Сцинтилляционный счётчик

Сцинтилляционный счётчик

Сцинтилля́торы — вещества, проявляющие сцинтилляцию (излучающие свет при поглощении ионизирующего излучения (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т. д. ). Как правило, излучаемое количество фотонов для данного типа излучения приближённо пропорционально поглощённой энергии, что позволяет получать энергетические спектры излучения.

Сцинтилляционные детекторы ядерных излучений — основное применение сцинтилляторов. В сцинтилляционном детекторе свет, излученный при сцинтилляции, собирается на фотоприёмнике (как правило, это фотокатод фотоэлектронного умножителя — ФЭУ, значительно реже используются фотодиоды и другие фотоприёмники), преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается той или иной регистрирующей системой [1] .

Световыход

Световыход — количество фотонов, излучаемых сцинтиллятором при поглощении определённого количества энергии (обычно 1 МэВ ). Большим световыходом считается величина 50—70 тыс. фотонов на МэВ. Чем выше световыход, тем более чувствителен сцинтиллятор, поэтому стремятся применять сцинтилляторы с большим световыходом. Однако для детектирования высокоэнергичных частиц могут использоваться и сцинтилляторы со значительно меньшим световыходом (например, вольфрамат свинца).

Спектр высвечивания

Спектр высвечивания должен быть по возможности оптимально согласован со спектральной чувствительностью используемого фотоприёмника. Несогласованность по спектру с фотоприёмником негативно сказывается на энергетическом разрешении.

Энергетическое разрешение

Даже при поглощении частиц с одинаковой энергией амплитуда импульса на выходе фотоприёмника сцинтилляционного детектора меняется от события к событию. Это связано:

• со статистическим характером процессов сбора фотонов на фотоприёмнике и последующего усиления,
• с различной вероятностью доставки фотона к фотоприёмнику из разных точек сцинтиллятора,
• с разбросом высвечиваемого числа фотонов.

В результате в статистически накопленном энергетическом спектре линия (которая для идеального детектора представляла бы дельта-функцию) оказывается размытой, её часто [2] можно представить в виде гауссианы с дисперсией σ 2 . В качестве характеристики энергетического разрешения детектора используются среднеквадратическое отклонение σ (квадратный корень из дисперсии) и, чаще, полная ширина линии на половине высоты (FWHM, от англ. Full Width on Half Maximum; иногда называется полушириной), отнесённые к медиане линии и выраженные в процентах. FWHM гауссианы в 2 2 ln ⁡ 2 ≈ 2,355 >approx 2<,>355> раза больше σ . Поскольку энергетическое разрешение зависит от энергии (как правило, оно пропорционально E −1/2 ), его следует указывать для конкретной энергии. Чаще всего разрешение указывают для энергии гамма-линии цезия-137 ( 661,7 кэВ ).

Время высвечивания

Время, в течение которого поглощённая в сцинтилляторе, возбуждённого прохождением быстрой заряженной частицы энергия преобразуется в световое излучение, называют временем высвечивания. Зависимость высвечивания сцинтилляторов от времени с момента поглощения частицы (кривая высвечивания) обычно может быть представлена как убывающая экспонента или, в общем случае, как сумма нескольких убывающих экспонент:

Обычно сумму многих экспонент в приведённой формуле с достаточной для практики точностью можно представить в виде суммы двух экспонент:

Амплитуды свечения и послесвечения зависят от энергии, поглощённой в сцинтилляторе, ионизирующей способности быстрых частиц и гамма-квантов. Например, в сцинтилляторах изготовленных из легированного фторида бария амплитуда свечения, вызванного поглощением гамма-кванта существенно превышает амплитуду свечения, вызванного поглощением альфа-частицы, при поглощении которой наоборот, превалирует амплитуда послесвечения. Это явление позволяет различать природу ионизирующего излучения.

Типичное время высвечивания неорганических сцинтилляторов — от сотен наносекунд до десятков микросекунд. Органические сцинтилляторы (пластиковые и жидкие) высвечиваются в течение наносекунд.

