухе будет действовать сила Кулона, имеющая одно и то же направление в любой момент времени, хотя и различающаяся по величине в разные моменты времени. Амплитуда переменного напряжения преимущественно определяется по среднеквадратическому значению с учетом формы переменного напряжения (предпочтительно с исключением из учета пиков, выбросов, импульсов напряжения и т.п., поскольку они могут иметь весьма большое значение, но малую длительность, в связи с чем вносят относительно малый вклад в работу, выполняемую напряжением или электрическим полем, например, по перемещению заряженных частиц на электростатический электрод). In an advantageous embodiment of the invention, the constant component of the electric potential (voltage relative to the connecting electrodes) on the electrostatic electrode is provided greater than the amplitude of the alternating voltage of the electric network. In this case, the Coulomb force will act on charged particles in the air, having the same direction at any time, although it varies in magnitude at different times. The amplitude of the AC voltage is mainly determined by the rms value taking into account the shape of the AC voltage (preferably with the exception of peaks, surges, voltage pulses, etc., since they can have a very large value, but short duration, in connection with which they make a relatively small contribution to the work carried out by voltage or electric field, for example, on the movement of charged particles on an electrostatic electrode).
Это значит, что энергия электрического поля не будет тратиться на замедление частиц, она всегда будет тратиться на ускорение (перемещение) частиц в направлении электростатического электрода. Соответственно, эффективность и чувствительность такого устройства, осаждающего на электростатическом электроде заряженные частицы с более высокой скоростью и, значит, в большем количестве, будет выше, чем, если бы постоянная составляющая напряжения была меньше амплитуды переменной составляющей напряжения.  This means that the energy of the electric field will not be spent on slowing down the particles, it will always be spent on accelerating (moving) the particles in the direction of the electrostatic electrode. Accordingly, the efficiency and sensitivity of such a device, which deposits charged particles at an electrostatic electrode at a higher speed and, therefore, in a larger quantity, will be higher than if the constant voltage component was less than the amplitude of the variable voltage component.
Соответственно, для реализации более эффективного и чувствительного устройства модуль высокого напряжения должен представлять собой не только преобразователь переменного напряжения в постоянное, например, выпрямитель, но и повышающий преобразователь напряжения, поскольку при выпрямлении без дополнительного повышения напряжения постоянная составляющая выпрямленного напряжения будет меньше амплитуды выпрямляемого переменного напряжения и даже меньше действующего значения, в том числе в связи с потерями при выпрямлении (для синусоидального напряжения его средневыпрямленное значение напряжения составляет 0,9 от действующего). Тем не менее, простой выпрямитель также может применяться в качестве модуля высокого напряжения, поскольку осаждение заряженных частиц на электростатическом электроде может происходить и в том случае, если постоянная составляющая напряжения меньше амплитуды переменной составляющей напряжения, хотя такое осаждение частиц и будет происходить медленнее, то есть с меньшей эффективностью.  Accordingly, to implement a more efficient and sensitive device, the high-voltage module must be not only an AC to DC converter, for example, a rectifier, but also a step-up voltage converter, since when rectified without additional voltage increase, the DC component of the rectified voltage will be less than the amplitude of the rectified AC voltage and even less than the effective value, including due to losses during rectification (for sinuso Further it srednevypryamlennoe voltage value of the voltage of the current is 0.9). However, a simple rectifier can also be used as a high-voltage module, since the deposition of charged particles on the electrostatic electrode can also occur if the constant voltage component is less than the amplitude of the variable voltage component, although such particle deposition will be slower, i.e. with less efficiency.
Для обеспечения сбора заряженных частиц из окружающего воздуха при подключении устройства в соответствии с настоящим изобретением к электрической сети постоянного напряжения, постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов преимущественно должна превышать постоянную составляющую напряжения (или постоянное напряжение) между соединительными электродами (и проводами электрической сети). В этом случае даже если напряжения на электростатическом электроде и соединительном электроде относительно другого электростатического электрода будут иметь один знак, потенциал электростатического электрода все равно будет отличаться как от потенциалов отдельных соединительных электродов, так и от их среднего потенциала (а значит совместно от отдельных и среднего потенциалов проводов электрической сети). Это значит, что на электростатическом электроде будет представлять собой уединенный заряд и формировать электрическое поле, медленно убывающее в зависимости от расстояния и обеспечивающее эффективный сбор заряженных частиц и радионуклидов из окружающего воздуха на электростатический электрод. To ensure the collection of charged particles from the ambient air when connecting the device in accordance with the present invention to a constant voltage electric network, the constant voltage component of the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes should preferably exceed the constant voltage component (or constant voltage) between the connecting electrodes (and wires of an electric network). In this case, even if the voltages at the electrostatic electrode and the connecting electrode with respect to the other electrostatic electrode have the same sign, the potential of the electrostatic electrode will still differ both from the potentials of the individual connecting electrodes and from their average potential (and therefore together from the individual and average potentials wires electric network). This means that on the electrostatic electrode it will be a solitary charge and will form an electric field that slowly decreases depending on the distance and ensures the efficient collection of charged particles and radionuclides from the ambient air onto the electrostatic electrode.
Действующие значения напряжений в электрических сетях обычно составляют около 1 10В, 127В, 220В, 250В, 380В (может быть и промышленное напряжение 690В) - то есть менее 1000В, преимущественно менее 500В и даже менее 400В. Таким образом, для реализации настоящего изобретения практически в любых бытовых условиях достаточно обеспечить постоянную составляющую с абсолютной величиной напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов не менее 500В или 600В или 700В или 800В. Такая относительно небольшая величина постоянной составляющей обеспечивает большую безопасность устройства в соответствии с настоящим изобретением.  The current voltage values in electric networks are usually about 1 10V, 127V, 220V, 250V, 380V (maybe an industrial voltage of 690V) - that is, less than 1000V, mostly less than 500V and even less than 400V. Thus, for the implementation of the present invention in virtually any domestic environment, it is sufficient to provide a constant component with an absolute value of the voltage across the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes of at least 500V or 600V or 700V or 800V. Such a relatively small value of the constant component provides greater safety of the device in accordance with the present invention.
Однако могут быть варианты, когда постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов предпочтительно имеет значение больше 1000В или меньше -1000В. При таких напряжениях обеспечиваются условия для более интенсивного осаждения заряженных частиц на электростатический электрод и, соответственно, обеспечивается повышенная чувствительность и эффективность устройства в соответствии с настоящим изобретением в определении активности/концентрации радионуклидов, в том числе радона и/или его ДПР.  However, there may be options where the DC component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes is preferably greater than 1000V or less than -1000V. At such voltages, conditions are provided for more intensive deposition of charged particles on the electrostatic electrode and, accordingly, increased sensitivity and efficiency of the device in accordance with the present invention in determining the activity / concentration of radionuclides, including radon and / or its DPR.
Напряжение на электростатическом электроде должно быть меньше напряжения, при котором возможен электрический пробой воздуха или элементов/компонентов устройства, коронный разряд или другие негативные явления, связанные с высокими напряжениями. Для целей настоящего изобретения верхний допустимый предел постоянной составляющей напряжения между электростатическим электродом и одним или несколькими соединительными электродами возможно оценить в 3000В. Таким образом, постоянная составляющая электрического напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов по абсолютной величине имеет значение не менее 300В и не более 3000В, или не менее 500В и не более 2000В, или предпочтительно не менее 1000В и не более 1500В.  The voltage at the electrostatic electrode must be less than the voltage at which an electrical breakdown of air or the elements / components of the device, corona discharge or other negative phenomena associated with high voltages is possible. For the purposes of the present invention, the upper permissible limit of the DC component of the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes can be estimated at 3000V. Thus, the constant component of the electrical voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes in absolute value is not less than 300V and not more than 3000V, or not less than 500V and not more than 2000V, or preferably not less than 1000V and not more than 1500V.
После того, как радионуклиды (в т.ч. ДПР радона) осели на электростатическом электроде, выполняющем роль ловушки, или попали в область около этого электрода, происходит их распад с выделением альфа-частиц, бета- частиц и/или гамма-излучений (или других излучений). Выделение альфа-частиц, бета-частиц и/или гамма-излучений может быть зарегистрировано с помощью одного или более датчиков соответствующих частиц или излучений, расположенных около электростатического электрода. Например, датчик альфа-частиц представляет собой элемент/компонент, выдающий сигнал, отражающий параметры альфа-частицы, например, факт их пролета около датчика, их попадание на датчик, и/или попадание на датчик частиц, формируемых альфа-частицами при их пролете, например, ионов (треков ионов). Аналогичные датчики могут быть использованы для регистрации бета-частиц и/или гамма-излучений. After the radionuclides (including the radar DPR) have settled on the electrostatic electrode, which acts as a trap, or got into the area near this electrode, they decay with the release of alpha particles, beta particles and / or gamma radiation (or other radiation). The release of alpha particles, beta particles and / or gamma radiation can be detected using one or more sensors of the respective particles or radiation located near the electrostatic electrode. For example, an alpha-particle sensor is an element / component that produces a signal reflecting the parameters of an alpha particle, for example, the fact of their passage near the sensor, their contact with the sensor, and / or the particles formed by alpha particles when they fly through the sensor, e.g. ions (ion tracks). Similar sensors can be used to detect beta particles and / or gamma radiation.
Сигнал с датчика соответствующих частиц или излучений (на фиг. 2 не показан) подается в блок обработки 205, в котором происходит обработка сигнала с регистрацией альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений (определением факта их пролета/появления), указывающих на распад радионуклидов, и определение, при необходимости, ряда параметров, например, скорости распада радионуклидов и/или их концентрации/активности в окружающем воздухе (в том числе для радона и его ДПР).  The signal from the sensor of the corresponding particles or radiation (not shown in Fig. 2) is supplied to the processing unit 205, in which the signal is processed with registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation (determining the fact of their flight / appearance ), indicating the decay of radionuclides, and the determination, if necessary, of a number of parameters, for example, the decay rate of radionuclides and / or their concentration / activity in ambient air (including for radon and its DPR).
Данные, определенные (зарегистрированные, продетектированные) блоком обработки 205, и/или сигнал из датчика могут быть переданы с помощью модуля связи 206 во внешнее устройство, например, индикатор. Кроме того, указанные данные и/или сигнал могут быть переданы в индикатор без использования модуля связи, например, напрямую или через другие элементы.  Data defined (recorded, detected) by the processing unit 205, and / or a signal from the sensor can be transmitted using the communication module 206 to an external device, for example, an indicator. In addition, the indicated data and / or signal can be transmitted to the indicator without using a communication module, for example, directly or through other elements.
Для обеспечения работоспособности блока обработки 205 и, дополнительно, модуля связи 206 блок питания 203 преимущественно содержит модуль низкого напряжения 232. Модуль низкого напряжения электрически соединен с соединительными электродами и выполнен с возможностью преобразования напряжения, например, электрической сети в напряжение питания, необходимое для блока обработки (а также модуля связи и, возможно, индикатора). Модуль низкого напряжения соединен с блоком обработки и выполнен с возможностью подачи в блок обработки сформированного электрического напряжения питания.  To ensure the operability of the processing unit 205 and, optionally, the communication module 206, the power supply unit 203 advantageously comprises a low voltage module 232. The low voltage module is electrically connected to the connecting electrodes and is configured to convert a voltage, for example, an electrical network, to a supply voltage necessary for the processing unit (as well as a communication module and, possibly, an indicator). The low voltage module is connected to the processing unit and is configured to supply the generated electrical supply voltage to the processing unit.
Далее изобретение описывается со ссылкой на фиг. 3, на которой показана блок-схема устройства согласно одному из возможных вариантов выполнения изобретения. Варианты реализации устройства, показанные на фиг. 1 и 2, могут использовать блок-схему, показанную на фиг. 3, однако это не является обязательным и выполнение устройств фиг. 1 и 2 на уровне структурной блок-схемы может отличаться. Элементы/компоненты, показанные на фиг. 1 , 2 и 3, имеющие одинаковые функциональные назначения и/или наименования, могут различаться по составу или форме выполнения, в связи с чем на разных фигурах им присвоены разные номера позиций, нумерация которых является отдельной для каждой фигуры. The invention will now be described with reference to FIG. 3, which shows a block diagram of a device according to one possible embodiment of the invention. Embodiments of the device shown in FIG. 1 and 2 may use the block diagram shown in FIG. 3, however, this is not necessary and the implementation of the devices of FIG. 1 and 2 at the level of the structural block diagram may differ. Elements / components shown in FIG. 1, 2 and 3 having the same functional purposes and / or names may vary in composition or form of execution, in connection with which they are assigned different position numbers in different figures, the numbering of which is separate for each figure.
Блок-схема, показанная на фиг. 3, содержит соединительный элемент 301 в виде вилки с соединительными электродами 31 1 , электрически соединенными с блоком питания 302, включающим в себя модуль высокого напряжения 321 , выход которого соединен с электростатическим электродом 303, и модуль низкого напряжения 322, соединенный с блоком обработки 305, включающим в себя усилитель 351 и модуль обработки 352, например, процессор или контроллер, модулем связи 306 и индикатором 307. Рядом с электростатическим электродом 303 установлен датчик 304, сигнал которого подается в блок обработки 305, где он усиливается усилителем 351 и обрабатывается модулем обработки 352. Из модуля обработки 352 обработанные данные и/или сигнал датчика направляются в модуль связи 306, в котором они могут быть переданы, например, по радиосвязи через антенну 361. Кроме того, из модуля обработки 352 обработанные данные и/или сигнал датчика направляются в индикатор 307, который может отображать уровень сигнала, события регистрации альфа-частиц, бета-частиц и/или гамма-излучений и/или характеристики, полученные при обработке сигнала в модуле обработки 352.  The block diagram shown in FIG. 3, includes a plug 301 in the form of a plug with connecting electrodes 31 1 electrically connected to a power supply 302 including a high voltage module 321, the output of which is connected to an electrostatic electrode 303, and a low voltage module 322 connected to a processing unit 305, including an amplifier 351 and a processing module 352, for example, a processor or controller, a communication module 306 and an indicator 307. A sensor 304 is installed near the electrostatic electrode 303, the signal of which is supplied to the processing unit 305, where it is is amplified by the amplifier 351 and processed by the processing module 352. From the processing module 352, the processed data and / or sensor signal are sent to the communication module 306, in which they can be transmitted, for example, by radio communication through the antenna 361. In addition, the processed data from the processing module 352 and / or the sensor signal is sent to an indicator 307, which can display the signal level, events of registration of alpha particles, beta particles and / or gamma radiation and / or characteristics obtained by processing the signal in the processing module 352.
Модуль высокого напряжения предназначен для подачи на электростатический электрод электрического напряжения с постоянной составляющей относительно одного или нескольких соединительных электродов, входящих в состав соединительного элемента (например, вилки штепсельного разъема). В показанном на фиг. 3 варианте модуль высокого напряжения содержит умножитель напряжения (например, генератор Кокрофта-Уолтона), который состоит из лестницы (нескольких цепочек) конденсаторов и диодов и может преобразовывать переменное или пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение (или напряжение с постоянной составляющей), величина которого больше, чем напряжение между соединительными электродами.  The high voltage module is designed to supply an electrostatic electrode with an electrical voltage with a constant component relative to one or more connecting electrodes that are part of the connecting element (for example, plug plugs). As shown in FIG. In option 3, the high voltage module contains a voltage multiplier (for example, a Cockroft-Walton generator), which consists of a ladder (several chains) of capacitors and diodes and can convert an alternating or ripple voltage to a high constant voltage (or voltage with a constant component), the value of which is greater than the voltage between the connecting electrodes.
К достоинствам умножителя напряжения относится отсутствие трансформатора (и, как следствие, меньший вес и размеры), отсутствие необходимости в усиленной изоляции и формирование выходного напряжения относительно входа, соединенного с соединительными электродами. Благодаря последнему преимуществу отсутствует необходимость в обеспечении привязки потенциала какого-либо элемента модуля высокого напряжения к потенциалу одного или нескольких соединительных электродов, как это может потребоваться при использовании, например, трансформаторной схемы преобразователя напряжения. The advantages of a voltage multiplier include the absence of a transformer (and, consequently, lower weight and dimensions), the absence of the need for reinforced insulation and the formation of an output voltage relative to the input connected to the connecting electrodes. Due to the latter advantage, there is no need to bind the potential of any element of the high voltage module to the potential of one or more connecting electrodes, as may be required when using, for example, a transformer circuit of a voltage converter.
