RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197300 (21) Numer zgłoszenia: 344617 (22) Data zgłoszenia: 15.12.2000 (13) B1 (51) Int.Cl. G01T 1/29 (2006.01) G01T 1/169 (2006.01) (54) Sonda kierunkowa promieniowania jonizującego (73) Uprawniony z patentu: Fabryka Sprzętu Ratunkowego i Lamp Górniczych FASER SA,Tarnowskie Góry,PL Wojskowy Instytut Chemii i Radiometrii, Warszawa,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 04.06.2001 BUP 12/01 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08 (72) Twórca(y) wynalazku: Anzelm Bochniak,Warszawa,PL Andrzej Kielak,Tarnowskie Góry,PL Jerzy Król,Tarnowskie Góry,PL Kazimierz Łapiński,Warszawa,PL Mirosław Maziejuk,Warszawa,PL Wiesław Dominas,Warszawa,PL Wiesław Nowicki,Warszawa,PL Jacek Świątek,Tarnowskie Góry,PL Zbigniew Wertejuk,Warszawa,PL Stefan Ziętek,Warszawa,PL (74) Pełnomocnik: Piela Marek, Fabryka Sprzętu Ratunkowego i Lamp Górniczych FASER SA (57) 1. Sonda kierunkowa promieniowania jonizującego zawierająca detektor promieniowania i kolimator, znamienna tym, że ma walcowy korpus (1, 101) z umieszczonym w osi rdzeniem (2, 102) o dużej gęstości masowej oraz rozmieszczonymi pomiędzy rdzeniem (2, 102) a brzegiem korpusu (1, 101) co najmniej trzema detektorami promieniowania (4, 104). PL 197300 B1
2 PL 197 300 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sonda kierunkowa promieniowania jonizującego, zwłaszcza promieniowania gamma, umożliwiająca określenie kierunku maksymalnego natężenia promieniowania w płaszczyźnie horyzontalnej względem układu współrzędnych związanych z osią symetrii sondy. Znane są przyrządy z sondą kierunkową przeznaczone do lokalizacji i poszukiwań punktowych źródeł promieniowania jonizującego, w których kierunkową charakterystykę sondy uzyskuje się poprzez umieszczenie detektora promieniowania w kolimatorze o ograniczonym bryłowym kącie widzenia". Znane są również przyrządy w których kierunkową charakterystykę uzyskuje się poprzez zasłonięcie ekranem określonego kąta bryłowego detektora. W obu przypadkach ustalenie kierunku maksymalnego natężenia pola promieniowania wymaga analizy sygnału detektora podczas jego obrotu w płaszczyźnie horyzontalnej. Celem wynalazku jest wyeliminowanie sektorowego odczytu dokonywanego w funkcji obrotu i monitorowanie kierunku maksymalnego natężenia promieniowania w sposób ciągły, jednocześnie w całym zakresie 360 w płaszczyźnie horyzontalnej. Istotą wynalazku jest sonda kierunkowa promieniowania jonizującego zawierająca walcowy korpus z umieszczonym w osi rdzeniem o dużej gęstości masowej, będącym rodzajem kolimatora, oraz rozmieszczonymi pomiędzy rdzeniem a brzegiem korpusu co najmniej trzema detektorami promieniowania. Korzystnie jest, jeżeli sonda kierunkowa według wynalazku ma detektory promieniowania umieszczone w gniazdach mimośrodowo w kierunku rdzenia, przy czym gniazda wypełnione są materiałem o małej gęstości masowej i wyłożone warstwą o dużej gęstości masowej. Korpus sondy zamknięty jest od góry daszkiem i przeciwlegle osadzony na pierścieniu dystansowym do podstawy, w której znajduje się komora elektroniki zamknięta pokrywą pełniąca równocześnie funkcje ekranu. Istota wynalazku polega również na tym, że sonda kierunkowa promieniowania jonizującego ma korpus wykonany z aluminium, rdzeń z żelaza, wyłożenia gniazd z ołowiu, natomiast wypełnienia gniazd ze styropianu. Detektorami promieniowania są liczniki Geigera Mullera. Korzystnie przy tym jest, jeżeli korpus ma średnicę o krotności 240 jednostek parametru α, rdzeń średnicę 95α, natomiast gniazda średnicę 60α i są wyłożone warstwą o grubości w granicach od 1 do 5 mm. Gniazda rozstawione są co 120, w