Радиационная прочность

Облучаемые сцинтилляторы постепенно деградируют. Доза облучения, которую может выдержать сцинтиллятор без существенного ухудшения свойств, называется радиационной прочностью.

Квенчинг-фактор

Частицы разной природы, но с одинаковой энергией при поглощении в сцинтилляторе дают, вообще говоря, различный световыход. Частицы с высокой плотностью ионизации (протоны, альфа-частицы, тяжёлые ионы, осколки деления) дают в большинстве сцинтилляторов меньшее количество фотонов, чем гамма-кванты, бета-частицы, мюоны или рентген. Отношение световыхода данного типа частиц к световыходу гамма-квантов с равной энергией называется квенчинг-фактором (от англ. quenching — «тушение»). Квенчинг-фактор электронов (бета-частиц) обычно близок к единице. Квенчинг-фактор для альфа-частиц называют α/β -отношением; для многих органических сцинтилляторов он близок к 0,1.

Чаще всего в качестве сцинтилляторов используются неорганические монокристаллы. Иногда для увеличения световыхода кристалл легируют активатором (или так называемым допантом). Так, в сцинтилляторе NaI(Tl) в кристаллической матрице иодида натрия содержатся активирующие центры таллия (примесь на уровне сотых долей процента). Сцинтилляторы, которые светятся без активатора, называются собственными.

Неорганические керамические сцинтилляторы

Прозрачные керамические сцинтилляторы получают из прозрачных керамических материалов на базе оксидов Al₂O₃ (Лукалокс), Y₂O₃ (Иттралокс) и производных оксидов Y₃Al₅O₁₂ и YAlO₃, а также MgO, BeO [3] .

Органические сцинтилляторы обычно представляют собой двух- или трёхкомпонентные смеси [4] . Первичные центры флуоресценции возбуждаются за счёт возбуждения налетающими частицами. При распаде этих возбуждённых состояний излучается свет в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Длина поглощения этого ультрафиолетового света, однако, весьма мала: центры флуоресценции непрозрачны для их собственного излученного света.

Вывод света осуществляется добавлением к сцинтиллятору второго компонента, поглощающего первично излученный ультрафиолетовый свет и переизлучающего его изотропно с бо́льшими длинами волн (так называемого сместителя спектра, или шифтера).

Две активных компоненты в органических сцинтилляторах или растворяются в органической жидкости или смешиваются с органическим материалом так, чтобы образовать полимерную структуру. По такой технологии можно производить жидкий или пластмассовый сцинтиллятор любой геометрической формы и размера. В большинстве случаев изготавливаются листы сцинтиллятора толщиной от 1 до 30 мм.

Органические сцинтилляторы имеют гораздо меньшие времена высвечивания (порядка единиц — десятков наносекунд) по сравнению с неорганическими, но имеют меньший световыход.

Также существуют другие органические сцинтилляторы, например американской компании BICRON. Сцинтилляторы Bicron BC 400…416 производятся на основе поливинилтолуола [5] [6] .

Газовые сцинтилляционные счетчики используют свет, излученный атомами, которые возбуждаются в процессе взаимодействия с ними заряженных частиц и затем возвращаются в основное состояние. Времена жизни возбужденных уровней лежат в наносекундном диапазоне. Световыход в газовых сцинтилляторах в силу низкой плотности газов сравнительно невысок. Однако в качестве газовых сцинтилляторов могут также применяться сжиженные инертные газы.

Ионизационные камеры и камеры деления.