В самом деле, в качестве повышающих преобразователей напряжения в уровне техники обычно используются схемы/устройства, содержащие трансформаторы, основным преимуществом которых является обеспечение электрической (гальванической) развязки (изоляции) между входной и выходной обмотками трансформатора, что обеспечивает электробезопасность преобразователя напряжения вследствие того, что ток из электрической сети не может напрямую попасть в запитанное через трансформаторный преобразователь устройство. Электрические потенциалы на выходе такого преобразователя оказываются отличающимися на примерно одинаковую величину в половину выходного напряжения от постоянного потенциала земли с разными знаками и образуют диполь между выходными электродами или, в некоторых вариантах, одним выходным электродом и корпусом. Как отмечалось выше, электрическое поле, формируемое диполем, убывает в зависимости от расстояния от диполя быстрее, т.е. в большей степени, чем от уединенного заряда, и поэтому такие преобразователи не могут обеспечивать преимуществ настоящего изобретения.  In fact, in the prior art, circuits / devices containing transformers are usually used as step-up voltage converters, the main advantage of which is the provision of electrical (galvanic) isolation (isolation) between the input and output windings of the transformer, which ensures electrical safety of the voltage converter due to the fact that the current from the electric network cannot directly get into the device powered through the transformer converter. The electric potentials at the output of such a converter turn out to be approximately equal in size to half the output voltage from the constant potential of the earth with different signs and form a dipole between the output electrodes or, in some cases, one output electrode and the housing. As noted above, the electric field generated by the dipole decreases faster depending on the distance from the dipole, i.e. to a greater extent than from a solitary charge, and therefore such converters cannot provide the advantages of the present invention.
Аналогичным недостатком обладают автономные, запитываемые от гальванических элементов, батарей или аккумуляторов, устройства. Формируемое в них высокое напряжение подается на два электрода в электрической камере (или на один электрод относительно корпуса или какого-либо электропроводящего элемента устройства). Поскольку такие устройства полностью автономны, они электрически (гальванически) развязаны (изолированы) от электрической сети и окружающей среды. В результате потенциалы этих электродов или электрода и корпуса также оказываются отличающимися на примерно одинаковую величину в половину выходного напряжения от постоянного потенциала земли с разными знаками и образуют классический диполь.  A similar drawback is possessed by autonomous devices powered by galvanic cells, batteries or accumulators. The high voltage generated in them is applied to two electrodes in an electric chamber (or to one electrode relative to the housing or any electrically conductive element of the device). Since such devices are completely autonomous, they are electrically (galvanically) isolated (isolated) from the electrical network and the environment. As a result, the potentials of these electrodes or the electrode and the housing also turn out to be approximately equal in size to half the output voltage from the constant potential of the earth with different signs and form a classical dipole.
Если автономное устройство само по себе имеет электрический потенциал, например, полученный ранее, то за счет осаждения заряженных частиц (например, пыли), общий (средний) электрический потенциал устройства достаточно быстро уравняется с потенциалом окружающей среды и далее будет оставаться на том же уровне, то есть устройство с электрической точки зрения будет представлять собой диполь, поскольку потенциалы несущих электричество элементов, между которыми создается высокое напряжение (и один из которых представляет электростатический электрод), будут разнесены относительно среднего потенциала устройства по существу на одинаковые величины с разными знаками. Аналогичная картина будет наблюдаться и в устройствах, подключаемых к электрической сети с обеспечением электрической (гальванической) развязки (изоляции) за исключением того, что в дополнение к осаждению заряженных частиц добавляется еще один процесс, способствующий выравниванию среднего потенциала электрически развязанной части с потенциалом окружающей среды и электрической сети, и представляющий собой ток утечки между электрически развязанными частями устройства. If the stand-alone device itself has an electric potential, for example, obtained earlier, then due to the deposition of charged particles (for example, dust), the total (average) electric potential of the device will quickly enough equalize with the environmental potential and will remain at the same level. that is, the device from an electrical point of view will be a dipole, since the potentials of the elements carrying electricity, between which a high voltage is created (and one of which is electrostatic electrode) will be spaced relative to the average potential of the device by essentially the same values with different signs. A similar picture will be observed in devices connected to the electric network with the provision of electrical (galvanic) isolation (isolation), except that in addition to the deposition of charged particles, another process is added that helps to align the average potential of the electrically decoupled part with the environmental potential electrical network, and representing the leakage current between the electrically isolated parts of the device.
Следовательно, для обеспечения технического результата настоящего изобретения при использовании преобразователя напряжения с электрической (гальванической) развязкой (изоляцией) входа и выхода (например, содержащего трансформатор) требуется придание одному из электропроводящих элементов устройства, входящего в состав той части устройства, которая изолирована от электрической сети, некоторого потенциала так, чтобы относительно него появилась возможность задать потенциал электростатического электрода таким образом, чтобы общий (средний) потенциал устройства отличался от потенциала окружающей среды и/или электрической сети. Например, в некоторых случаях, в зависимости от схемотехнического решения, для этого может оказаться достаточным заземления корпуса, а в случае трансформаторного преобразователя это можно сделать соединением (прямым или с использованием сопротивлений, емкостей или полупроводниковых элементов) некоторых концов входной и выходной обмоток.  Therefore, to ensure the technical result of the present invention when using a voltage converter with electrical (galvanic) isolation (isolation) of the input and output (for example, containing a transformer), it is necessary to give one of the electrically conductive elements of the device that is part of the part of the device that is isolated from the electrical network , of a certain potential so that with respect to it it becomes possible to set the potential of the electrostatic electrode in such a way that the total (average d) the potential of the device was different from the potential of the environment and / or electric network. For example, in some cases, depending on the circuitry solution, the case grounding may be sufficient for this, and in the case of a transformer converter, this can be done by connecting (direct or using resistances, capacitors or semiconductor elements) to some ends of the input and output windings.
При этом необходимо отметить, что в случае придания одному из электропроводящих элементов устройства, входящего в состав изолированной от электрической сети части устройства, определенного потенциала и обеспечения требуемого потенциала электростатического электрода таким образом, что общий (средний) потенциал устройства отличается от потенциала окружающей среды и/или электрической сети, устройство может стать электроопасным и необходимы меры по предупреждению поражения током/напряжением живых существ и других устройств.  It should be noted that if one of the electrically conductive elements of the device, which is part of the device’s part isolated from the electric network, is given a certain potential and the required potential of the electrostatic electrode is provided in such a way that the total (average) potential of the device differs from the environmental potential and / or electrical network, the device may become hazardous and measures must be taken to prevent electric shock / voltage damage to living things and other devices.
Один тип возможных мер описан ранее в отношении фиг. 1 и представляет собой помещение электрода в корпус. При этом необходимо обеспечивать открытость электростатического электрода окружающему пространству, то есть возможность заряженным частицам (например, пыли) с радионуклидами попадать из окружающего воздуха через корпус на электростатический электрод. Для этого необходимы окна, отверстия, вырезы и другие виды проемов в корпусе, соединяющих внутренний объем корпуса (или его части) с окружающим пространством. One type of possible measure has been described previously with respect to FIG. 1 and represents the placement of the electrode in the housing. In this case, it is necessary to ensure the openness of the electrostatic electrode to the surrounding space, that is, the possibility of charged particles (for example, dust) with radionuclides from the surrounding air to enter the electrostatic electrode through the housing. This requires windows, holes, cutouts and other types of openings in the housing, connecting the internal volume of the housing (or part thereof) with the surrounding space.
В другом варианте вышеуказанные проемы, щели, отверстия, окна в стенках корпуса возможно закрыть сетчатым, пористым, тканевым или другим материалом, или элементом, который может предотвращать проникновение внутрь корпуса через окно различных предметов или частей тела, но обеспечивать прохождение через такой материал или элемент воздуха, заряженных частиц, пыли, радионуклидов, например, ДПР радона и самого радона. Использование такого материала или элемента несколько снизит чувствительность устройства ввиду удержания части указанных заряженных частиц, пыли и радионуклидов самим материалом или элементом, но, тем не менее, их прохождение будет обеспечено и, при этом, будет предотвращено проникновение внутрь устройства посторонних объектов.  In another embodiment, the above openings, slots, openings, windows in the walls of the body can be covered with a mesh, porous, fabric or other material, or with an element that can prevent various objects or parts of the body from entering the body through the window, but allow passage through such material or element air, charged particles, dust, radionuclides, for example, DPR of radon and radon itself. The use of such a material or element will slightly reduce the sensitivity of the device due to the retention of part of the indicated charged particles, dust and radionuclides by the material or element itself, but, nevertheless, their passage will be ensured and, at the same time, the penetration of foreign objects into the device will be prevented.
В некоторых вариантах осуществления изобретения поражение электричеством может предотвращаться ограничением тока, который может протекать через преобразователь напряжения, входящий в состав модуля высокого напряжения, например, к электростатическому электроду. Ограничение тока может осуществляться, например, выбором такой схемы (конструкции) преобразователя напряжения, при которой ток, протекающий через преобразователь при касании электростатического электрода объектом, имеющим электрический потенциал, отличающийся от потенциала электростатического электрода, напрямую или через какой-либо предмет, ограничен величиной, не представляющей опасности для живых существ и/или устройств, в том числе с учетом высокого напряжения на электростатическом электроде. Примером такой схемы, например, является умножитель напряжения, использованный в модуле высокого напряжения 321 , в силу наличия у него элементов, ограничивающих ток.  In some embodiments, electric shock can be prevented by limiting the current that can flow through the voltage converter included in the high voltage module, for example, to an electrostatic electrode. The current can be limited, for example, by selecting a voltage converter circuit (design) in which the current flowing through the converter when the electrostatic electrode is touched by an object having an electric potential different from the electrostatic electrode potential, directly or through an object, is limited by, not dangerous for living things and / or devices, including taking into account the high voltage on the electrostatic electrode. An example of such a circuit, for example, is a voltage multiplier used in high voltage module 321, due to the presence of current limiting elements.
В других вариантах ограничение тока может быть осуществлено использованием одного или нескольких токоограничительных элементов, расположенных на входе или выходе преобразователя напряжения, в составе преобразователя напряжения или размещенных таким образом, что посредством токоограничительных элементов соединяются электростатический электрод с преобразователем напряжения или же преобразователь напряжения с соединительными электродами. В качестве токоограничительных элементов могут использоваться сопротивления, емкости, нелинейные и/или полупроводниковые элементы. При использовании токоограничительных элементов ограничение тока может быть обеспечено даже в случае применения таких преобразователей напряжения, которые сами по себе выходной ток не ограничивают. Благодаря ограничению тока удается предотвратить поражение электрическим током живых существ и/или приборов для открытых электростатических электродов, размещенных как в корпусах, так и без корпусов. In other embodiments, current limiting can be carried out using one or more current-limiting elements located at the input or output of the voltage converter, as part of the voltage converter, or arranged in such a way that the electrostatic electrode is connected to the voltage converter or the voltage converter with connecting electrodes by current-limiting elements. Resistance, capacitances, nonlinear and / or semiconductor elements can be used as current-limiting elements. When using current-limiting elements, current limitation can be ensured even in the case of the use of voltage converters, which in themselves do not limit the output current. Thanks By limiting the current, it is possible to prevent electric shocks from living creatures and / or devices for open electrostatic electrodes placed both in housings and without housings.
Таким образом, с использованием вышеописанных мер, как по отдельности, так и в тех или иных комбинациях, возможно обеспечить электрическую безопасность устройства в соответствии с настоящим изобретением. В то же время необходимо отметить, что обеспечение такой электрической безопасности не является обязательным для реализации настоящего изобретения, поскольку работоспособность и требуемые характеристики устройства в соответствии с настоящим изобретением могут быть реализованы и без обеспечения электрической безопасности. Такое устройство может применяться в таких условиях, где нет необходимости в обеспечении электрической безопасности, например, в безлюдных помещениях и пространствах или обслуживаемых надлежаще проинструктированным и обученным персоналом с использованием индивидуальных мер защиты. Однако обеспечение электрической безопасности дает такое преимущество, как универсальность, удобство и широта применения независимо от того, имеют ли к нему доступ люди и животные или нет.  Thus, using the above measures, both individually and in various combinations, it is possible to ensure the electrical safety of the device in accordance with the present invention. At the same time, it should be noted that ensuring such electrical safety is not necessary for the implementation of the present invention, since the performance and required characteristics of the device in accordance with the present invention can be realized without ensuring electrical safety. Such a device can be used in conditions where there is no need to ensure electrical safety, for example, in deserted rooms and spaces or serviced by properly instructed and trained personnel using individual protective measures. However, ensuring electrical safety provides such an advantage as universality, convenience and breadth of use, regardless of whether people and animals have access to it or not.
Радионуклиды, осевшие на электростатический электрод 303 самостоятельно или на пыли или других частицах, распадаются с испусканием альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений. Для регистрации указанных частиц и/или излучений предназначен датчик 304. Датчик может располагаться около электростатического электрода не далее от него, чем длина пробега альфа- частиц и/или бета-частиц и/или дальность распространения гамма-излучений, или внутри электрической камеры, выполняющей роль электростатического электрода, также с учетом обеспечения возможности регистрации частиц и/или излучений, для чего они должны достигнуть датчика. Кроме того, между электростатическим электродом и датчиком не должно располагаться объектов, которые могут помешать пролету частиц и/или распространению излучений, то есть датчик и электростатический электрод преимущественно должны быть в пределах прямой видимости друг друга. На фиг. 3 датчик 304 изображен около электрода 303, поскольку это примерная блок-схема для пояснения изобретения, и это не накладывает ограничений на место установки датчика.  Radionuclides deposited on the electrostatic electrode 303 alone or on dust or other particles decay with the emission of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. A sensor 304 is designed to detect these particles and / or radiation. The sensor can be located near the electrostatic electrode no further from it than the mean free path of alpha particles and / or beta particles and / or the propagation distance of gamma radiation, or inside an electric chamber that performs the role of the electrostatic electrode, also taking into account the possibility of registration of particles and / or radiation, for which they must reach the sensor. In addition, between the electrostatic electrode and the sensor there should be no objects that could interfere with the passage of particles and / or the propagation of radiation, that is, the sensor and the electrostatic electrode should preferably be within the direct line of sight of each other. In FIG. 3, a sensor 304 is shown near the electrode 303, since this is an exemplary block diagram for explaining the invention, and this does not impose restrictions on the installation location of the sensor.
В качестве датчика альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений может использоваться любой известный из уровня техники датчик. Например, это может быть полупроводниковый датчик, представляющий собой диод, например pin- диод или фотодиод. Для повышения чувствительности между полупроводниковым фотодиодом и электростатическим электродом может быть размещен сцинтиллятор. В то же время необходимо учитывать, что полупроводниковый фотодиод, пригодный для регистрации альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, имеет достаточно высокую стоимость, а набор компонентов в виде сцинтиллятора и полупроводникового фотодиода является достаточно громоздким, что отрицательно сказывается на размерах и массе устройства. As a sensor for alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, any sensor known in the art can be used. For example, it can be a semiconductor sensor, which is a diode, for example a pin diode or a photodiode. To increase the sensitivity between the semiconductor a scintillator can be placed with a photodiode and electrostatic electrode. At the same time, it must be borne in mind that a semiconductor photodiode suitable for detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation has a rather high cost, and the set of components in the form of a scintillator and a semiconductor photodiode is cumbersome, which is negative affects the size and weight of the device.
Для регистрации гамма-излучений и/или альфа-частиц и/или бета-частиц также может использоваться счетчик Гейгера-Мюллера соответствующего типа. В то же время надо учитывать, что этот счетчик является достаточно большим и дорогим и, как правило, требует отдельного повышенного напряжения питания.  To register gamma radiation and / or alpha particles and / or beta particles, a corresponding Geiger-Muller counter can also be used. At the same time, it should be borne in mind that this meter is quite large and expensive and, as a rule, requires a separate increased supply voltage.
С целью обеспечения малых размеров, высокой эффективности и низкой стоимости для регистрации ионизационных излучений, которые могут образовываться альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями, может использоваться ионизационная камера (в частности, открытая), в которой энергия альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений затрачивается на образование заряда ионов, формируемых при пролете альфа-частиц и/или бета- частиц и/или распространении гамма-излучений в воздухе. Ионизационная камера образуется электростатическим электродом, преимущественно имеющим большие размеры для эффективного осаждения заряженных частиц и радионуклидов на большой площади, и концентрирующим электродом, преимущественно имеющим малые размеры (меньшие по сравнению с электростатическим электродом) для обеспечения концентрации электрического поля, в результате чего обеспечивается неравномерность (высокий градиент) электрического поля, повышающая вероятность каскадной (или лавинной) ионизации воздуха альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями, испускаемыми радионуклидами, в том числе ДПР радона или непосредственно радоном.  In order to ensure small size, high efficiency and low cost, an ionization chamber (in particular open) in which alpha energy can be used to detect ionization radiation that can be generated by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation -particles and / or beta particles and / or gamma radiation is spent on the formation of a charge of ions formed during the passage of alpha particles and / or beta particles and / or the propagation of gamma radiation in air. The ionization chamber is formed by an electrostatic electrode, mainly large in size for the effective deposition of charged particles and radionuclides over a large area, and a concentrating electrode, mainly small in size (smaller than the electrostatic electrode) to ensure the concentration of the electric field, resulting in unevenness (high gradient) of the electric field, increasing the likelihood of cascade (or avalanche) ionization of air by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides, including DPR radon or directly radon.
