Приборы, используемые в дозиметрии

(3.2)

 

где - уровень напряжения логической единицы.

 

На этапе  перепада напряжения на выходе DD1.1 конденсатор на может мгновенно перезарядиться, потому обеспечивается переключение DD1.2 в нулевое состояние, при этом начинается формирование выходного импульса. По мере заряда конденсатора С с постоянной времени заряда по экспоненциальному закону уменьшается входное напряжение элемента DD1.2 и в момент равенства напряжений элемент DD1.2 переключается в единичное состояние, тем самым завершается формирование выходного импульса. Длительность импульса записи определяется как:

 

(3.3)

 

При снятии входного перепада потенциала элемент  DD1.2 в исходное нулевое состояние, а заряженный конденсатор достаточно быстро разрядится через малое выходное сопротивление DD1.1 и открытый диод VD, при этом на входе DD1.2 действует отрицательный выброс напряжения, амплитуда которого ограничивается прямым падением напряжения на диоде. Ввиду того, что на этапе разряда конденсатора входное напряжение DD1.2 имеет отрицательную полярность, то на этом интервале состояние DD1.2 не изменится, его выходной сигнал продолжает оставаться ровным единице. Элемент DD1.3 является инвертором - формирователем нормализованного по параметрам импульса.

Основные  параметры логических элементов  серии К561ЛА7:

=0,1мкА;

мкА;

В;

В;

нс;

нс.

С учетом основных параметров логических элементов  формирователя импульсов записи делаем расчет схемы. Для этого задаемся длительностью импульса записи, исходя из того что время задержки переключения дешифраторов, на которые подаются импульсы записи, не больше 850 нс, мкс.

Пороговое напряжение составляет половину напряжения питания В. Выбираем сопротивление резистора R=10 кОм.

В соответствии с соотношением (3.1) находим напряжение :

 

 В.

 

В соответствии с соотношением (3.2) находим напряжение :

 

.

 

Из формулы (3.3) находим постоянную времени заряда :

 

.

 

Заряд конденсатора равен:

 

 

 

Принимаем резистор R типа С2-33-0,125 10 кОм ±5%, конденсатор С типа КМ-5 350 пФ ±5%, диод VD типа КД 512А.

Формирователь импульсов сброса (ФИС) представляет собой интегрирующую RС - цепь с логическими элементами серии К176ЛА7, предназначенный для сброса счетчиков в исходное состояние после записи информации в дешифраторы.

Принципиальная  схема ФИС приведена на рисунке 3.3.

 

 

а) принципиальная схема

 

Рисунок 3.3 –  Формирователь импульса сброса

 

 

 

б) временные диаграммы, которые поясняют принцип работы

 

Рисунок 3.3 (продолжение)

 

В исходном состоянии входное напряжение равно нулю, соответственно элемент DD1.1 находится в единичном состоянии, конденсатор С заряженный до уровня логической единицы, но элемент DD1.2 находится единичном состоянии, потому что по дополнительной цепи на другой информационный вход подается нулевой уровень потенциал со входа DD1.1.

При подачи на вход схемы единичного перепада потенциалу элемент DD1.1, который работает в режиме инвертора, переключается в нулевое состояние, при этом формируется цепь разряда конденсатора С через резистор R и выходное сопротивление элемента DD1.1, который находится в нулевом состоянии. Так как конденсатор не может мгновенно разрядится, на обоих входах элемента DD1.2 присутствуют потенциалы уровня логической единицы, в результате этот элемент переключается нулевое состояние, обеспечивая тем самым начало формирования выходного импульса. Процесс разряда конденсатора С происходит по экспоненциальному закону с постоянной временем :

 

(3.4)

 

При разряде  уменьшается потенциал на верхнем  входе элемента DD1.2. В момент элемент DD1.2 переключается из нулевого в единичное состояние, завершая формирование выходного импульса. После переключения DD1.2 происходит разряд конденсатора С до того, пока напряжение не достигнет уровня :

 

(3.5)

где - напряжение логического нуля;

      -входной ток логического нуля.

 

Таким образом, длительность выходного импульса находится  по соотношению:

 

(3.6)

 

Включение форсирующей цепи, которая состоит  из балластного резистора Rб и диода VD, обеспечивает достаточно быстрый заряд конденсатора, то есть минимальное время возобновления исходного состояния формирователя.