Вторая область, где разрядные токи не зависят от приложенного напряжения, называется областью насыщения, а детектор — ионизационной камерой. .
Детектирование а-, у-частиц и других носителей заряда происходит вследствие непосредственной ионизации этими частицами наполняющего камеру газа. у-Излучение детектируется ионизационными камерами благодаря ионизации газа вторичными электронами, образующимися при взаимодействии у-квантов со стенками камеры. .
Для детектирования тепловых нейтронов используются вторичные эффекты — образование заряженных частиц в результате реакций радиационного захвата нейтронов либо реакций деления. При радиационном захвате нейтрона образующиеся в результате реакции заряженные частицы (а или у) ионизируют газ, наполняющий камеру, чем и обеспечивается регистрация нейтронов.
Наибольшее распространение для регистрации нейтронов в присутствии 7-фона получили специальные компенсированные ионизационные камеры типа КНК. Основные характеристики камер типа КНК приведены в табл. 10.2.
Таблица 10.2. Характеристики нейтронных ионизационных камер типа КНК

Наряду с ионизационными камерами типа КНК при проведении работ на реакторе ИР-100 использовались также камеры деления. Для осуществления реакции деления на электроды этих камер наносят чувствительное покрытие, содержащее делящийся нуклид. Ионизация газа, которым наполнена камера, осуществляется положительно заряженными осколками деления. Характеристики камер деления типа КНТ даны в табл. 10.3.

Принцип работы радиографической установки

Радиографический контроль относится, в первую очередь, к системам цифровой дефектоскопии радиационного типа. Радиационное изображение в данных системах превращается в цифровой массив (изображение), который впоследствии подвергается разным видам цифровой обработки, а затем выводится на монитор персонального компьютера в виде полутонового изображения. К слову, нередко металлография (классически метод) использует для исследования, а также контроля металлических материалов радиометрические установки.

Поскольку метод базируется на принципе измерения рентгеновского излучения или гамма-излучения, которое проходит сквозь материал контролируемого объекта, детектором для контроля выступает фотодиод со сцинтиллятором, наклеенным на него. Сцинтиллятор под воздействием излучений испускает видимый свет, выход которого пропорционален квантовой энергии. В конечном итоге исходящее световое излучение вызывает ток внутри фотодиода.

Таким образом, детектор преобразовывает проходящее сквозь контролируемое изделие излучение в электрические сигналы, величина которых прямо пропорциональна интенсивности лучей гамма.

Приёмник излучения рентгена – это линейка сцинтилляционных детекторов, которые по отдельности оснащены собственными усилителями, образующими единый независимый канал с детекторами. Количество детекторов в линейке строго зависит от необходимой ширины контролируемой зоны. Все каналы детекторного блока опрашиваются по очереди, а с помощью АЦП (аналого-цифровой преобразователь) все полученные сигналы приобретают цифровой вид. Впоследствии полученный в ходе опроса детекторных блоков цифровой массив передаётся на ПК.

Радиографический контроль трубы

Посредством перемещения детекторных блоков по отношению к контролируемому сварочному соединению получают непрерывно считываемый массив данных, записывающийся в память ПК с целью последующего и более детального исследования, архивирования. Для оперативной оценки качества в лаборатории контроля в реальном времени эти данные выводятся в виде полутонового изображения прямо на монитор.

Если вы хотите стать профессиональным сварщиком, вам стоит для начала посмотреть уроки газовой и электросварки.

Для обработки металла резанием необходимо приобрести несколько типов станков. Подробнее о том, как происходит процесс, читайте в этой статье.

Хотите сделать бизнес в сфере металлообработки? О том, какие материалы и оборудование для этого нужно приобрести, читайте по https://elsvarkin.ru/prakticheskoe-primenenie/kak-samomu-sdelat-metallicheskij-karkas-dlya-karkasnogo-doma-i-garazha/ ссылке.

Сцинтилляционный кристалл CsI

CsI(Tl) обладает хорошей тормозной способностью, гигроскопичен и отличается пластичностью. Благодаря устойчивости к радиации CsI (Tl) подходит для физики высоких энергий. Не имеет спаек, довольно прочный. Оптимально подойдет для каротажа скважин, космических исследований или других приложений, где встречаются тяжелые ударные нагрузки.