Каскадная (или лавинная) ионизация воздуха альфа-частицами и/или бета- частицами и/или гамма-излучениями имеет преимущество перед обычной ударной ионизацией (происходящей при любом виде ионизации) в том, что если при ударной ионизации образуется один или несколько ионов, то при наличии условий для каскадной (или лавинной) ионизации после ударной ионизации происходит цепочка последующий ионизаций газов, входящих в состав воздуха, при которой количество ионов увеличивается многократно и даже на несколько порядков. Как следствие, при создании условий для каскадной (или лавинной) ионизации регистрировать альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения становится проще, т.к. количество образуемых ими ионов значительно больше и, в результате, сигнал датчика также имеет значительно большую величину. Cascade (or avalanche) ionization of air by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation has the advantage over conventional impact ionization (occurring with any type of ionization) in that if one or more ions are formed during impact ionization, in the presence of conditions for cascade (or avalanche) ionization after impact ionization, a chain of subsequent ionizations of the gases that make up the air occurs, in which the number of ions increases many times and even by several orders of magnitude. As a result, when creating conditions for cascade (or avalanche) ionization, it becomes easier to register alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, because the number of ions formed by them is much larger and, as a result, the sensor signal also has a significantly larger value.
На электростатическом и концентрирующем электродах формируются такие электрические потенциалы, разность между которыми (напряжение) обеспечивает возможность эффективного сбора ионов, возникших в результате ионизации воздуха испускаемыми альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма- излучениями. Оптимальная величина такого напряжения зависит от размеров ионизационной камеры, в частности, от расстояния между ее электродами. Размеры камеры, в свою очередь, определяются исходя из энергетических характеристик альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, испускаемых радионуклидами, например, радоном и его ДПР, в частности, их скоростей пролета.  Such electric potentials are formed on the electrostatic and concentrating electrodes, the difference between which (voltage) provides the possibility of efficient collection of ions arising from ionization of the air by emitted alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. The optimal value of such a voltage depends on the size of the ionization chamber, in particular, on the distance between its electrodes. The dimensions of the chamber, in turn, are determined based on the energy characteristics of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides, for example, radon and its DPR, in particular, their flight speeds.
В том случае, если для обеспечения большей безопасности постоянная составляющая напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов имеет относительно небольшую абсолютную величину (т.е. величину, превышающую напряжение (например, действующее) между соединительными электродами не более чем в 2, 3 или 4 раза, например, не менее 500В или 600В или 700В или 800В), то электростатический электрод, а также ионизационная камера предпочтительно должны быть выполнены с малыми размерами для обеспечения условий эффективного сбора ионов, так как напряженность электрического поля, обратно пропорциональна расстоянию между электродами и прямо пропорциональная напряжению между ними. Таким образом, при снижении напряжения для сохранения напряженности электрического поля, при которой возможен полный сбор ионов, необходимо уменьшать расстояние между электродами, то есть размеры ионизационной камеры, что также обеспечивает малогабаритность (компактность) устройства в соответствии с настоящим изобретением.  In the event that, to ensure greater safety, the constant component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes has a relatively small absolute value (i.e., a value exceeding the voltage (for example, acting) between the connecting electrodes by no more than 2, 3 or 4 times, for example, at least 500V or 600V or 700V or 800V), the electrostatic electrode, as well as the ionization chamber should preferably be made with small dimensions to ensure conditions for the efficient collection of ions, since the electric field is inversely proportional to the distance between the electrodes and directly proportional to the voltage between them. Thus, when lowering the voltage in order to maintain the electric field strength at which complete collection of ions is possible, it is necessary to reduce the distance between the electrodes, that is, the dimensions of the ionization chamber, which also ensures the small size (compactness) of the device in accordance with the present invention.
В связи с этим напряжение между электродами ионизационной камеры может определяться исходя из других соображений. В частности, в учет могут приниматься эффективность осаждения заряженных частиц, взвешенных в воздухе, на электростатический электрод, для чего на электростатическом электроде обычно необходим потенциал, отличающийся не менее чем на 1000 вольт по сравнению с постоянным (средним) потенциалом окружающей среды (в частности, электрической сети) в ту или иную сторону.  In this regard, the voltage between the electrodes of the ionization chamber can be determined on the basis of other considerations. In particular, the efficiency of deposition of charged particles suspended in air onto an electrostatic electrode can be taken into account, for which a potential differing by at least 1000 volts in comparison with a constant (average) environmental potential (usually electric network) in one direction or another.
Необходимо учитывать, что высокое напряжение между электродами ионизационной камеры создает возможности для электрического пробоя. В связи с этим необходимо подбирать размеры ионизационной камеры и напряжение между ее электродами и их форму так, чтобы напряженность электрического поля была меньше критической, т.е. такой, при которой происходит электрический пробой воздуха. It must be borne in mind that the high voltage between the electrodes of the ionization chamber creates opportunities for electrical breakdown. In this regard, it is necessary to select the dimensions of the ionization chamber and the voltage between its electrodes and their shape so that the electric field is less than critical, i.e. one in which an electrical breakdown of air occurs.
Кроме того, от величины напряжения между электродами ионизационной камеры зависит эффективность определения (детектирования) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, поскольку эффективность собирания ионов из ионных треков, созданными альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма- излучениями в воздухе зависит от напряженности электрического поля (в т.ч. от напряжения между электродами): при установлении между электродами большего напряжения с величиной до 1000В эффективность повышается, а свыше 1000В она остается примерно одной и той же (практически не растет или растет слабо). В связи с этим увеличение напряжения между электродами ионизационной камеры с точки зрения увеличения эффективности (чувствительности) определения (детектирования) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений имеет смысл до 1000В.  In addition, the efficiency of determining (detecting) alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation depends on the voltage between the electrodes of the ionization chamber, since the efficiency of collecting ions from ion tracks created by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation in air depends on the electric field strength (including the voltage between the electrodes): when a higher voltage is established between the electrodes with a magnitude of up to 1000V, the efficiency increases, and over 1000V it remains approximately bottom and same (practically does not grow or grows weakly). In this regard, an increase in voltage between the electrodes of the ionization chamber from the point of view of increasing the efficiency (sensitivity) of determining (detecting) alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation makes sense up to 1000V.
В то же время влияние величины напряжения на электростатическом электроде (который в преимущественном варианте образует один из электродов ионизационной камеры) на эффективность сбора радионуклидов из окружающего воздуха имеет несколько иной характер. В частности, при установлении большего напряжения на электростатическом электроде с величиной до 1000В эффективность сбора радионуклидов (их собираемое количество) значительно увеличивается, свыше 1000В но меньше 1500В увеличение эффективности становится меньше, а свыше 1500В увеличение эффективности сбора радионуклидов становится незначительным. Это значит, что увеличение напряжения на электростатическом электроде с точки зрения увеличения эффективности (количества) сбора радионуклидов имеет смысл до 1500В.  At the same time, the effect of the magnitude of the voltage across the electrostatic electrode (which in the preferred embodiment forms one of the electrodes of the ionization chamber) on the efficiency of the collection of radionuclides from ambient air has a slightly different character. In particular, when a higher voltage is established at an electrostatic electrode with a magnitude of up to 1000V, the collection efficiency of radionuclides (their collected amount) increases significantly, over 1000V but less than 1500V the increase in efficiency becomes less, and over 1500V the increase in the collection efficiency of radionuclides becomes insignificant. This means that increasing the voltage at the electrostatic electrode in terms of increasing the efficiency (quantity) of collecting radionuclides makes sense up to 1500V.
Поскольку в преимущественном варианте осуществления электростатический электрод является одним из электродов ионизационной камеры, то напряжение на электростатическом электроде преимущественно отсчитывается относительно концентрирующего электрода, т.е. представляет собой напряжение между электродами ионизационной камеры. В этом варианте по вышеуказанным причинам предпочтительная величина этого напряжения находится в диапазоне между 1000В и 1500В.  Since in an advantageous embodiment, the electrostatic electrode is one of the electrodes of the ionization chamber, the voltage across the electrostatic electrode is mainly counted relative to the concentrating electrode, i.e. represents the voltage between the electrodes of the ionization chamber. In this embodiment, for the above reasons, the preferred value of this voltage is in the range between 1000V and 1500V.
Также необходимо учитывать, что электростатический и концентрирующий электроды ионизационной камеры образуют диполь, так как имеют разные потенциалы. Ввиду вышесказанного о влиянии дипольной пары электродов на объем окружающего воздуха, из которого формируемым полем захватываются и осаждаются на электростатическом электроде заряженные частицы (а значит, и о влиянии на эффективность и чувствительность устройства в соответствии с настоящим изобретением), для снижения влияния дипольного эффекта на показатели устройства полезно, чтобы потенциал концентрирующего электрода был близок к потенциалу окружающей среды, в частности, электрической сети и, более конкретно, соединительных электродов. It is also necessary to take into account that the electrostatic and concentrating electrodes of the ionization chamber form a dipole, since they have different potentials. In view of the foregoing, the effect of a dipole pair of electrodes on the volume of ambient air from which charged particles are captured and deposited on the electrostatic electrode by the generated field (and hence the effect on the efficiency and sensitivity of the device in accordance with the present invention), in order to reduce the influence of the dipole effect on the performance of the device, it is useful that the potential of the concentrating electrode be close to the potential of the environment, in particular, the electrical network and, more specifically, the connecting electrodes.
Привязка потенциала концентрирующего электрода к постоянному потенциалу соединительных электродов (в пределе уравнивание этих потенциалов) может осуществляться с помощью задающих потенциал компонентов, например, с помощью сопротивления, соединяющего концентрирующий электрод с проводником, имеющим потенциал, близкий к постоянному потенциалу соединительных электродов (или одного из них). Сопротивление может быть большим (сотни килоом, мегаомы или больше), а проводник, с которым оно соединяется, может входить в состав блока питания, в частности, в модуль высокого напряжения или модуль низкого напряжения, или быть соединенным непосредственно или через дополнительные компоненты с одним или несколькими соединительными электродами. В других вариантах для притягивания (сближения) постоянных составляющих потенциалов концентрирующего и соединительных электродов также могут использоваться другие цепи, известные из уровня техники, в том числе цепи с полупроводниковыми компонентами.  The binding of the potential of the concentrating electrode to the constant potential of the connecting electrodes (in the limit equalization of these potentials) can be carried out using potential-determining components, for example, using the resistance connecting the concentrating electrode to a conductor having a potential close to the constant potential of the connecting electrodes (or one of them ) The resistance can be large (hundreds of kilo-ohms, megaohms or more), and the conductor with which it connects can be part of the power supply, in particular a high voltage module or low voltage module, or can be connected directly or through additional components with one or several connecting electrodes. In other embodiments, other circuits known in the art, including circuits with semiconductor components, can also be used to attract (draw together) the constant potential components of the concentrating and connecting electrodes.
Несмотря на то, что концентрирующий электрод имеет потенциал, близкий к потенциалу окружающей среды, в ионизационной камере он может называться анодом, если на электростатический электрод подан отрицательный потенциал (сам электростатический электрод в таком случае может назваться катодом), или катодом, если на электростатический электрод подан положительный потенциал (сам электростатический электрод в таком случае может назваться анодом). Это связано с тем, что концентрирующий электрод относительно электростатического электрода имеет отличающийся потенциал и вместе они формируют электрическое поле, необходимое для обеспечения работоспособности ионизационной камеры, точно так же, как если бы концентрирующий электрод имел потенциал, отличающийся от потенциала окружающей среды.  Despite the fact that the concentrating electrode has a potential close to the potential of the environment, in the ionization chamber it can be called the anode if a negative potential is applied to the electrostatic electrode (in this case, the electrostatic electrode itself can be called the cathode), or the cathode if the electrostatic electrode positive potential is applied (the electrostatic electrode itself in this case may be called the anode). This is due to the fact that the concentrating electrode with respect to the electrostatic electrode has a different potential and together they form an electric field necessary to ensure the operability of the ionization chamber, just as if the concentrating electrode had a potential different from the potential of the environment.
Таким образом, в предпочтительном варианте ионизационная камера формируется электростатическим электродом большой площади с электрическим потенциалом, имеющим постоянную составляющую относительно одного или нескольких соединительных электродов (например, более 200В, 300В, 400В, 500В, 600В, 700В, -800В или 900В при положительном потенциале или менее -200В, - 300В, -400В, -500В, -600В, -700В, -800В или -900В при отрицательном потенциале, преимущественно более 1000В при положительном потенциале или менее -1000В при отрицательном потенциале), и концентрирующим электродом малой площади с электрическим потенциалом, постоянная составляющая которого близка к постоянной составляющей потенциала одного или нескольких соединительных электродов (например, отличается в пределах +/- 50В и преимущественна равна). Поскольку в такой конфигурации концентрирующий электрод имеет потенциал, близкий к постоянному потенциалу соединительных электродов (электрической сети), то, как указывалось выше, с целью обеспечения наибольшей эффективности детектирования альфа-частиц напряжение между электростатическим электродом и одним или несколькими соединительными электродами преимущественно не должно превышать (или быть меньше) 1500В. Thus, in a preferred embodiment, the ionization chamber is formed by a large area electrostatic electrode with an electric potential having a constant component relative to one or more connecting electrodes (for example, more than 200V, 300V, 400V, 500V, 600V, 700V, -800V or 900V with a positive potential or less than -200V, -300V, -400V, -500V, -600V, -700V, -800V or -900V with a negative potential, mainly more than 1000V with a positive potential or less than -1000V at a negative potential), and a concentrating electrode of a small area with an electric potential, the constant component of which is close to the constant component of the potential of one or more connecting electrodes (for example, it differs within +/- 50V and is predominantly equal). Since in this configuration the concentrating electrode has a potential close to the constant potential of the connecting electrodes (electric network), then, as mentioned above, in order to ensure the highest detection efficiency of alpha particles, the voltage between the electrostatic electrode and one or more connecting electrodes should preferably not exceed ( or be less) 1500V.
При больших значениях (абсолютных) постоянной составляющей напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов по сравнению с переменным напряжением (эффективным значением или амплитудой) между соединительными электродами (или переменной составляющей на электростатическом электроде) электрическое поле, формируемое около электростатического электрода, обеспечивает создание на заряженных частицах, взвешенных в воздухе, силу Кулона, направленной в одну сторону и относительно мало изменяющейся по величине. Это обеспечивает более эффективный сбор заряженных частиц электростатическим электродом.  At high values (absolute) of the DC component of the voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes compared to the alternating voltage (effective value or amplitude) between the connecting electrodes (or the variable component on the electrostatic electrode), the electric field generated near the electrostatic electrode provides on charged particles suspended in air, the Coulomb force is directed in one direction and is relatively small variable in size. This provides a more efficient collection of charged particles by an electrostatic electrode.
Благодаря наличию в ионизационной камере электрического напряжения, обеспечивающего сбор ионов, возникших в результате ионизации воздуха альфа- частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями, и неоднородности (градиента) электрического поля, формируемой разницей в размерах электростатического и концентрирующего электродов и повышающей вероятность ударной ионизации, альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения, испускаемые радионуклидами, порождают в ионизационной камере в местах пролета ионные треки. Датчиком альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений в виде ионизационной камеры регистрируются не только (и не столько) сами альфа частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения, но и ионизированные частицы, которые перемещаются в электрическом поле внутри ионизационной камеры, что повышает вероятность регистрации альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения и различения их характеристик. Образующиеся в результате действия излучений и/или частиц ионы воздуха могут иметь заряды с разными знаками и часть из них неизбежно будет осаждаться на концентрирующем электроде. Следовательно, эти ионы могут быть зарегистрированы либо путем определения изменения заряда на концентрирующем электроде, либо путем определения изменений его электрических характеристик расположенным рядом с концентрирующим электродом или около пути пролета ионов датчиком. Предпочтительным вариантом является использование для обнаружения ионов непосредственно концентрирующего электрода, поскольку в этом случае нет необходимости в установке дополнительных датчиков. Due to the presence of an electric voltage in the ionization chamber, which ensures the collection of ions resulting from air ionization with alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, and the inhomogeneity (gradient) of the electric field formed by the difference in the sizes of the electrostatic and concentrating electrodes and increasing the likelihood of impact ionization, alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation emitted by radionuclides generate ion tracks in the ionization chamber at the places of passage. The alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation sensors in the form of an ionization chamber detect not only (and not so much) the alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation themselves, but also ionized particles that move in an electric field inside the ionization chamber, which increases the likelihood of detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and distinguishing their characteristics. Air ions formed as a result of radiation and / or particles can have charges with different signs and some of them will inevitably be deposited on the concentrating electrode. Therefore, these ions can be detected either by detecting a change in charge on the concentrating electrode, or by detecting changes in its electrical characteristics located near the concentrating electrode or near the ion passage path of the sensor. The preferred option is to use a direct concentrating electrode to detect ions, since in this case there is no need to install additional sensors.