odległości 60α od osi symetrii sondy, natomiast umieszczone w nich detektory promieniowania w odległości 80α od osi symetrii. Zastosowanie trzech detektorów promieniowania o odpowiednich charakterystykach kierunkowych, rozmieszczonych równomiernie wokół pionowej osi umożliwia dokonywanie pomiarów w pełnym kącie 360 stopni w płaszczyźnie horyzontalnej. Kierunek maksymalnego natężenia pola promieniowania gamma jest ustalany poprzez analizę sygnałów z detektorów i nie wymaga obrotu sondy. Charakterystyka kierunkowa detektorów promieniowania jest uzyskana poprzez odpowiedni dobór geometrii, grubości, liczby warstw i rodzaju materiałów absorbentów pochłaniających promieniowanie gamma, z których zbudowana jest sonda kierunkowa. Charakterystyka kierunkowa czułości sondy jest mało zależna od energii kwantów gamma w przedziale energii od 0,5 MeV do 1,3 MeV. Wynalazek został w przykładzie wykonania przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny schemat sondy radiometrycznej; fig. 2 - konstrukcję sondy radiometrycznej w półprzekroju; oraz fig. 3 - fragment przekroju poprzecznego sondy według fig. 2, zawierający szczegóły konstrukcyjno-wymiarowe. Sonda kierunkowa według wynalazku (fig. 1) ma korpus 1 o stosunkowo niewielkiej gęstości masowej, w którym umieszczony jest rdzeń 2 o dużej gęstości masowej oraz trzy gniazda 3 rozmieszczone w okolicy rdzenia 2 i równomiernie oddalone od siebie. W każdym gnieździe 3 umieszczony jest mimośrodowo w kierunku rdzenia 2 detektor promieniowania 4. Wnętrze każdego z gniazd 3 zawiera wypełnienie 5 o bardzo małej gęstości masowej oraz wyłożenie 6 o dużej gęstości masowej. Detektory promieniowania 4, równomiernie rozstawione względem rdzenia 2, mają charakterystykę kierunkową prawie całkowicie niezależną od natężenia promieniowania. Ustalanie kierunku promieniowania realizuje się najpierw poprzez określenie sektora, zawartego pomiędzy dwoma detektorami 4 gdzie odbierany jest największy sygnał, a następnie na porównaniu wielkości sygnałów odebranych na dwóch kolejnych detektorach 4 i precyzyjnego określenia kierunku promieniowania jonizującego. Przedstawiona w szczegółach wykonawczych na fig. 2 sonda kierunkowa ma cylindryczny, aluminiowy korpus 101 z umieszczonym centralnie stalowym rdzeniem 102 oraz trzema gniazdami 103 w postaci równoległych otworów z umieszczonymi we wnętrzu detektorami 104 będącymi licznikami Geigera Mullera. Gniazda 103 rozstawione są względem siebie o 120. Wewnętrzną powierzchnię gniazd 103 stanowi wyłożenie 106 w postaci cienkiej warstwy ołowiu pochłaniającej promieniowanie rozproszone
PL 197 300 B1 3 o małym natężeniu. Wnętrze gniazd 103 jest wypełnione ściśle pianką poliuretanową 105 utrzymującą trwale detektory 104 w odpowiednim położeniu, to znaczy mimośrodowo względem osi gniazda 103 i możliwie jak najbliżej rdzenia 102. Zewnętrznie korpus 101 zamknięty jest od góry daszkiem 107 i otoczony wzdłuż bocznej powierzchni cienkim płaszczem 108 stalowym lub aluminiowym. Daszek 107 przymocowany jest do rdzenia 102 śrubą 109. U dołu korpus 101 jest szczelnie osadzony za pomocą pierścienia dystansowego 110 do podstawy 111 w której znajduje się komora elektroniki 112, zamknięta pokrywą 113. Za pomocą podstawy 111 oraz kołnierza 114, sonda mocowana jest trwale do pokładu 115. Daszek 107 i pokrywa 113 ograniczają obszar pomiarowy sondy do płaszczyzny horyzontalnej. Na fig. 3 przedstawiono najkorzystniejsze, szczegółowe proporcje wymiarowe sondy według wynalazku, przy parametrze α = 1 mm. W aluminiowym korpusie 101 o średnicy 240 mm osadzony stalowy rdzeń 102 o średnicy 95 mm oraz trzy gniazda 103 o średnicach 60 mm rozstawione co 120 