Приложения

• Позитронная эмиссионная томография
• Физика высоких энергий

Трехразрядный реверсивный счетчик с последовательным переносом

Рассмотрим трехразрядный реверсивный счетчик с последовательным переносом (рис. 3.70).
В режиме вычитания входные сигналы должны подаваться на вход Т_в. На вход Т_с при этом подается сигнал логического 0. Пусть все триггеры находятся в состоянии 111. Когда первый сигнал поступает на вход Т_в, на входе Т первого триггера появляется логическая 1, и он изменяет свое состояние. После этого на его инверсном входе возникает сигнал логической 1.

При поступлении второго импульса на вход Т_в на входе второго триггера появится логическая 1, поэтому второй триггер изменит свое состояние (первый триггер также изменит свое состояние по приходу второго импульса). Дальнейшее изменение состояния происходит аналогично. В режиме сложения счетчик работает аналогично 4-разрядному суммирующему счетчику. При этом сигнал подается на вход Т_с. На вход Т_в подается логический 0.
В качестве примера рассмотрим микросхемы реверсивных счетчиков (рис: 3.71) с параллельным переносом серии 155 (ТТЛ):

• ИЕ6 — двоично-десятичный реверсивный счетчик;
• ИЕ7 — двоичный реверсивный счетчик.

Направление счета определяется тем, на какой вывод (5 или 4) подаются импульсы. Входы 1, 9, 10, 15 — информационные, а вход 11 используется для предварительной записи. Эти 5 входов позволяют осуществить предварительную запись в счетчик (предустановку). Для этого нужно подать соответствующие данные на информационные входы, а затем подать импульс записи низкого уровня на вход 11, и счетчик запомнит число.

Вход 14 — вход установки О при подаче высокого уровня напряжения. Для построения счетчиков большей разрядности используются выходы прямого и обратного переноса (выводы 12 и 13 соответственно). С вывода 12 сигнал должен подаваться на вход прямого счета следующего каскада, а с 13 — на вход обратного счета.

Energy
education

Расход — объём вещества, проходящего через поперечное сечение потока за единицу времени.

2. Механические счётчики расхода

Скоростные счетчики

Принцип действия скоростных счетчиков состоит в том, что протекающий через прибор поток измеряемой жидкости приводит во вращение крыльчатку или вертушку, скорость вращения которых при этом пропорциональна средней скорости протекающей жидкости, а следовательно, и расходу. Скорость вращения пропорциональна расходу. В действительности коэффициент пропорциональности остается постоянным на всем диапазоне измерения прибора.

Скоростные счетчики устанавливаются в закрытых трубопроводах таким образом, чтобы весь поток измеряемой жидкости проходил через прибор. Протекающая жидкость может подводиться к крыльчатке или вертушке аксиально или тангенциально, причем во втором случае жидкость может подводиться как одной, так и несколькими струями. Счетчики с аксиальным подводом жидкости применяются для измерения больших расходов жидкости, с тангенциальным подводом — для измерения малых расходов.

С осью крыльчатки или вертушки связывается механизм для подсчета числа оборотов и, таким образом, количества жидкости; Счетный механизм может быть помещен непосредственно в измеряемой жидкости или защищен от нее сальником.

Скоростной счетчик.

Для обеспечения правильной работы счетчиков необходимо их устанавливать таким образом, чтобы все сечение счетчика было полностью заполнено жидкостью. Несмотря на то, что все счетчики имеют струевыпрямители, поток перед счетчиком должен быть выровнен; для этого их нужно устанавливать так, чтобы перед ними был прямой участок трубопровода, равный 8—10D (D — диаметр трубопровода!). Установка скоростных счетчиков на трубопроводах часто производится без обводных линий, так как их повреждение не вызывает прекращения подачи жидкости у счетчиков с аксиальным подводом жидкости и подъемом и опусканием вертушки у счетчиков с тангенциальным подводом жидкости.