При использовании непосредственно концентрирующего электрода для определения ионов, образованных альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями, датчиком альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений может считаться как сама ионизационная камера, формируемая электростатическим электродом и концентрирующим электродом, так и только концентрирующий электрод, поскольку сигнал, используемый для определения альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, получают преимущественно с концентрирующего электрода. В то же время необходимо учитывать, что ионизационная камера в основном обеспечивает условия для эффективной регистрации альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений путем создания сильно неравномерного электрического поля, способствующего сбору электронов/ионов, созданных альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями, а регистрация альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений (непосредственно или с помощью сформированных частицами ионов) может осуществляться с использованием как концентрирующего электрода, так и других датчиков или электродов.  When using a directly concentrating electrode to detect ions formed by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, a sensor of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can be considered as the ionization chamber itself, formed electrostatic electrode and a concentrating electrode, and only a concentrating electrode, since the signal used to determine alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation is obtained mainly from the concentrating electrode. At the same time, it must be borne in mind that the ionization chamber mainly provides conditions for the efficient registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by creating a highly non-uniform electric field that facilitates the collection of electrons / ions created by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, and registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation (directly or using ions formed by particles) can be carried out using a concentration electron ode, and other sensors or electrodes.
Большая площадь электростатического электрода обеспечивает больший объем, в котором могут быть созданы условия для порождения ионных треков альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями, появляющимися в результате распадов радионуклидов, а значит и более высокую чувствительность, и эффективность устройства. Однако увеличение размеров электростатического электрода означает и возрастание расстояния между концентрирующим электродом и теми частями электростатического электрода, которые находятся напротив концентрирующего электрода или рядом. При этом для сохранения условий каскадной (или лавинной) ионизации и обеспечения эффективности сбора ионов в камере потребуется увеличение напряжения между электродами, что может привести к электрическому пробою и отрицательно сказаться на электробезопасности устройства. The large area of the electrostatic electrode provides a larger volume in which conditions can be created for the generation of ion tracks by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation resulting from the decay of radionuclides, which means higher sensitivity and efficiency of the device . However, an increase in the size of the electrostatic electrode also means an increase in the distance between the concentrating electrode and those parts of the electrostatic electrode that are opposite or adjacent to the concentrating electrode. In this case, in order to maintain the conditions of cascade (or avalanche) ionization and ensure the efficiency of ion collection in the chamber, an increase in voltage between the electrodes will be required, which lead to electrical breakdown and adversely affect the electrical safety of the device.
Кроме того, в случае преимущественной регистрации альфа-частиц необходимо учитывать, что длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет 5-6 см, в связи с чем выполнение камеры с характерным размером (диаметр, поперечный размер и/или длина) менее 5 см приведет к снижению эффективности (чувствительности) регистрации альфа-частиц, а выполнение камеры с характерным размером более 6 см означает излишний расход материалов и необоснованное увеличение габаритов. В то же время ионизационная камера с характерным размером не менее 2 см и не более 10 см также будет обеспечивать регистрацию альфа-частиц. Преимущество определения наличия и/или содержания радионуклидов в воздухе с помощью открытой воздушной ионизационной камеры путем регистрации альфа-частиц заключается в том, что альфа-частицы и/или создаваемые ими ионные треки вызывают в датчике сигнал большей величины, чем бета-частицы или гамма-излучение.  In addition, in the case of predominant registration of alpha particles, it must be taken into account that the mean free path of alpha particles in air is 5-6 cm, and therefore a camera with a characteristic size (diameter, transverse size and / or length) of less than 5 cm will result to reduce the efficiency (sensitivity) of registration of alpha particles, and the implementation of the camera with a characteristic size of more than 6 cm means excessive consumption of materials and unreasonable increase in size. At the same time, an ionization chamber with a characteristic size of not less than 2 cm and not more than 10 cm will also ensure the registration of alpha particles. The advantage of determining the presence and / or content of radionuclides in air using an open air ionization chamber by detecting alpha particles is that alpha particles and / or ion tracks created by them cause a larger signal in the sensor than beta particles or gamma radiation.
Повышение эффективно используемой площади электростатического электрода возможно несколькими способами. Во-первых, возможно размещение около электростатического электрода нескольких концентрирующих электродов. Это приведет к тому, что условия для формирования каскадной (или лавинной) ионизации будут обеспечиваться не на одном участке электростатического электрода около одного концентрирующего электрода, а на нескольких участках около нескольких концентрирующих электродов. При соответствующем размещении концентрирующих электродов на расстоянии друг от друга эти области электростатического электрода могут прилегать друг к другу, образуя единую область эффективного формирования условия для каскадной (или лавинной) ионизации.  Increasing the effective usable area of the electrostatic electrode is possible in several ways. Firstly, it is possible to place several concentrating electrodes near the electrostatic electrode. This will lead to the fact that the conditions for the formation of cascade (or avalanche) ionization will be provided not in one area of the electrostatic electrode near one concentrating electrode, but in several areas around several concentrating electrodes. With appropriate placement of the concentrating electrodes at a distance from each other, these areas of the electrostatic electrode can lie adjacent to each other, forming a single area for the effective formation of conditions for cascade (or avalanche) ionization.
Во-вторых, электростатический электрод может быть выполнен в форме электрической камеры, формирующей объем, в частности, ионизационной камеры и окружающей концентрирующий электрод с нескольких сторон, в результате чего вся поверхность (или большая часть) электростатического электрода, обращенная к концентрирующему электроду, находится на оптимальном расстоянии, при котором обеспечивается эффективный сбор ионов и/или обеспечиваются условия для каскадной (или лавинной) ионизации с учетом напряжения между электродами ионизационной камеры.  Secondly, the electrostatic electrode can be made in the form of an electric chamber, forming a volume, in particular, an ionization chamber and surrounding the concentrating electrode on several sides, as a result of which the entire surface (or most) of the electrostatic electrode facing the concentrating electrode is on the optimal distance at which efficient ion collection and / or conditions are provided for cascade (or avalanche) ionization, taking into account the voltage between the electrodes of the ionization chamber ry.
Поскольку электростатический электрод может привлекать заряженные частицы, взвешенные в воздухе, из окружающего электрод пространства, то радионуклиды могут осаждаться в основном на наружной поверхности электрической камеры, которую может формировать электростатический электрод. Однако концентрирующий электрод находится внутри такой камеры и, следовательно, условия для эффективного сбора ионов создаются внутри камеры. Since the electrostatic electrode can attract charged particles suspended in air from the space surrounding the electrode, then radionuclides can be deposited mainly on the outer surface of the electric chamber, which can form an electrostatic electrode. However, the concentrating electrode is located inside such a chamber and, therefore, conditions for the efficient collection of ions are created inside the chamber.
Это означает, что стенки электрической камеры, то есть электростатический электрод, должны обеспечивать осаждение на них радионуклидов (в том числе, например, вместе с пылью) с внутренней стороны для того, чтобы обеспечивать возможность попадания альфа-частиц бета-частиц и/или гамма-излучений, появляющихся в результате распада радионуклидов, внутрь электрической камеры - то есть электрическая камера должна быть открытой для окружающего воздуха (другими словами, ионизационная камера, объем которой формируется электрической камерой, должна быть открытой воздушной ионизационной камерой).  This means that the walls of the electric chamber, that is, the electrostatic electrode, must ensure the deposition of radionuclides on them (including, for example, together with dust) from the inside in order to ensure that alpha particles of beta particles and / or gamma - emissions resulting from the decay of radionuclides inside the electric chamber - that is, the electric chamber must be open to ambient air (in other words, the ionization chamber, the volume of which is formed by the electric chamber, must and to be an open air ionization chamber).
Для выполнения этих требований электростатический электрод может быть выполнен не из сплошного материала, а из пористого, сетчатого, тканевого материала или элемента либо материала или элемента с отверстиями (такой материал или элемент может быть выполнен с использованием металла или металлизации). Такой материал может обеспечивать прохождение внутрь камеры не только альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, но и самих радионуклидов и/или радиоактивной пыли. Это может быть пористая пленка, сетка, ткань, листовой материал с отверстиями, преимущественно выполненные с использованием металла или металлизации, например, поверхностной.  To fulfill these requirements, the electrostatic electrode can be made not of a continuous material, but of a porous, mesh, fabric material or element or a material or element with holes (such material or element can be made using metal or metallization). Such material may allow passage of not only alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation into the chamber, but also the radionuclides and / or radioactive dust themselves. This can be a porous film, mesh, fabric, sheet material with holes, mainly made using metal or metallization, for example, surface.
Сетка, выполненная с использованием металла, обладает особыми преимуществами, поскольку она, с одной стороны, эффективно создает электрическое поле для сбора радионуклидов на проволочках, формирующих сетку, а с другой стороны, имеет достаточно большие ячейки по сравнению с размерами частиц пыли, радионуклидов, ионов ДПР и т.п., через которые радионуклиды могут попадать в ионизационную камеру. Часть радионуклидов (на микрочастицах или сами по себе), привлеченных электрическим полем электростатического электрода в виде сетки, будет пролетать в отверстия сетки, попадать внутрь камеры и по- прежнему находиться под действием электрического поля, которое создает сетка, но теперь поле будет направлено в обратную сторону. Следовательно, радионуклиды будут замедляться и направляться в сторону сетки, ее проволочек, из которых выполнена сетка, и оседать на них с внутренней стороны.  A grid made using metal has special advantages, since it, on the one hand, effectively creates an electric field for collecting radionuclides on the wires forming a grid, and on the other hand, has sufficiently large cells in comparison with the particle sizes of dust, radionuclides, and ions DPR and the like, through which radionuclides can enter the ionization chamber. Part of the radionuclides (on microparticles or on their own) attracted by the electric field of the electrostatic electrode in the form of a grid will fly into the holes of the grid, fall into the chamber and continue to be under the influence of the electric field that the grid creates, but now the field will be directed back side. Consequently, radionuclides will slow down and be directed towards the grid, its wires, of which the grid is made, and settle on them from the inside.
Таким образом, использование сетки обеспечивает возможность попадания радионуклидов на внутреннюю сторону ионизационной камеры, благодаря чему альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучение могут перемещаться внутри ионизационной камеры (те радионуклиды, которые осели на внешней стороне камеры, практически не могут испускать альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучение внутрь камеры, поскольку эти излучения распространяются прямолинейно и их попадание внутрь камеры предотвращается проволочками, на которых оседают радионуклиды с внешней стороны). Thus, the use of the grid allows radionuclides to enter the inner side of the ionization chamber, so that alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can move inside the ionization chamber (those radionuclides that have settled on the outside of the chamber practically cannot emit alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation into the chamber, since these radiation propagate in a straight line and their entry into the chamber is prevented by wires, which radionuclides settle on the outside).
Кроме того, большой размер ячеек (относительно размеров ионов, частиц пыли, альфа- частиц и бета-частиц) обеспечивает меньше задержанных радионуклидов, альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений и, соответственно, более высокую долю попадания радионуклидов, альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений внутрь ионизационной камеры. В то же время чрезмерно большой размер ячеек ухудшает условия электростатической экранировки концентрирующего электрода камеры, что ухудшает соотношение сигнал шум на концентрирующем электроде камеры, в связи с чем размеры ячеек должны подбираться в соответствии с конфигурацией ионизационной камеры и величины напряжения для обеспечения эффективного сбора радионуклидов и регистрации альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучения.  In addition, the large cell size (relative to the size of the ions, dust particles, alpha particles and beta particles) provides fewer delayed radionuclides, alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and, consequently, a higher hit rate radionuclides, alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation into the ionization chamber. At the same time, an excessively large cell size worsens the electrostatic shielding conditions of the chamber’s concentrating electrode, which worsens the signal-to-noise ratio on the chamber’s concentrating electrode, and therefore, the cell sizes must be selected in accordance with the configuration of the ionization chamber and the voltage value to ensure efficient collection of radionuclides and registration alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation.
Указанные способы повышения эффективности и чувствительности устройства путем увеличения объема, в котором обеспечиваются условия эффективной ионизации и сбора ионов, могут комбинироваться. Например, электростатический электрод может представлять собой электрическую камеру, ограничивающую объем ионизационной камеры, в которой размещено несколько концентрирующих электродов. В частности, на фиг. 2 показан электростатический электрод 204, выполненный с использованием сетки и, преимущественно, металла (например, в виде металлической сетки), в виде вытянутой электрической камеры (т.е. параллелепипеда). Очевидно, что один концентрирующий электрод не может обеспечить одинаковые условия для эффективного сбора ионов по всему объему такой электрической камеры. В связи с этим внутри электрической камеры (но по- прежнему около электростатического электрода, образующего электрическую камеру, на расстоянии не более длины пробега альфа-частиц и/или бета-частиц и/или дальности распространения гамма-излучений) может быть установлено два, три, шесть или другое количество концентрирующих электродов в виде проволочек в один или несколько рядов.  These methods of increasing the efficiency and sensitivity of the device by increasing the volume in which the conditions for effective ionization and ion collection are provided can be combined. For example, the electrostatic electrode may be an electric chamber that limits the volume of the ionization chamber in which several concentrating electrodes are placed. In particular, in FIG. 2 shows an electrostatic electrode 204 made using a grid and, preferably, metal (for example, in the form of a metal grid), in the form of an elongated electric chamber (i.e., a parallelepiped). Obviously, one concentrating electrode cannot provide the same conditions for the efficient collection of ions throughout the volume of such an electric chamber. In this regard, two, three can be installed inside the electric chamber (but still near the electrostatic electrode forming the electric chamber, at a distance of no more than the mean free path of alpha particles and / or beta particles and / or the propagation distance of gamma radiation) , six or another number of concentrating electrodes in the form of wires in one or more rows.
Толщина проволочек (например, диаметр) как для случая одиночного концентрирующего электрода или датчика в виде проводника в ионизационной камере, так и для случае нескольких концентрирующих электродов или датчиков в виде проводников может составлять несколько миллиметров или долей миллиметра, например, менее 3 мм, 2,5 мм, 2 мм, 1 ,5 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,1 мм и более нескольких микрон, например, 5 мкм, 10 мкм, 25 мкм, 50 мкм, 100 мкм. The thickness of the wires (for example, diameter) for a single concentrating electrode or sensor in the form of a conductor in the ionization chamber, or for several concentrating electrodes or sensors in the form of conductors can be several millimeters or fractions millimeters, for example, less than 3 mm, 2.5 mm, 2 mm, 1, 5 mm, 1 mm, 0.5 mm, 0.1 mm and more than a few microns, for example, 5 microns, 10 microns, 25 microns, 50 μm, 100 μm.
Кроме того, может быть выполнено несколько электрических камер, образующих, в частности, объем ионизационных камер, в каждой из которых (или около) может быть размещено по одному или несколько концентрирующих электродов. Электростатические электроды, формирующие указанные электрические камеры, могут быть соединены между собой электрически, что позволяет использовать для подачи на всех них напряжения с постоянной составляющей с помощью одного модуля высокого напряжения, или же представлять собой полностью отдельные электростатические электроды, имеющие отдельные источники постоянного напряжения. Любой из вышеописанных вариантов позволяет как повысить площадь электростатического электрода (в т.ч. разделением на несколько), что повышает эффективность и чувствительность устройства, так и обеспечить условия эффективного сбора ионов, необходимые для реализации принципа работы ионизационной камеры, для всей или большей части площади электростатического электрода.  In addition, several electric chambers can be made, forming, in particular, the volume of ionization chambers, in each of which (or near) one or more concentrating electrodes can be placed. The electrostatic electrodes forming these electric chambers can be electrically interconnected, which makes it possible to use DC voltage for all of them with a single high voltage module, or they can be completely separate electrostatic electrodes with separate DC voltage sources. Any of the above options allows both to increase the area of the electrostatic electrode (including division into several), which increases the efficiency and sensitivity of the device, and to provide conditions for the efficient collection of ions, necessary for the implementation of the principle of operation of the ionization chamber, for the entire or most of the area electrostatic electrode.