Элемент DD1.3 работает в режиме инвертора. Элемент DD1.3 необходим для формирования единичного импульса, с помощью которого происходит процесс переключения счетчиков БСИ.

Для расчета  схемы задаемся длительностью импульса сброса в соответствии с быстродействием счетчиков, что составляет не менее 275 нс, мкс. Выбираем сопротивление резистора R = 10 кОм.

Согласно  с формулой (3.5) находим напряжение :

 

 

 

Дальше  рассчитаем постоянную времени разряда  конденсатора:

 

 

 

Заряд конденсатора равен:

 

 

 

Принимаем резистор типа R С2-33-0,125 10 кОм ±5%, конденсатор С типа КМ-5 5 нФ ±5%, балластный резистор Rб типа С2-33-0,125 100 Ом ±5%, диод VD типа КД 512А.

Вывод: формирователь  импульсов записи представляет собой  дифференцирующую цепь с логическим элементом серии К561ЛА7. С учетом основных параметров логических элементов формирователя импульсов записи, я произвела расчеты и пришла к выводу, что следует, принят резистор R типа С2-33-0,125 10 кОм ±5%, конденсатор С типа КМ-5 350 пФ ±5%, диод VD типа КД 512А. Формирователь импульсов сброса (ФИС) представляет собой интегрирующую RС - цепь с логическими элементами серии К176ЛА7. Так же произведя расчеты схемы, исходя из полученных данных, принимаем резистор типа R С2-33-0,125 10 кОм ±5%, конденсатор С типа КМ-5 5 нФ ±5%, балластный резистор Rб типа С2-33-0,125 100 Ом ±5%, диод VD типа КД 512А.

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

В заключении написанного мной курсового проекта, целесообразно привести следующие итоговые положения.

В первой части было рассмотрено понятие  об ионизирующем излучении. Ионизирующие излучения — потоки фотонов, а также заряженных или нейтральных частиц, взаимодействие которых с веществом среды приводит к его ионизации. По виду частиц, входящих в состав ионизирующего излучения, различают альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, протонное излучение и др. Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, или ядер атомов гелия, несущих положительный заряд, равный двум элементарным единицам заряда. Альфа-частицы относятся к сильно ионизирующим частицам, быстро теряющим свою энергию при взаимодействии с веществом. По этой причине альфа-излучение является слабопроникающим. Бета-излучение — поток отрицательно заряженных электронов или положительно заряженных позитронов, испускаемых при бета-распаде. Бета-частицы относятся к слабоионизирующим частицам; однако по сравнению с альфа-частицами при одинаковой энергии они имеют большую проникающую способность. Электронный К-захват (захват ядром орбитального электрона). Это такой вид радиоактивного превращения, когда ядро атома захватывает электрон из ближайшего к ядру энергетического К-уровня (электронный К-захват) или, реже, в 100 раз - из L уровня. Явление ядерной изомерии, т.е. существование (с измеримой продолжительностью жизни) ядер с одинаковыми значениями Z и A в различных энергетических состояниях, обычно объясняют запрещением γ-переходов, благодаря чему возбужденные состояния становятся метастабильными.

В качестве единицы радиоактивности Международной  системой единиц (СИ) определен беккерель (Бк); 1 Бк равен одному распаду в секунду. На практике применяется также внесистемная единица активности кюри (Ки); 1 Ки равен 3,7×10¹⁰ распадов в секунду, т.е. 3,7×10¹⁰ Бк. В результате радиоактивных превращений возникают заряженные и нейтральные частицы, формирующие поле ионизирующего излучения.

Так же были рассмотрены нормы радиационной безопасности Республики Казахстан от 23.04.1998 N 219-I с изменениями в 2006 и 2004 годах.