w odległości 80 mm od osi symetrii korpusu 101. Gniazda 103 wyłożone są wewnętrznie warstwą ołowiu 106 o grubości 3 mm i mają osadzone za pomocą poliuretanowego wypełnienia 105 detektory 104 których osie symetrii oddalone są od osi korpusu 101 o 60 mm. Występujące na fig. 3 w owalnych okienkach wymiary obrazują długość trajektorii kwantów promieniowania we wnętrzu sondy. Wymiary i wzajemną geometrię wymienionych elementów dobrano w ten sposób, że grubość ekranu pochłaniającego promieniowanie gamma, znajdującego się przed detektorami 104 jest funkcją kąta padania kwantów gamma, przez co uzyskano odpowiednią charakterystykę kierunkową detektorów. Mikroprocesor obsługujący sondę kierunkową porównując sygnały detektorów określa kierunek maksymalnego natężenia pola promieniowania gamma. Odpowiedni dobór geometrii i rodzaju materiałów ekranu powoduje, że charakterystyka kierunkowa sondy nie zależy od zmiany mocy dawki (w zakresie pięciu dekad od poziomu tła naturalnego) i nie zależy od energii kwantów gamma (w przedziale energii od 0,5 MeV do 1,3 MeV) w stopniu wpływającym na zmianę kątowej zdolności rozdzielczej. Obliczeniowa rozdzielczość kierunkowa sondy dla źródła punktowego wynosi 30 stopni kątowych. Określenie kierunku maksymalnego natężenia pola promieniowania gamma nie wymaga obrotu sondy w płaszczyźnie horyzontalnej. Mikroprocesor współpracuje z jednostką centralną systemu poprzez szeregową szynę danych RS-485. Sonda kierunkowa przeznaczona jest w szczególności do stosowania na pokładzie okrętu do zdalnego określenia charakteru rozkładu skażenia promieniotwórczego na brzegu akwenu, zlokalizowania ekstremów skażenia i oszacowania poziomu skażeń promieniotwórczych brzegu. Może być także wykorzystana przy lokalizacji (poszukiwaniach) punktowych źródeł promieniowania gamma w terenie. Zastrzeżenia patentowe 1. Sonda kierunkowa promieniowania jonizującego zawierająca detektor promieniowania i kolimator, znamienna tym, że ma walcowy korpus (1, 101) z umieszczonym w osi rdzeniem (2, 102) o dużej gęstości masowej oraz rozmieszczonymi pomiędzy rdzeniem (2, 102) a brzegiem korpusu (1, 101) co najmniej trzema detektorami promieniowania (4, 104). 2. Sonda kierunkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że detektory promieniowania (4, 104) umieszczone są w gniazdach (3, 103) mimośrodowo w kierunku rdzenia (2, 102) przy czym gniazda (3, 103) wypełnione są materiałem (5, 105) o małej gęstości masowej i wyłożone warstwą (6, 106) o dużej gęstości masowej. 3. Sonda kierunkowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, korpus (101) zamknięty jest z jednej strony daszkiem (107) przytwierdzonym do rdzenia (102) i przeciwlegle osadzony na pierścieniu dystansowym (110) do podstawy (111) z komorą elektroniki (112) pod którą znajduje się ekranująca pokrywa (113) i która osadzona jest na kołnierzu (114) do pokładu (115). 4. Sonda kierunkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (101) wykonany jest z aluminium, rdzeń (102) z żelaza, wyłożenia (106) gniazd (103) z ołowiu, wypełnienia (105) gniazd (103) ze styropianu, natomiast detektorami promieniowania (104) są liczniki Geigera Mullera. 5. Sonda kierunkowa według zastrz. 4, znamienna tym, że najkorzystniej korpus (101) ma średnicę długości 240 jednostek parametru α, rdzeń (102) średnicę 95α, natomiast gniazda (103) średnicę 60α i są wyłożone warstwą (106) o grubości w granicach od 1 do 5 mm, przy czym detektory (104) rozstawione są co 120 w odległości 60α, a gniazda (103) w odległości 80α od osi symetrii korpusu (101).
4 PL 197 300 B1 Rysunki
PL 197 300 B1 5
6 PL 197 300 B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.