Как уже отмечалось, для определения альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, а также ионных треков, формируемых альфа-частицами и/или бета-частицами и/или гамма-излучениями при пролете в условиях, способствующих ударной ионизации, могут использоваться как непосредственно концентрирующий электрод, так и другие электроды или датчики. При использовании концентрирующих электродов, во-первых, отсутствует необходимость в размещении дополнительных электродов или датчиков, а во-вторых, потенциал на концентрирующем электроде, необходимый для создания условий эффективного сбора ионов, будет притягивать ионы, образуемые альфа-частицами и/или бета- частицами и/или гамма-излучениями при пролете в таких условиях, и, соответственно, накапливать, т.е. изменять, заряд на концентрирующем электроде в соответствии с характеристиками альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма- излучения, что, в свою очередь, позволяет определять (детектировать) альфа- частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения и их характеристики, и, в некоторых случаях, определять виды, состав, количество, соотношение радионуклидов, их породивших.  As already noted, for determining alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, as well as ion tracks generated by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation during flight under conditions conducive to shock ionization, can be used as directly concentrating electrode, and other electrodes or sensors. When using concentrating electrodes, firstly, there is no need to place additional electrodes or sensors, and secondly, the potential on the concentrating electrode, necessary to create conditions for the efficient collection of ions, will attract ions formed by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation during flight under such conditions, and, accordingly, accumulate, i.e. change the charge on the concentrating electrode in accordance with the characteristics of the alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation, which, in turn, allows you to determine (detect) alpha particles and / or beta particles and / or gamma -radiations and their characteristics, and, in some cases, determine the types, composition, quantity, ratio of radionuclides that generated them.
Для определения заряда и его изменения на концентрирующем электроде с ним в предпочтительном варианте осуществления соединен усилитель заряда, преобразующий величину заряда на входе в напряжение или ток на выходе, а изменение величины заряда на входе, соответственно, в изменение напряжения или тока на выходе. Усилитель заряда может быть выполнен в соответствии с известными из уровня техники конструктивными решениями, например, с использованием операционного усилителя с высокоомным входом. In order to determine the charge and its change at the concentrating electrode, a charge amplifier is connected with it in a preferred embodiment, which converts the amount of charge at the input to voltage or the current at the output, and the change in charge at the input, respectively, to the change in voltage or output current. The charge amplifier can be made in accordance with known from the prior art structural solutions, for example, using an operational amplifier with a high-impedance input.
Поскольку заряды, формируемые ионами, и их изменения обычно имеют малую величину, в преимущественном варианте усилитель заряда может располагаться рядом с концентрирующим электродом (или другим датчиком или электродом, используемым для детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений по ионным трекам) для обеспечения наилучшей помехозащищённости. В том случае, если концентрирующий электрод или другой указанный электрод или датчик установлен около электростатического электрода в форме электрической камеры, например, внутри электрической камеры, то усилитель заряда также может располагаться, например, также внутри электрической камеры (т.е., по сути, внутри ионизационной камеры) или с другой стороны платы напротив электрической камеры (например, концентрирующего электрода).  Since the charges generated by the ions and their changes are usually small, in a preferred embodiment, the charge amplifier may be located next to the concentrating electrode (or another sensor or electrode used to detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation on ion tracks) to provide the best noise immunity. In the event that a concentrating electrode or other specified electrode or sensor is mounted near the electrostatic electrode in the form of an electric chamber, for example, inside an electric chamber, then the charge amplifier can also be located, for example, also inside the electric chamber (i.e., essentially inside the ionization chamber) or on the other side of the board opposite the electric chamber (for example, a concentration electrode).
В том случае, если около электростатического электрода (в том числе в том случае, когда электростатический электрод формирует одну или несколько электрических камер) установлено несколько концентрирующих электродов, заряды/изменения зарядов с этих электродов преимущественно усиливаются отдельными усилителями заряда, поскольку объединение зарядов с концентрирующих электродов приведёт к уменьшению величины выходного сигнала усилителя заряда, поскольку ионы будут собираться одним из концентрирующих электродов и при объединении заряд будет распределяться на все эти электроды. Кроме того, при перетекании с концентрирующих электродов в место объединения заряд должен проходить по проводнику, на который будут наводиться помехи, поступающие на вход усилителя и, как следствие, усиливаться.  In the event that several concentrating electrodes are installed near the electrostatic electrode (including the case when the electrostatic electrode forms one or more electric chambers), the charges / changes in charges from these electrodes are mainly amplified by separate charge amplifiers, since the combination of charges from the concentrating electrodes will lead to a decrease in the output signal of the charge amplifier, since ions will be collected by one of the concentrating electrodes and when the charge is combined It will be distributed to all of these electrodes. In addition, when flowing from the concentrating electrodes to the place of association, the charge must pass through the conductor, which will induce interference coming to the input of the amplifier and, as a result, amplify.
В то же время токи и/или напряжения на выходах усилителей заряда могут объединяться и/или обрабатываться по отдельности (например, усиливаться, фильтроваться, использоваться для определения альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений и т.п.) с дальнейшим объединением данных, при котором потери незначительны по сравнению с величинами самих токов/напряжений. При этом помехи на входе усилителей практически не наводятся, если усилители расположены рядом с электродами, с которых снимается заряд (например, концентрирующими), а помехи, наводимые на выходы усилителей, значительно уменьшаются или даже устраняются благодаря низкому выходному сопротивлению усилителей (в частности, операционных усилителей). В соответствии с блок-схемой на фиг. 3, сигнал с датчика 304, установленного около электростатического электрода 303, подается в блок обработки 305, где он усиливается усилителем 351 и обрабатывается модулем обработки 352. Датчик 304 может представлять собой, как описано выше, полупроводниковый датчик, счетчик Гейгера-Мюллера, ионизационную камеру или концентрирующий электрод ионизационной камеры, а также другие электроды/датчики, установленные в ионизационной камере и/или около электростатического электрода. At the same time, the currents and / or voltages at the outputs of the charge amplifiers can be combined and / or processed separately (for example, amplified, filtered, used to determine alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, etc. .) with further consolidation of the data, in which the losses are insignificant in comparison with the values of the currents / voltages themselves. In this case, interference at the input of the amplifiers is practically not induced if the amplifiers are located next to the electrodes from which the charge is removed (for example, concentrating ones), and the noise induced at the outputs of the amplifiers is significantly reduced or even eliminated due to the low output impedance of the amplifiers (in particular, operating amplifiers). In accordance with the block diagram of FIG. 3, the signal from the sensor 304 installed near the electrostatic electrode 303 is supplied to the processing unit 305, where it is amplified by an amplifier 351 and processed by the processing module 352. The sensor 304 may be, as described above, a semiconductor sensor, a Geiger-Muller counter, an ionization chamber or a concentration electrode of the ionization chamber, as well as other electrodes / sensors installed in the ionization chamber and / or near the electrostatic electrode.
Усилитель 351 может представлять собой усилитель заряда или высокоомный повторитель напряжения в случае использования ионизационной камеры в соответствии с вышеописанными вариантами. В то же время в некоторых вариантах описания таких структур усилитель заряда может быть включен в состав датчика ионизационной камеры, поскольку датчик в виде электрода, например, концентрирующего, выдает сигнал в виде заряда/изменения заряда, которые должны быть преобразованы в токи/напряжения и/или их изменения. В связи с этим в некоторых подходах усилитель заряда может считаться необходимым для реализации функции такого датчика и, следовательно, может считаться входящим в его состав, хотя в целом он является отдельным от датчика элементом.  The amplifier 351 may be a charge amplifier or a high-resistance voltage follower in the case of using an ionization chamber in accordance with the above options. At the same time, in some versions of the description of such structures, a charge amplifier can be included in the ionization chamber sensor, since the sensor in the form of an electrode, for example, a concentrating one, gives a signal in the form of a charge / charge change, which must be converted into currents / voltages and / or their changes. In this regard, in some approaches, a charge amplifier may be considered necessary to implement the functions of such a sensor and, therefore, can be considered part of it, although in general it is a separate element from the sensor.
В общем случае, независимо от вида датчика, усилитель 351 предназначен для усиления сигнала датчика до того уровня, который необходим для эффективной обработки в модуле обработки 352. Он может быть выполнен с использованием различной элементной базы и разнообразных схемотехнических решений, известных из уровня техники, например, с использованием отдельных элементов, таких как транзисторы, интегральных элементов, таких как операционные усилители, или быть встроенным в модуль обработки (например, такой как процессор или контроллер). Усилитель может помимо усиления выполнять функции ограничения, фильтрации, инвертирования, преобразования формы сигнала и/или смены параметра электрического процесса, используемого в качестве носителя сигнала, т.е., по меньшей мере, часть функций модуля обработки.  In general, regardless of the type of sensor, the amplifier 351 is designed to amplify the sensor signal to the level that is necessary for efficient processing in the processing module 352. It can be performed using various components and various circuitry solutions known from the prior art, for example using separate elements, such as transistors, integrated elements, such as operational amplifiers, or to be integrated in a processing module (for example, such as a processor or controller). The amplifier can, in addition to amplification, perform the functions of limiting, filtering, inverting, transforming the waveform and / or changing the parameter of the electrical process used as a signal carrier, i.e., at least part of the functions of the processing module.
Модуль обработки 352 предназначен для обработки, преобразования сигналов и/или получения исходя из характеристик и параметров сигналов данных, например, о событиях детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений, частоты и интенсивности альфа-распадов и/или бета-распадов и/или гамма-излучений, радиоактивности радионуклидов, например, ДПР радона/торона и/или самого радона/торона, а также концентрации и/или объемной активности радионуклидов (могут определяться все эти показатели, один или некоторые из них в различных комбинациях). Полученные данные могут выводиться или передаваться во внешние устройства или элементы/компоненты. Термин данные, используемый здесь и далее, преимущественно обозначает данные, полученные в результате обработки сигнала датчика. Processing module 352 is intended for processing, converting signals and / or obtaining, based on the characteristics and parameters of the data signals, for example, events of detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, frequency and intensity of alpha decays and / or beta decays and / or gamma radiation, radionuclide radioactivity, for example, radonuclide / radon and / or radon / toron DPR, as well as the concentration and / or volumetric activity of radionuclides (all of these indicators can be determined, one or some of them in various combinations). The received data can be output or transmitted to external devices or elements / components. The term data, used hereinafter, mainly refers to data obtained as a result of processing the sensor signal.
Сигнал, поступающий от датчика, обычно требует предварительной обработки перед тем, как на его основе могут быть извлечены данные по альфа- частицам и/или бета-частицам и/или гамма-излучениям. Это связано с тем, что сигналы, соответствующие указанным частицам и/или излучениям, могут быть малы по величине и содержать шумы и помехи. Кроме того, устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для включения в электрическую сеть, в которой обычно наблюдается достаточно много помех различного происхождения. Это могут быть импульсные помехи, периодические помехи с различной частотой, шум, наводки и т.п.  The signal from the sensor usually requires preliminary processing before it can be used to extract data on alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. This is due to the fact that the signals corresponding to the indicated particles and / or radiation can be small in magnitude and contain noise and interference. In addition, the device in accordance with the present invention is intended to be included in an electrical network, in which a lot of interference of various origins is usually observed. This can be impulse noise, periodic interference with different frequencies, noise, interference, etc.
Поскольку на электростатический электрод подается электрическое напряжение с постоянной составляющей относительно одного или нескольких соединительных электродов, эти помехи и шумы частично воспроизводятся в электрическом поле, создаваемом электростатическим электродом. Электрическое поле воздействует на датчик и, следовательно, в сигнале из датчика будет шумовая и помеховая составляющая, имеющая свое происхождение из электрической сети. При подаче на электростатический электрод высокого напряжения, формируемого, например, путем умножения сетевого напряжения, помехи и шумы присутствующие в сети также будут усиливаться и, как следствие, будут иметь значительную амплитуду.  Since an electrostatic electrode is supplied with a constant voltage component relative to one or more connecting electrodes, these interference and noise are partially reproduced in the electric field created by the electrostatic electrode. The electric field acts on the sensor and, therefore, in the signal from the sensor there will be a noise and interference component, having its origin from the electric network. When applying a high voltage to the electrostatic electrode, formed, for example, by multiplying the mains voltage, the noise and noise present in the network will also be amplified and, as a result, will have a significant amplitude.
Снижение этой помеховой и шумовой составляющей возможно несколькими способами (techniques). Согласно одному из способов возможно уменьшать уровень помех и шумов, попадающих на электростатический электрод, например, из сети. Для этого может использоваться фильтрация, например, полосовая, низкочастотная и т.п. Фильтрующие элементы/компоненты, такие как RC-цепочки, емкости, индуктивности (дроссели), могут устанавливаться в блоке питания, в частности, в модуле высокого напряжения, например, в преобразователе напряжения, на его входе или выходе, перед входом блока питания или на его выходе, например, между блоком питания и электростатическим электродом, или между соединительными электродами и блоком питания.  Reducing this interference and noise component is possible in several ways (techniques). According to one of the methods, it is possible to reduce the level of interference and noise falling on the electrostatic electrode, for example, from the network. Filtering, for example, band-pass, low-pass, etc., can be used for this. Filter elements / components, such as RC circuits, capacitances, inductors (inductors), can be installed in the power supply, in particular in the high voltage module, for example, in a voltage converter, at its input or output, before the input of the power supply or at its output, for example, between a power supply and an electrostatic electrode, or between connecting electrodes and a power supply.
Таким образом удается уменьшить помехи и шумы на электростатическом электроде, однако их полное подавление невозможно и требует применения элементов/компонентов, которые увеличивают массу устройства, его размеры, а также стоимость. В связи с этим описанный способ уменьшения помех и шумов желателен для применения, но оправданный с экономической и конструктивной точек зрения уровень подавления шумов и помех обычно недостаточен для достоверного детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучения и определения характеристик радиоактивных излучений и радионуклидов. Thus, it is possible to reduce interference and noise on the electrostatic electrode, however, their complete suppression is impossible and requires the use of elements / components that increase the mass of the device, its size, and also cost. In this regard, the described method of reducing interference and noise is desirable for application, but the level of noise and interference suppression economically and constructively justified is usually insufficient to reliably detect alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and determine the characteristics radioactive radiation and radionuclides.
Другим способом уменьшения помех и шумов в сигнале датчика является фильтрация. Это может быть полосовая, низкочастотная, высокочастотная, согласованная и другие виды фильтрации. Подобная фильтрация может осуществляться в предварительном усилителе перед подачей в модуль обработки или в самом модуле обработки, например, с помощью фильтрующих элементов/компонентов, таких как RC-цепочки, емкости, индуктивности (дроссели) и т.п., или, например, с помощью цифровой фильтрации.  Another way to reduce interference and noise in the sensor signal is filtering. This can be bandpass, low-frequency, high-frequency, matched, and other types of filtering. Such filtering can be carried out in a pre-amplifier before being fed to the processing module or in the processing module itself, for example, using filter elements / components, such as RC circuits, capacitors, inductances (inductors), etc., or, for example, using digital filtering.
Поскольку сигналы, выдаваемые датчиком в результате появления альфа- частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения и/или ионного трека, формируемого этими частицами и/или излучениями, обычно имеют достаточно характерные формы и другие свойственные характеристики, при обработке сигналов может применяться и преимущественно будет давать достаточно хорошие результаты корреляционная обработка и/или согласованная фильтрация, основанные на использовании формы сигнала. Эти виды обработки могут осуществляться как отдельными элементами/компонентами, например, в составе модуля обработки, так и цифровыми способами, например, в том случае, если модуль обработки содержит или представляет собой контроллер или процессор. Обработка сигнала, использующая особенности формы сигнала, порождаемого альфа-частицей и/или бета-частицей и/или гамма-излучением и/или ионным треком, позволяет значительно снизить в сигнале те составляющие, которые имеют форму, отличающуюся от формы сигнала, вызываемого альфа-частицей и/или бета- частицей и/или гамма-излучением и/или ионным треком, в результате чего повышается вероятность детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений и/или различения этих частиц и/или излучений, так как в отфильтрованном сигнале по большей части остаются только составляющие, имеющие происхождение от альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений.  Since the signals produced by the sensor as a result of the appearance of an alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation and / or an ion track generated by these particles and / or radiation usually have quite characteristic shapes and other characteristic characteristics when processing signals can be applied and will mainly give fairly good results correlation processing and / or matched filtering based on the use of the waveform. These types of processing can be carried out as separate elements / components, for example, as part of a processing module, or digitally, for example, if the processing module contains or is a controller or processor. Signal processing using features of the waveform generated by the alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation and / or the ion track can significantly reduce those components in the signal that have a shape different from the waveform caused by alpha particle and / or beta particle and / or gamma radiation and / or ion track, which increases the likelihood of detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or distinguishing between these particles and / or radiation , since in the filtered signal by Olsha parts remain only components originating from alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation.