Во второй части было рассмотрено понятие o дозиметрии, ее методы и приборы. Дозиметрия, совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ионизирующего излучения, основанных на количественном определении изменений, произведенных в веществе излучением. Различают прямой (абсолютный) калориметрический метод дозиметрии, основанный на непосредственном измерении поглощенной веществом энергии излучения в виде тепла, выделенного в рабочем теле калориметра, и косвенные (относительные) методы, при которых измеряют радиационные эффекты, пропорциональные поглощенной дозе. К косвенным относят фотографический, химический, биологический, ионизационный, сцинтилляционный, нейтронный. Каждый из этих методов имеет как преимущества, так и недостатки, которые были рассмотрены в проекте.

Количественное определение дозы излучения, действующей на живой  организм, необходимо, прежде всего, для выявления, оценки и предупреждения возможной радиационной опасности для человека. Именно поэтому так важно было рассмотреть приборы, используемые в дозиметрии. Принципиальная схема любого дозиметрического и радиометрического прибора одинакова. Она включает три обязательных блока: детекторное устройство (детектор), регистрирующий прибор (индикатор) и блок питания (аккумуляторы, батарейки, элементы, электросеть и пр.). Без любого из них дозиметра или радиометра просто не может быть. Хотя современный прибор имеет множество дополнительных, вспомогательных блоков, устройств, систем (усилители, преобразователи, формирователи импульсов, стабилизаторы, накопители информации и др.). Например, индикатором ионизирующих излучений может быть и обычный миллиамперметр, и сложное счетное цифропечатающее устройство, и миниЭВМ. Одним из важнейших элементов приведенной схемы является детекторное устройство прибора, которое улавливает ионизирующие излучения от измеряемых объекте. В качестве детектора чаще всего используют ионизационные камеры; горизонтальные или торцевые счетчики; кристаллы или другие люминофоры, светящиеся под воздействием ионизирующих излучений; фотосоставы или химические растворы, изменяющие свой цвет или степень окраски в зависимости от величины или интенсивности излучений. Примеры приборов, используемых в дозиметрии были мной рассмотрены в работе.

В третьей  части были рассчитаны формирователи импульсов записи и сброса для портативного цифрового радиометра. Портативный цифровой радиометр предназначен для персонала, работающего с радиоактивными веществами, а также для пользователей, желающих или вынужденных пользоваться дозиметрами в бытовых условиях для контроля радиоактивного загрязнения окружающей среды. В соответствии с заданием разработана структурная схема портативного цифрового радиометра. По рассчитанным данным, были подобраны нужные части для правильной работы формирователей импульсов записи и сброса. Портативный цифровой радиометр предполагается использовать на Павлодарском Нефтехимическом Заводе для мониторинга радиационной безопасности.

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 

1 Маврищев В. В. , Высоцкий А. Э. , Соловьева Н. Г. Радиоэкология и радиационная безопасность: пособие для студентов вузов. - М.: Минск: ТетраСистемс, 2010. - 208 с.

2 Введение в дозиметрию и защита от ионизирующих излучений. Пособие для студентов энергомашиностроительного факультета. Издательство политехнического университета, 2008 г.- 10 с.

3 Белозерский Г. Н. Радиационная экология:  учебник для студентов высших учебных заведений. - М.: Академия, 2008г. - 382с.

4 Комочков  М. М. Дозиметрия ионизирующих излучений. - М.: Дубна, 2006г.- 325 с.

5 Белоус Д. А. Радиация, биосфера, технология. - М.: ДЕАН, 2004 г. - 448c.

6 Кудряшов Ю. Б. Радиационная биофизика (ионизирующие излучения).- М.: Физматлит, 2004. - 448 с.

7 Черняев  А. П. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.-  М.: Физматлитература, 2004 г. - 152c.

8 Шило В. Л. Популярные микросхемы КМОП. - М.: Москва, 1993г. - 155 с.

9 Четвертков И. И. Справочник по электрическим конденсаторам. - М.: Москва, 1983г. - 139 с.

10 Штольц В. , Бернхардт Р.  Дозиметрия ионизирующего излучения. - М.: Зинатне, 1982 г. - 35 с.

11 Четвертков И. И. Справочник по резисторам. - М.: Москва 1981г. - 77 с.

12 Иванов В. И. , Лысцов В. И. Основы дозиметрии. - М.: Автомиздат 1979 г. - 192 с.

13 <http://www.pnhz.kz/ru/index.php?id=1032> - ПНХЗ Павлодарский Нефтехимический Завод