При наличии в устройстве нескольких датчиков, например, нескольких ионизационных камер или нескольких концентрирующих электродов, выполняющих роль датчика, возможна, в том числе, их совместная обработка, например, корреляционная. Выполнение совместной обработки возможно на разных этапах, например, на этапе фильтрации или выделения составляющих, вызванных альфа- частицами и/или бета-частицам и/или гамма-излучениям, в том числе за счет особенностей формы откликов устройства на указанные частицы и/или излучения, и/или после выполнения детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений путем сравнения фактов детектирования или определенных параметров для подтверждения их действительности. If there are several sensors in the device, for example, several ionization chambers or several concentrating electrodes acting as a sensor, it is possible, including their joint processing, for example, correlation. Joint processing is possible at different stages, for example, at the stage of filtering or isolating components caused by alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, including due to the peculiarities of the shape of the device’s responses to said particles and / or radiation , and / or after detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation by comparing the detection facts or certain parameters to confirm their validity.
Вышеуказанные способы обработки сигналов датчика позволяют снижать уровень не только тех помех и шумов, которые имеют свое происхождение в электрической сети, но и из других источников. Например, любое устройство, в т.ч. усилители, создают собственные шумы, которые также требуют подавления. Некоторые виды элементов/компонентов также склонны создавать характерные для них шумы и помехи.  The above methods for processing sensor signals can reduce not only the interference and noise that have their origin in the electrical network, but also from other sources. For example, any device, including amplifiers create their own noise, which also require suppression. Some types of elements / components are also prone to create characteristic noise and interference.
Например, электростатический электрод ионизационной камеры ввиду подачи на него высокого постоянного напряжения обладает микрофонным эффектом (особенно это характерно для выполнения электростатического электрода в виде части ионизационной камеры, используемой в качестве (совместно с) датчика). Это связано с тем, что электростатический электрод обладает большой поверхностью, необходимой для повышения эффективности (чувствительности) устройства, и, следовательно, хорошо воспринимает механические воздействия на него, в том числе звуковые колебания воздуха. Эти воздействия приводят к изменениям электрического поля в области датчика, которые имеют достаточно большую величину ввиду высокого значения напряженности самого электрического поля, создаваемого электростатическим электродом в целях повышения вероятности осаждения на него заряженных частиц из воздуха, в том числе ДПР радона и создания условий эффективного сбора ионов.  For example, the electrostatic electrode of the ionization chamber, due to the supply of a high constant voltage to it, has a microphone effect (this is especially true for the electrostatic electrode as a part of the ionization chamber used as (in conjunction with) a sensor). This is due to the fact that the electrostatic electrode has a large surface, which is necessary to increase the efficiency (sensitivity) of the device, and, therefore, perceives mechanical influences on it, including sound vibrations of air. These effects lead to changes in the electric field in the sensor region, which are quite large due to the high electric field strength generated by the electrostatic electrode in order to increase the probability of the deposition of charged particles from air, including radon DPR and create conditions for the efficient collection of ions .
Высокая чувствительность устройства в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить площадь электростатического электрода и, благодаря этому, снизить микрофонный эффект, однако для его полного исключения преимущественно требуется дополнительная обработка сигнала в блоке обработки. Для этого могут использоваться вышеуказанные виды обработки, такие как фильтрация (полосовая, низкочастотная, высокочастотная и др.), корреляционная обработка и согласованная фильтрация и т.п.  The high sensitivity of the device in accordance with the present invention allows to reduce the area of the electrostatic electrode and, due to this, to reduce the microphone effect, however, to completely eliminate it, additional signal processing in the processing unit is mainly required. For this, the above types of processing can be used, such as filtering (band-pass, low-frequency, high-frequency, etc.), correlation processing and matched filtering, etc.
Также возможен такой вид обработки, при котором в случае превышения звуковыми шумами, вызванными микрофонным эффектом, заданного порога устройство прекращает счет альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений до возврата звукового шума в сигнале датчика в допустимый диапазон (например, вследствие прекращения поступления звуковых механических колебаний на электростатический электрод). Это позволяет исключить учет ложных определений альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, вызванных звуковыми/механическими помехами. It is also possible this type of processing in which if the sound threshold exceeds the specified threshold, the device stops counting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation until the sound noise in the sensor signal returns to the allowable range (for example, due to the termination of the flow of sound mechanical vibrations to the electrostatic electrode). This eliminates the need for false definitions of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation caused by sound / mechanical interference.
Вышеописанные виды обработки сигнала датчика (или нескольких датчиков) повышают достоверность детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений. В то же время они не обязательны для реализации устройства, если оно применяется в условиях, когда шумы и помехи минимальны или отсутствуют. Однако в обычных бытовых условиях такая обработка является желательной и, в некоторых случаях, необходимой. Описанные виды обработки не являются исчерпывающими и могут быть использованы и другие виды, известные из уровня техники или разработанные специально для настоящего устройства. Все эти виды обработки могут осуществляться как по отдельности, так и совместно в различных комбинациях, последовательно или параллельно.  The above-described types of signal processing of the sensor (or several sensors) increase the reliability of the detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. At the same time, they are not required to implement the device if it is used in conditions where noise and interference are minimal or absent. However, under ordinary domestic conditions, such treatment is desirable and, in some cases, necessary. The described types of processing are not exhaustive and other types known from the prior art or developed specifically for this device can be used. All these types of processing can be carried out either individually or jointly in various combinations, sequentially or in parallel.
Другим видом обработки, осуществляемым блоком обработки, в частности, модулем обработки, является непосредственно детектирование (определение) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений. Оно осуществляется по сигналу, который может быть предварительно обработан или не обработан, с помощью известных из уровня техники способов. Например, детектирование альфа- частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений может осуществляться с помощью порогового метода, когда факт прохождения альфа-частицы и/или бета-частицы и/или гамма-излучения около (в области) датчика определяется по превышению сигналом или обработанных значений сигнала (например, корреляционной обработкой или согласованной фильтрацией) заданного порога.  Another type of processing performed by the processing unit, in particular, the processing module, is the direct detection (determination) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation. It is carried out on a signal that may be pre-processed or not processed using methods known from the prior art. For example, the detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation can be performed using the threshold method, when the fact of the passage of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation near (in the region) of the sensor is determined when the signal exceeds the processed signal values (for example, by correlation processing or matched filtering) of the specified threshold.
Распространенным видом детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений является построение гистограмм по величине пиков в сигнале. Это позволяет определять энергетические характеристики альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений и/или вид радионуклидов, ставших источником указанных частиц и/или излучений. Пики и/или другие характерные признаки/параметры могут определяться как в обработанном сигнале, так и не обработанном.  A common type of detection of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation is the construction of histograms by the magnitude of the peaks in the signal. This allows you to determine the energy characteristics of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or the type of radionuclides that became the source of these particles and / or radiation. Peaks and / or other characteristic features / parameters can be determined both in the processed signal and not processed.
Помимо указанных способов детектирования альфа-частиц и/или бета- частиц и/или гамма-излучений могут использоваться и другие способы и методы, известные из уровня техники и/или разработанные вновь для настоящего устройства. Детектирование может осуществляться как по непосредственному сигналу датчика, так и по обработанному сигналу. Помимо и/или в дополнение к вышеперечисленным видам обработки сигнала для определения (детектирования) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений могут использоваться также такие виды обработки сигнала, как интегрирование, дифференцирование, логарифмирование и другие, известные из уровня техники и/или разработанные вновь для настоящего устройства. In addition to these methods for detecting alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, other methods and methods known from the prior art and / or newly developed for the present device can be used. Detection can be carried out both directly the sensor signal, and the processed signal. In addition to and / or in addition to the above types of signal processing, for the determination (detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, signal processing such as integration, differentiation, logarithm, and others known from prior art and / or newly developed for the present device.
Данные, полученные в результате определения (детектирования) альфа- частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, преимущественно представляют собой частоту (количество частиц/излучений в единицу времени) появления альфа- частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений около датчика и/или, например, в ионизационной камере и, в некоторых случаях, могут содержать данные о характеристиках альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, таких как энергетические и т.п. Эти первичные данные об альфа-частицах и/или бета- частицах и/или гамма-излучениях позволяют получать дополнительные данные, характеризующие радионуклиды на/около электростатического электрода и/или датчика. В частности, в результате дополнительной обработки указанных первичных данных об альфа-частицах и/или бета-частиц и/или гамма-излучений могут быть получены оценки состава радионуклидов, их концентрации и/или активности, и другие. Далее, с учетом характеристик устройства по сбору радионуклидов из окружающего воздуха, может определятся объемная активность/концентрация радионуклидов.  The data obtained from the determination (detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, mainly represent the frequency (number of particles / radiation per unit time) of the appearance of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation near the sensor and / or, for example, in the ionization chamber and, in some cases, may contain data on the characteristics of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, such as energy and the like. These primary data on alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation provide additional data characterizing radionuclides at / near the electrostatic electrode and / or sensor. In particular, as a result of additional processing of these primary data on alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, estimates of the composition of radionuclides, their concentration and / or activity, and others can be obtained. Further, taking into account the characteristics of the device for collecting radionuclides from ambient air, the volumetric activity / concentration of radionuclides can be determined.
Ввиду того, что радионуклиды в воздухе обычно включают в себя радон и/или ДПР радона, вышеуказанные характеристики радионуклидов могут отражать и/или содержать характеристики ДПР радона и/или самого радона. ДПР радона и/или радон могут выделяться из всех радионуклидов, например, по энергетическим характеристиками, по форме сигнала, частоте альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений или другими способами, в том числе с учетом условий окружающей среды и т.п. В обычных условиях в некотором приближении можно считать, что все или большая часть альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма- излучений были порождены ДПР радона, так как в обычных условия радионуклиды в воздухе в основном появляются вследствие распада радона. По определенной активности ДПР радона могут быть определены характеристики самого радона, например, его концентрация или объемная активность. Это может быть сделано различными способами, например, по составу ДПР радона или усредненной активности ДПР радона, поделенной на коэффициент, отражающий соотношение активности ДПР радона и самого радона. Вышеуказанные и другие виды обработки могут осуществляться различными элементами, компонентами, модулями, блоками и устройствами, известными из уровня техники и/или вновь разработанными, в том числе для настоящего устройства. Они могут быть аналоговыми и/или цифровыми, выполнять каждый вид или шаг обработки по отдельности или в комбинации, т.е. быть раздельными или интегрированными, в том числе и в отношении комбинаций нескольких, но не всех видов и шагов обработки. В преимущественном варианте модуль обработки 352 представляет собой процессор или контроллер (или несколько штук) и может осуществлять описанные выше и другие виды обработки цифровым образом в соответствии программой/командами, которые могут храниться в памяти, являющейся отдельным от процессора или контроллера элементом или входящим в его состав. В некоторых случаях контроллер или процессор могут включать в себя не только модуль обработки, но и усилители и другие элементы. Due to the fact that radionuclides in air usually include radon and / or DPR of radon, the above characteristics of radionuclides can reflect and / or contain the DPR characteristics of radon and / or radon itself. DPR of radon and / or radon can be released from all radionuclides, for example, according to energy characteristics, waveform, frequency of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, or in other ways, including taking into account environmental conditions etc. Under ordinary conditions, in some approximation, we can assume that all or most of the alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation were generated by radar DPR, since under normal conditions radionuclides in air mainly appear due to decay of radon. According to a certain activity of radon DPR, the characteristics of radon itself can be determined, for example, its concentration or volumetric activity. This can be done in various ways, for example, according to the composition of radon DPR or the average radon DPR activity divided by a coefficient reflecting the ratio of the radon DPR activity to radon itself. The above and other types of processing can be carried out by various elements, components, modules, blocks and devices known from the prior art and / or newly developed, including for the present device. They can be analog and / or digital, perform each type or processing step individually or in combination, i.e. be separate or integrated, including with respect to combinations of several, but not all types and processing steps. In an advantageous embodiment, the processing module 352 is a processor or controller (or several pieces) and can carry out the above and other types of processing digitally in accordance with the program / instructions, which can be stored in a memory that is an element separate from the processor or controller or included in it structure. In some cases, the controller or processor may include not only a processing module, but also amplifiers and other elements.
В соответствии с фиг. 3 из модуля обработки 352 обработанные данные, преимущественно представляющие собой результат обработки сигнала датчика в блоке обработки, и/или сигнал датчика могут быть поданы в модуль связи 306, в котором они могут быть переданы, например, по радиосвязи через антенну 361. В других вариантах осуществления устройства модуль связи может осуществлять не радиосвязь, а передавать/обмениваться данными по проводным, оптическим и другим каналам связи, в том числе совместно или в дополнение к радиоканалу. В то же время в настоящее время передача/обмен данными посредством радиочастотного канала связи является недорогим, доступным и широко распространенным, что обеспечивает возможность использования устройства в соответствии с настоящим изобретением для широкого круга пользователей.  In accordance with FIG. 3 from the processing module 352, the processed data, mainly representing the result of processing the sensor signal in the processing unit, and / or the sensor signal can be supplied to the communication module 306, in which they can be transmitted, for example, by radio communication through the antenna 361. In other embodiments of the implementation of the device, the communication module may not carry out radio communication, but transmit / exchange data via wired, optical and other communication channels, including jointly or in addition to the radio channel. At the same time, data transmission / exchange via the radio frequency communication channel is currently inexpensive, affordable and widespread, which makes it possible to use the device in accordance with the present invention for a wide range of users.
Модуль связи может представлять собой модуль сотовой связи, связи в соответствии со стандартами Bluetooth, Wi-Fi, NFC и другими, или любой другой допустимый модуль связи. Передача данных и/или сигнала датчика может осуществляться на сервер обработки данных или в базу данных, в терминал пользователя, такой как телефон, смартфон или любой другой. Передача данных и/или сигнала может осуществляться и проводным способом, если в устройстве предусмотрена такая возможность. Например, устройство может иметь разъем для соединения с внешним устройством, которым может быть телефон, смартфон или любое другое устройство. Разъем может быть соединен с модулем связи для такой передачи данных и/или сигнала связи. В одном из преимущественных вариантов разъем может представлять собой USB-разъем (как указано ранее, он может использоваться и для подачи питания). Данные и/или сигнал датчика могут передаваться в непосредственном виде или с усреднением за заданный период времени. The communication module may be a cellular module, communication in accordance with the standards of Bluetooth, Wi-Fi, NFC and others, or any other valid communication module. Data and / or sensor signal can be transmitted to a data processing server or to a database, to a user terminal, such as a telephone, smartphone or any other. Data and / or signal transmission can also be carried out by wire, if the device provides such an opportunity. For example, a device may have a connector for connecting to an external device, which may be a telephone, smartphone, or any other device. The connector may be connected to a communication module for such data and / or communication signal transmission. In one of the preferred options, the connector may be a USB connector (as indicated earlier, it can also be used to supply power). Sensor data and / or signal may transmitted directly or averaged over a given period of time.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения модуль связи может быть выполнен с возможностью получения и/или передачи сигналов управления. Например, модуль связи может получать сигналы управления из внешних устройств, таких как терминал пользователя или сервер, и передавать их в блок обработки. Сигналы управления могут содержать команды, коды или программы, которые могут выполняться модулем обработки. Таким образом возможно установление или изменение параметров обработки сигнала датчика или обработанных данных. Кроме того, блок обработки может управлять индикатором и/или блоком питания в соответствии с полученными сигналами управления.  In some embodiments of the present invention, the communication module may be configured to receive and / or transmit control signals. For example, the communication module may receive control signals from external devices, such as a user terminal or server, and transmit them to the processing unit. The control signals may contain instructions, codes or programs that may be executed by the processing module. In this way, it is possible to set or change the processing parameters of the sensor signal or the processed data. In addition, the processing unit may control the indicator and / or power supply in accordance with the received control signals.
В том случае, если устройство содержит дополнительные соединительные электроды, которые могут быть использованы для подключения к ним другого внешнего устройства и соединены через модуль управления выходным напряжением с соединительными электродами, предназначенными для включения в электрическую сеть, блок обработки может в некоторых случаях иметь возможность управления модулем управления выходным напряжением и, тем самым, подключать и отключать внешнее устройство. В том случае, если внешним устройством является вентилятор или кондиционер, устройство может автоматически приводить их в активное состояние с целью снижения уровня (концентрации, активности) радионуклидов, например, радона и/или его ДПР, при достижении им заданного порога и дезактивировать их при снижении уровня (концентрации, активности) радионуклидов, например, радона и/или его ДПР, до допустимого уровня. При осуществлении такого управления внешними устройствами могут учитываться не только данные о концентрации (активности) радона и/или его ДПР (или радионуклидов в целом), но и температура, влажность, давление воздуха и другие показатели среды.  In the event that the device contains additional connecting electrodes that can be used to connect another external device to them and are connected through the output voltage control module to connecting electrodes intended for inclusion in the electric network, the processing unit may in some cases be able to control the module control the output voltage and, thereby, connect and disconnect an external device. In the event that the external device is a fan or air conditioner, the device can automatically bring them into an active state in order to reduce the level (concentration, activity) of radionuclides, for example, radon and / or its DPR, when it reaches a predetermined threshold and deactivate them when it decreases the level (concentration, activity) of radionuclides, for example, radon and / or its DPR, to an acceptable level. When implementing such control of external devices, not only data on the concentration (activity) of radon and / or its DPR (or radionuclides in general) can be taken into account, but also temperature, humidity, air pressure and other environmental indicators.
В других вариантах модуль связи может получать сигналы управления из блока обработки и передавать их внешним устройствам. Например, модуль связи может передавать сигналы управления посредством инфракрасного или другого излучения в другие внешние устройства, например, такие как вентиляторы, кондиционеры и т.п. Это также обеспечивает возможность автоматического управления работой таких устройств с целью поддержания уровня (концентрации, активности) радона и/или его ДПР (или радионуклидов в целом) в заданных пределах аналогично вышеописанному варианту за исключением того, что их проводное соединение с устройством в соответствии с настоящим изобретением не обязательно. In other embodiments, the communication module may receive control signals from the processing unit and transmit them to external devices. For example, a communication module may transmit control signals via infrared or other radiation to other external devices, such as, for example, fans, air conditioners, and the like. It also provides the ability to automatically control the operation of such devices in order to maintain the level (concentration, activity) of radon and / or its DPR (or radionuclides in general) within specified limits similar to the above option except that a wired connection to a device in accordance with the present invention is optional.
В одном из преимущественных вариантов реализации устройства модуль связи содержит источник инфракрасного излучения, такой как, например, излучающий ИК диод, то есть диод, излучающий в инфракрасном диапазоне (в некоторых вариантах модуль связи может представлять собой излучающий ИК диод). Благодаря тому, что передача сигналов управления по инфракрасному каналу весьма распространена, наличие такой возможности в настоящем устройстве обеспечивает возможность управления различными устройствами без установления соединения и, в некоторых случаях, даже без установки настроек, обеспечивающих такое управление.  In one of the preferred embodiments of the device, the communication module comprises an infrared radiation source, such as, for example, an infrared emitting diode, that is, an infrared emitting diode (in some embodiments, the communication module may be an infrared emitting diode). Due to the fact that the transmission of control signals via the infrared channel is very common, the presence of such a possibility in this device provides the ability to control various devices without establishing a connection and, in some cases, even without setting the settings that provide such control.
Например, через излучающий ИК диод устройство может передавать сигналы управления в соответствии с одним, несколькими или всеми доступными стандартами сигналов управления, а устройства, до которых может дойти инфракрасное излучение, могут его воспринимать с помощью датчиков инфракрасного излучения (например, ИК фотодиод) и выполнять действия и/или команды, заданные сигналами управления. Благодаря этому устройство в соответствии с настоящим изобретением может управлять работой таких устройств, как, например, вентиляторы, кондиционеры, климат-контроль, системы поддержания климатических условий в помещениях так, чтобы изменять содержание радионуклидов, например, радона и его ДПР, в воздухе путем притока и/или вытяжки воздуха. Это обеспечивает возможность автоматического поддержания безопасных условий в помещении.  For example, through an IR-emitting diode, a device can transmit control signals in accordance with one, several or all available standards of control signals, and devices that can reach infrared radiation can be sensed using infrared radiation sensors (for example, an infrared photodiode) and perform actions and / or commands given by control signals. Due to this, the device in accordance with the present invention can control the operation of such devices as, for example, fans, air conditioners, climate control, systems for maintaining indoor climatic conditions so as to change the content of radionuclides, for example, radon and its DPR, in the air by inflow and / or air exhaust. This provides the ability to automatically maintain safe indoor conditions.
Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что излучающий ИК диод может иметь большую мощность и, следовательно, излучать мощный поток инфракрасного излучения. Поскольку инфракрасное излучение обычно хорошо переотражается, нет необходимости направлять ИК диод на датчик инфракрасного излучения в управляемом устройстве. Это обеспечивает большую свободу в установке устройства в соответствии с настоящим изобретением, что может быть необходимым, так как розетки электрической сети могут находиться в местах, где отсутствует возможность прямой передачи инфракрасного излучения из источника в приемник.  An additional advantage of the present invention is that the emitting IR diode can have a large power and, therefore, emit a powerful stream of infrared radiation. Since infrared radiation is usually well reflected, it is not necessary to direct the IR diode to the infrared radiation sensor in the controlled device. This provides greater freedom in the installation of the device in accordance with the present invention, which may be necessary, since the electrical outlet can be located in places where there is no possibility of direct transmission of infrared radiation from the source to the receiver.
Излучающий ИК диод, как источник, не имеет ограничений на мощность благодаря тому, что настоящее устройство подключено к электрической сети и отсутствуют ограничения на потребляемую мощность, характерные для устройств с автономным (то есть, не подключенным к электрической сети, например, батарейным) питанием в связи с малым запасом энергии автономного источника питания и необходимостью обеспечения длительного срока службы. Таким образом, отличительное свойство настоящего изобретения - необходимость подключения к электрической сети - обеспечивает возможность не только осуществления эффективного и чувствительного устройства, собирающего из воздуха радионуклиды, в том числе ДПР радона, и определяющего активность (концентрацию) радионуклидов в воздухе (в том числе, например, и радона), но также и возможность применения излучающего ИК диода большой мощности, обеспечивающего возможность управления устройствами посредством инфракрасного излучения практически из любого расположения устройства. The emitting IR diode, as a source, has no power restrictions due to the fact that the present device is connected to the electric network and there are no restrictions on the power consumption characteristic of devices with autonomous (that is, not connected to the electric network, for example, battery) power due to the small energy reserve of an autonomous power source and the need to ensure a long service life. Thus, the distinguishing feature of the present invention - the need to connect to an electrical network - provides the ability not only to implement an effective and sensitive device that collects radionuclides from the air, including radon DPR, and determines the activity (concentration) of radionuclides in air (including, for example , and radon), but also the possibility of using a high-power emitting IR diode, which makes it possible to control devices by means of infrared radiation in practice from any location of the device.
В некоторых вариантах блок обработки может управлять внешними устройствами в соответствии с получаемыми сигналами управления, чем обеспечивается дистанционное управление подключением внешнего устройства к сети через устройство в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, в частных вариантах модуль связи может получать сигналы управления из одних внешних устройств и передавать их другим внешним устройствам. Это может обеспечивать дистанционное управление и обмен или передачу данных, например, с целью мониторинга обстановки и/или сохранения заданных условий, например, окружающей обстановки.  In some embodiments, the processing unit may control external devices in accordance with the received control signals, thereby providing remote control of the connection of the external device to the network through the device in accordance with the present invention. In addition, in private embodiments, the communication module can receive control signals from one external device and transmit them to other external devices. This can provide remote control and data exchange or transmission, for example, with the aim of monitoring the situation and / or preserving predetermined conditions, for example, the environment.
Необходимо отметить, что передача сигналов управления с помощью источника инфракрасного излучения, например, такого как ИК диод, может осуществляться не только в устройстве в соответствии с настоящим изобретением, но и в любых других устройствах определения содержания радионуклидов в воздухе, в том числе в устройствах определения содержания радона/торона, а также в любых других устройствах, соединенных с электрической сетью. При этом могут быть реализованы любые вышеописанные варианты управления, в том числе описанные варианты с помощью источниками инфракрасного излучения (в т.ч. ИК диодами), и все обеспечиваемые ими вышеописанные преимущества.  It should be noted that the transmission of control signals using a source of infrared radiation, for example, such as an infrared diode, can be carried out not only in the device in accordance with the present invention, but also in any other devices for determining the content of radionuclides in the air, including in determination devices radon / thoron content, as well as in any other devices connected to the electrical network. In this case, any of the above control options can be implemented, including the described options using infrared radiation sources (including IR diodes), and all the above-described advantages provided by them.
В соответствии с фиг. 3 из модуля обработки 352 обработанные данные, преимущественно представляющие собой результат обработки сигнала датчика в блоке обработки, и/или сигнал датчика могут направляться в индикатор 307, который может отображать уровень сигнала, события регистрации альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений и/или характеристики, полученные при обработке сигнала в модуле обработки 352. Индикатор может представлять собой одиночный элемент, линейку или матрицу элементов, которые могут испускать свет или изменять характеристики отражения или пропускания света. Например, это могут быть светодиодные, жидкокристаллические и любые другие элементы, позволяющие наглядно отображать данные или сигнал. Индикатор может визуальным (световым) образом отображать факты определения (регистрации, детектирования) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений и/или скорость регистрации (детектирования) альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений в единицу времени и/или концентрацию (активность) радионуклидов (например, радона и/или его ДПР) в окружающем воздухе. Кроме того, индикатор может содержать звуковой элемент, выполненный с возможность подачи звуковых сигналов для звукового отображения фактов регистрации альфа- частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, частоты или интенсивности радиационных излучений, опасных уровней концентрации или активности радионуклидов, радона, радиации и т.п. In accordance with FIG. 3 from the processing module 352, the processed data, mainly representing the result of processing the sensor signal in the processing unit, and / or the sensor signal can be sent to an indicator 307, which can display the signal level, registration events of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or characteristics obtained by processing the signal in the processing module 352. The indicator may be a single element, a ruler or a matrix of elements that can emit light or change the reflection characteristics or light transmission. For example this there can be LED, liquid crystal and any other elements that allow you to visually display data or a signal. The indicator can visually (light) display the facts of the determination (registration, detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation and / or the speed of registration (detection) of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation per unit time and / or concentration (activity) of radionuclides (for example, radon and / or its DPR) in ambient air. In addition, the indicator may contain a sound element configured to provide sound signals for sound displaying the facts of registration of alpha particles and / or beta particles and / or gamma radiation, frequency or intensity of radiation, dangerous levels of concentration or activity of radionuclides, radon , radiation, etc.
Световой индикатор в некоторых случаях может содержать элементы, предназначенные для отображения букв, цифр и других символов. В общем случае отдельные элементы индикатора могут представлять собой точечные элементы (круглые, квадратные и других форм элементы небольшого размера), которые могут отображать буквы, цифры и другие символы, будучи собранными в матрицы.  The indicator light in some cases may contain elements designed to display letters, numbers and other characters. In general, individual indicator elements can be point elements (round, square, and other forms of small size elements) that can display letters, numbers, and other symbols when assembled into matrices.
Помимо отображения данных индикатор в некоторых случаях может передавать сигналы управления. Это возможно в тех случаях, когда отображающие и/или озвучивающие элементы могут отображать и/или озвучивать сигналы управления в том виде, который необходим для получения этих сигналов приемными устройствами. Например, помимо отображения данных в видимом световом диапазоне индикатор (или его отдельные элементы) может обладать возможностью излучения в инфракрасном диапазоне, который традиционно используется для передачи сигналов управления. Такое выполнение индикатора может устранить необходимость в дополнительном модуле связи и, тем самым, уменьшить размеры и массу устройства.  In addition to displaying data, the indicator in some cases can transmit control signals. This is possible in cases where the display and / or sounding elements can display and / or sound control signals in the form necessary for receiving these signals by the receiving devices. For example, in addition to displaying data in the visible light range, the indicator (or its individual elements) may have the ability to emit in the infrared range, which is traditionally used to transmit control signals. Such an implementation of the indicator can eliminate the need for an additional communication module and, thereby, reduce the size and weight of the device.
Помимо передачи или отображения данных или сигнала датчика в некоторых вариантах осуществления устройства данные и/или сигнал датчика могут сохраняться в памяти устройства. Память устройства может быть установленной в устройства на постоянной основе или быть съемной, например, представлять собой карту памяти или флэш-накопитель. Для подключения съемных носителей информации устройство может быть снабжено соответствующими разъемами, например, USB-разъемом или разъемами карт памяти, таких как SD, CF, ММС и другие любого формата/размера. Выше описано множество вариантов действий, которые могут осуществляться с данными, полученными в результате обработки сигнала датчика, самим сигналом: сигнал или данные могут сохраняться в карту память, передаваться для отображения в индикатор, передаваться в другие устройства через модуль связи или электрический разъем. Однако необходимо отметить, что передача данных, полученных в ходе обработки сигнала, или самого сигнала датчика, из блока обработки не является обязательной для реализации настоящего изобретения, так как эти данные или сигнал могут сохраняться в памяти блока обработки и извлекаться из него в том числе и в тех случаях, когда блок обработки выключен или находится в неактивном состоянии, то есть формально без передачи данных или сигнала блоком обработки. Кроме того, блок обработки может передавать сигналы управления, основанные на результатах обработки сигнала или данных, а не сами данные или сигнал. In addition to transmitting or displaying data or a sensor signal, in some embodiments of the device, the data and / or sensor signal may be stored in the device memory. The device memory can be permanently installed in the device or removable, for example, a memory card or flash drive. To connect removable storage media, the device can be equipped with appropriate connectors, for example, a USB connector or memory card connectors, such as SD, CF, MMS and others of any format / size. The above describes many options that can be performed with the data obtained as a result of processing the sensor signal by the signal itself: the signal or data can be stored in a memory card, transmitted for display in an indicator, transmitted to other devices through a communication module or electrical connector. However, it should be noted that the transfer of data obtained during signal processing, or the sensor signal itself, from the processing unit is not necessary for the implementation of the present invention, since this data or signal can be stored in the memory of the processing unit and retrieved from it, including in cases where the processing unit is turned off or in an inactive state, that is, formally without data or signal transmission by the processing unit. In addition, the processing unit may transmit control signals based on the results of processing the signal or data, and not the data or signal itself.
При этом необходимо заметить, что передача данных, полученных в результате обработки сигнала, и/или сигнала датчика из блока обработки предпочтительно осуществляется. Следует отметить, что кроме передачи данных и/или сигнала датчика и/или сигнала управления из блока обработки в конкретные устройства или системы такая передачи может осуществляться и без конкретного получающего устройства или вообще без получающего устройства, поскольку может оказаться неизвестно, в какой обстановке передает данные или сигналы устройство. Например, сигналы управления или данные могут передаваться на электрический разъем, через инфракрасный излучатель или модуль радиосвязи независимо от того, есть или нет получатель передаваемого сигнала. Это может быть удобно в тех случаях, когда не предусмотрена или отсутствует возможность установления канал связи с обратной связью.  It should be noted that the transmission of data obtained as a result of signal processing and / or the sensor signal from the processing unit is preferably carried out. It should be noted that in addition to transmitting data and / or a sensor signal and / or a control signal from the processing unit to specific devices or systems, such transmission can be carried out without a specific receiving device or even without a receiving device, since it may not be known in what situation the data is transmitted or device signals. For example, control signals or data can be transmitted to an electrical connector, via an infrared emitter or a radio module, regardless of whether or not there is a receiver of the transmitted signal. This can be convenient in cases where it is not provided or there is no possibility of establishing a communication channel with feedback.
Передача, отображение и/или сохранение данных и/или сигнала могут осуществлять по отдельности (например, одно из этих действий) или совместно в различных комбинациях. Данные из блока обработки и/или сигнала датчика (непосредственно из датчика или через блок обработки) могут передаваться и/или отображаться и/или сохраняться в непосредственном виде или с усреднением за заданный период времени (например, 1 , 5, 10, 15, 30 минут, 1 , 2, 3, 4, 6, 12 часов, одни или несколько суток, неделя или более). Усреднение позволяет снизить объемы передаваемой информации.  The transmission, display and / or storage of data and / or signal can be carried out individually (for example, one of these actions) or together in various combinations. Data from the processing unit and / or the sensor signal (directly from the sensor or through the processing unit) can be transmitted and / or displayed and / or stored directly or averaged over a specified period of time (for example, 1, 5, 10, 15, 30 minutes, 1, 2, 3, 4, 6, 12 hours, one or several days, a week or more). Averaging can reduce the amount of information transmitted.
Для обеспечения работоспособности блока обработки 305 и входящих в его состав усилителя 351 и модуля обработки 352, модуля передачи 306 и индикатора 307 блок питания 302 преимущественно содержит модуль низкого напряжения 322. 7 000934 To ensure the health of the processing unit 305 and its constituent amplifier 351 and processing module 352, transmission module 306 and indicator 307, the power supply 302 advantageously comprises a low voltage module 322. 7 000934
57  57
Модуль низкого напряжения выполнен с возможностью подачи в соответствующие блоки и модули электрического напряжения питания, меньшего, чем электрическое напряжение между соединительными электродами соединительного элемента. Указанные модули и блоки обычно требуют постоянного или импульсного питания постоянной полярности, причем могут быть необходимы несколько напряжений питания и/или разных знаков.  The low voltage module is configured to supply less than the voltage between the connecting electrodes of the connecting element to the respective blocks and modules. These modules and units usually require constant or pulsed power supply of constant polarity, and several power voltages and / or different signs may be required.
Модуль низкого напряжения преимущественно представляет собой выпрямитель переменного напряжения со стабилизатором его величины. В то же время выпрямитель и/или стабилизатор напряжения могут входить в состав блока обработки, его модулей или компонентов, а также в состав модуля связи и/или индикатора, в связи с чем в некоторых вариантах модуль низкого напряжения может осуществлять лишь понижение входного напряжения. Модуль низкого напряжения может быть соединен с соединительными электродами и получать входное напряжение из электрической сети. В других вариантах модуль низкого напряжения может получать входное напряжение из модуля высокого напряжения.  The low voltage module is preferably an AC voltage rectifier with a stabilizer of its magnitude. At the same time, the rectifier and / or voltage regulator can be included in the processing unit, its modules or components, as well as in the communication module and / or indicator, and therefore, in some embodiments, the low voltage module can only lower the input voltage. The low voltage module can be connected to the connecting electrodes and receive input voltage from the electrical network. In other embodiments, the low voltage module may receive input voltage from the high voltage module.
В некоторых вариантах осуществления устройства модуль низкого напряжения может отсутствовать в том случае, если питание блока обработки, модуля связи и/или индикатора осуществляется от автономных источников питания, таких как электрические элементы (в т.ч. гальванические, электрохимические, световые, тепловые, электромеханические и другие), батареи, аккумуляторы и т.п.  In some embodiments of the device, the low-voltage module may be absent if the processing unit, communication module and / or indicator are supplied from autonomous power sources, such as electrical elements (including galvanic, electrochemical, light, thermal, electromechanical and others), batteries, accumulators, etc.
В связи с этим модуль низкого напряжения питания не является обязательным элементом для реализации настоящего изобретения, поскольку блок обработки, модуль связи, индикатор и/или другие низковольтные элементы/компоненты устройства могут выполнять свои функции без него, например, как описано выше, за счет питания от автономных источников питания. В то же время наличие модуля низкого напряжения в блоке питания (или, другими словами, обеспечение питания для блока обработки, модуля связи, индикатора и/или других низковольтных элементов/компонентов устройства блоком питания) устраняет необходимость замены автономных источников питания.  In this regard, the low voltage supply module is not a mandatory element for the implementation of the present invention, since the processing unit, communication module, indicator and / or other low-voltage elements / components of the device can perform their functions without it, for example, as described above, due to power from autonomous power supplies. At the same time, the presence of a low-voltage module in the power supply unit (or, in other words, providing power for the processing unit, communication module, indicator and / or other low-voltage elements / components of the device with the power supply unit) eliminates the need to replace autonomous power sources.
При этом необходимо отметить, что блок питания выполняет свои функции преимущественно только при подключении к электрической сети. Устройство может в некоторых вариантах осуществления содержать перезаряжаемые источники автономного питания, такие как, например, аккумуляторы, ионисторы и т.п., которые могут обеспечивать функционирование устройства или его части без подключения к сети, однако они необходимы лишь для обеспечения выполнения некоторых функций в отключенном от сети состоянии, таких как сохранение данных, установленного времени и т.п. Основное преимущественно настоящего изобретения, заключающееся в том, что электрический потенциал на электростатическом электроде имеет постоянную составляющую относительно окружающих объектов, в том числе электрической сети, земли, стен (часто выполненных железобетонными и заземленными), обеспечивается при подключении к электрической сети. It should be noted that the power supply performs its functions mainly only when connected to an electric network. The device may, in some embodiments, comprise rechargeable autonomous power sources, such as, for example, batteries, ionistors, and the like, which can ensure the functioning of the device or its parts without being connected to the network, however, they are necessary only to ensure that some functions are performed in the disconnected off network condition, such as data storage, set time, etc. The main advantage of the present invention, namely, that the electric potential on the electrostatic electrode has a constant component relative to surrounding objects, including the electric network, earth, walls (often made of reinforced concrete and grounded), is provided when connected to the electric network.
Электрическое соединение элементов, компонентов, блоков, модулей, проводов и других упомянутых в заявке объектов может осуществляться как непосредственно, гальванически, так и посредством других элементов или компонентов, изменяющих передаваемый сигнал, напряжение или ток в той части, которая не оказывает влияние на реализацию сущности изобретения в конкретном соединении, но не изменяющих или изменяющих в допустимых пределах передаваемый сигнал, напряжение или ток в той части, которая оказывает влияние на реализацию сущности изобретения в конкретном соединении. Например, соединение через сопротивление может изменять уровень сигнала, но его форма остается прежней, а соединение через емкость может не передавать постоянную составляющую сигнала, напряжения или тока, но передает их переменную составляющую. Все такие соединения входят в объем изобретения в том случае, если не изменяют его сущность.  Electrical connection of elements, components, blocks, modules, wires and other objects mentioned in the application can be carried out either directly, galvanically, or by other elements or components that change the transmitted signal, voltage or current in the part that does not affect the implementation of the essence invention in a particular connection, but not changing or changing within the permissible limits the transmitted signal, voltage or current in the part that affects the implementation of the essence of the invention Ia a particular compound. For example, a connection through resistance can change the signal level, but its shape remains the same, and connection through a capacitance may not transmit a constant component of a signal, voltage or current, but it transmits a variable component. All such compounds are included in the scope of the invention if they do not alter its essence.
Вышеописанные варианты осуществления изобретения даны лишь в целях пояснения изобретения и не предназначены для ограничения его сущности и объема, которые определяются последующей формулой изобретения. Настоящее изобретение не ограничено конкретными раскрытыми вариантами осуществления, и для специалиста в данной области техники очевидно, что при реализации изобретения могут осуществляться вариации и модификации без отступления от объема настоящего изобретения. Различия между вариантами осуществления для настоящего изобретения несущественны и варианты осуществления могут использоваться индивидуально или в комбинации. Несмотря на то, что для описания устройств в вышеуказанных вариантах осуществлений использовались функциональные блок-схемы, некоторые части устройства или его функций могут быть осуществлены аппаратно, программным модулем, выполняемым процессором (или контроллером), или комбинацией этих средств.  The above-described embodiments of the invention are given only for the purpose of explaining the invention and are not intended to limit its essence and scope, which are determined by the following claims. The present invention is not limited to the particular embodiments disclosed, and it will be apparent to one skilled in the art that variations and modifications may be made to the practice of the invention without departing from the scope of the present invention. Differences between the embodiments for the present invention are not significant and the embodiments may be used individually or in combination. Although functional block diagrams were used to describe the devices in the above embodiments, some parts of the device or its functions can be implemented in hardware, in a software module executed by a processor (or controller), or in a combination of these means.
Программный модуль может быть размещен на любом типе носителя данных, таком как RAM (Random Access Memory, оперативное запоминающее устройство), флеш-память, ROM (Read Only Memory, постоянное запоминающее устройство), EPROM (Erasable Programmable ROM, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), EEPROM (Electronically Erasable and Programmable ROM, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), регистр, жесткий диск, сменный диск или CD (Compact Disk, компакт-диск). The program module can be placed on any type of storage medium, such as RAM (Random Access Memory, Random Access Memory), flash memory, ROM (Read Only Memory, EPROM (Erasable Programmable ROM, Erasable Programmable read-only memory), EEPROM (Electronically Erasable and Programmable ROM, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), register, hard disk, removable disk or CD (Compact Disk, CD-ROM).
Носитель данных соединяется с процессором таким образом, чтобы процессор мог считывать и записывать информацию из и на носитель данных. Носитель данных также может быть встроен в процессор. Носитель данных и процессор также могут быть выполнены на ASIC (специализированная микросхема), размещенной в устройстве, или в виде дискретных компонентов.  The storage medium is connected to the processor so that the processor can read and write information from and to the storage medium. The storage medium may also be integrated into the processor. The storage medium and processor can also be performed on the ASIC (specialized chip) located in the device, or in the form of discrete components.
Настоящее описание предназначено для раскрытия изобретения с полнотой, достаточной для понимания специалистом в данной области техники, и не предназначено для ограничения объема охраны. Объем охраны и сущность настоящего изобретения определяются формулой изобретения, которая следует далее и при необходимости может включать в себя признаки из вышеизложенного описания.  The present description is intended to disclose the invention with the completeness sufficient for understanding by a person skilled in the art, and is not intended to limit the scope of protection. The scope and nature of the present invention are determined by the claims, which follows and, if necessary, may include the features of the above description.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Устройство для определения содержания радионуклидов в окружающем воздухе, включающее в себя: по меньшей мере, один электростатический электрод, установленный с обеспечением возможности попадания на него радионуклидов из воздуха около устройства; по меньшей мере, один датчик, установленный с обеспечением возможности детектирования альфа-частиц и/или бета-частиц и/или гамма-излучений, испускаемых радионуклидами на электростатическом электроде и/или около электростатического электрода; блок обработки, выполненный с возможностью получения и обработки сигнала датчика; по меньшей мере, два соединительных электрода, выполненных с возможностью электрического соединения с электрической сетью; и блок питания, выполненный с возможностью получения электрического напряжения с соединительных электродов и подачи, по меньшей мере, на один из электростатических электродов электрического напряжения с постоянной составляющей относительно одного или нескольких соединительных электродов, абсолютное значение которой больше абсолютного значения постоянной составляющей и/или среднеквадратического значения переменной составляющей напряжения между соединительными электродами. 1. A device for determining the content of radionuclides in the ambient air, including: at least one electrostatic electrode installed to allow radionuclides from the air near the device to reach it; at least one sensor installed to detect alpha particles and/or beta particles and/or gamma radiation emitted by radionuclides on the electrostatic electrode and/or near the electrostatic electrode; a processing unit configured to receive and process the sensor signal; at least two connecting electrodes configured to be electrically connected to an electrical network; and a power supply configured to receive electrical voltage from the connecting electrodes and supply to at least one of the electrostatic electrodes an electrical voltage with a DC component relative to the one or more connecting electrodes, the absolute value of which is greater than the absolute value of the DC component and/or the root mean square value alternating voltage component between the connecting electrodes.
2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что постоянная составляющая электрического напряжения на электростатическом электроде относительно одного или нескольких соединительных электродов по абсолютной величине имеет значение не менее ЗООВ и не более ЗОООВ, или не менее 500В и не более 2000В, или не менее 1000В и не более 1500В. 2. The device according to claim 1, characterized in that the constant component of the electrical voltage on the electrostatic electrode relative to one or more connecting electrodes in absolute value has a value of no less than 300V and no more than 300V, or no less than 500V and no more than 2000V, or no less 1000V and no more than 1500V.
3. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что датчик выполнен в виде, по меньшей мере, одной открытой воздушной ионизационной камеры. 3. The device according to claim 1, characterized in that the sensor is made in the form of at least one open air ionization chamber.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электростатический электрод является одним из электродов, по меньшей мере, одной ионизационной камеры. 4. The device according to claim 3, characterized in that at least one electrostatic electrode is one of the electrodes of at least one ionization chamber.
5. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что включает в себя модуль связи, содержащий излучающий инфракрасный диод и выполненный с возможностью передачи сигналов управления посредством излучающего инфракрасного диода. 5. The device according to claim 1, characterized in that it includes a communication module containing an infrared emitting diode and configured to transmit control signals through the infrared emitting diode.
PCT/IB2017/000934 2016-06-17 2017-06-15 Device for determining radionuclide content in air WO2017216639A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124148A RU2016124148A (en) 2016-06-17 2016-06-17 DEVICE FOR DETERMINING THE CONTENT OF RADIONUCLIDES IN AIR
RU2016124148 2016-06-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017216639A1 true WO2017216639A1 (en) 2017-12-21

Family

ID=60663047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2017/000934 WO2017216639A1 (en) 2016-06-17 2017-06-15 Device for determining radionuclide content in air

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2016124148A (en)
WO (1) WO2017216639A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4030603A1 (en) * 2021-01-14 2022-07-20 Guang Zhou Ting Shen Electric Co., Ltd. Power adapter of light string assembly having power factor correction circuit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3443097A (en) * 1968-01-05 1969-05-06 Atomic Energy Commission Pocket radiation dosimeter utilizing capacitor integrator
US5132543A (en) * 1991-01-11 1992-07-21 Science Applications International Corporation Electronic pocket dosimeter
SU1831950A3 (en) * 1991-04-03 1995-07-09 Всесоюзный научно-исследовательский институт технической физики Ionizing radiation measuring device
EP2813865A1 (en) * 2012-02-10 2014-12-17 National Institute of Advanced Industrial Science And Technology Portable radiation dosimeter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3443097A (en) * 1968-01-05 1969-05-06 Atomic Energy Commission Pocket radiation dosimeter utilizing capacitor integrator
US5132543A (en) * 1991-01-11 1992-07-21 Science Applications International Corporation Electronic pocket dosimeter
SU1831950A3 (en) * 1991-04-03 1995-07-09 Всесоюзный научно-исследовательский институт технической физики Ionizing radiation measuring device
EP2813865A1 (en) * 2012-02-10 2014-12-17 National Institute of Advanced Industrial Science And Technology Portable radiation dosimeter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4030603A1 (en) * 2021-01-14 2022-07-20 Guang Zhou Ting Shen Electric Co., Ltd. Power adapter of light string assembly having power factor correction circuit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016124148A (en) 2017-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4262203A (en) Alpha particle monitor
EP3252505B1 (en) Alpha particle detection apparatus using dual probe structured ionization chamber and differential amplifier
EP3872534B1 (en) Apparatus for measuring radon and thoron by using an ionization chamber
EP1328826B1 (en) Detector for airborne alpha particle radiation
CN103250312A (en) Ionization balance device with shielded capacitor circuit for ion balance measurements and adjustments
AU1951988A (en) Low-cost radon detector
Schrage et al. A low-power directional gamma-ray sensor system for long-term radiation monitoring
WO2017216639A1 (en) Device for determining radionuclide content in air
WO2018151626A2 (en) Sensor for recording ionizing radiation and/or ionizing particles and a device for determining a content of radionuclides in the air with such a sensor
RU2655023C1 (en) Ionizing radiations and/or ionizing particles detecting sensor and device equipped with such sensor for determination of radionuclide content in air
KR20150093987A (en) Ionization chamber for measuring concentration of radon gas and radon concentration measuring apparatus with it
US11067708B2 (en) Portable radiation detector system
CN108459339B (en) Portable radiation dosimeter and dose monitoring equipment
CN203519735U (en) Electrostatic detection apparatus
Baltzer et al. A pulse-counting ionization chamber for measuring the radon concentration in air
KR102164870B1 (en) Billing system based on radon concentration pattern analysis and method therefor
Nodari et al. Radon fast detection and environmental monitoring with a portable wireless system
JP5619994B2 (en) Alpha particle detector
US20220312685A1 (en) Apparatus for producing negative air ions
de Sousa et al. Lightning peak current sensor based on electret technology
RU180601U1 (en) RADON DETECTOR WITH NET CYLINDRICAL IONIZATION CAMERA
RU82377U1 (en) DEVICE FOR MONITORING POWER OF ABSORBED AND EQUIVALENT DOSE OF PHOTON RADIATION
KR101990471B1 (en) Noise reduction apparatus for radiation detector
RU2714526C1 (en) Current pulse counter through overvoltage limiter
Mikeš et al. Highly Efficient Portable Lightning Strike Counter-Case Study of Its Implementation and Testing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17812822

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17812822

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1