Объемные счетчики

Принцип действия объемных счетчиков основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших через счетчик. Объемные счетчики подразделяют на опорожняющиеся и вытесняющие. Опорожняющиеся объемные счетчики имеют жесткие камеры, из которых измеряемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения количества газа. Простейшим объемным счетчиком с жесткой камерой является мерный бак или мерник. К этому же типу объемных счетчиков относятся барабанные и опрокидывающиеся счетчики. Вытесняющие объемные счетчики имеют мерные камеры с перемещающимися стенками, которые вытесняют измеряемую фазу, освобождая камеру для следующей порции.

Ролико-лопастные расходомеры

В корпусе расходомера вращается ротор с лопастями. Измерительная камера образована между корпусом с одной стороны и бочкой ротора с соседними лопастями – с другой. Измеряемая среда может протекать по расходомеру только с одной стороны ротора. Это обеспечивается с помощью роликов-замыкателей которые поочередно перекрывают путь обхода измерительной камеры. Расположение продольных осей отверстий каналов входа и выхода в плоскостях с осью вращения ротора значительно уменьшает динамические потери.

Синхронизация вращающихся элементов ролико-лопастной машины выполнена по средством зубчатого зацепления. Такая конструкция обеспечивает ролико-лопастной расходомер-счетчик жидкости и газа высокими метрологическими характеристиками. А именно ничтожной погрешностью и широким диапазоном измерения. Очень важной особенностью ролико-лопастной конструкции является отсутствие соприкасающихся частей внутри расходомера . Это обеспечивает не только отсутствие трения и шума, но и возможность работы с не смазывающими жидкостями такими как бензин, спирты и тп.. Отсутствие контакта между элементами прибора препятствует износу, тем самым обеспечивает высокую метрологическую надежность расходомера. Чувствительность расходомера ограничена лишь ничтожно малым сопротивлением подшипникового узла.

Ролико-лопастной расходомер.

Шестерёнчатые расходомеры

Овально-шестерёнчатый расходомер — это один из обычных типов расходомеров с непосредственным отсчетом, работа которого основана на принципе положительного накопления.

Схема овально-шестерёнчатого расходомера.

Внутри расходомера находятся две шестерни овальной формы или два ротора. Шестерни захватывают движущуюся среду, и среда заполняет пространство между этими шестернями и корпусом расходомера. Эти пространства часто называют камерами. Когда среда начинает свое движение по трубопроводу, она попадает в расходомер через входное отверстие. Попав в расходомер, поток среды оказывает давление на овальные шестерни и приводит их в движение. Каждому полному обороту (повороту на 360°) овальной шестерни соответствует некоторое определенное количество жидкости, газа или пара, захваченное и вытолкнутое шестернями в камеры, а затем покинутое расходомер через выходное отверстие.

При повышении скорости потока жидкости, газа или пара, количество оборотов овальных шестерен тоже повышается. Однако, независимо от скорости потока количество жидкости, газа или пара, захваченное овальными шестернями и сделавшее вместе с ними один оборот, всегда остается одинаковым. Поскольку количество захваченной и выведенной среды остается постоянным, определение параметра общего расхода может быть осуществлено посредством подсчета числа оборотов шестерён. Для подсчета числа оборотов шестерен с последующим показанием общего расхода в овально-шестеренчатых расходомерах установлен счетный механизм. К одной из овальных шестерен подсоединяется шпиндель. Вместе с каждым оборотом шестерни происходит один соответствующий ему оборот шпинделя. Шпиндель подсоединен к механизму, который считает количество полных оборотов шестерни.

Администратор сайта: Колосов Михаил
email:
Copyright © 2011-2021. All rights reserved.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

До недавних пор все измерения потребленной электроэнергии осуществлялись с помощью индукционных счетчиков. Постепенно, с развитием микроэлектроники, произошел существенный сдвиг в деле совершенствования приборов учета и контроля потребляемой электроэнергии. Были созданы современные цифровые электронные системы управления с применением новейших микроконтроллеров. Это позволило многократно повысить точность измерений, а отсутствие механики значительно повысило надежность счетчика.

Для электронных электросчетчиков разработана специальная элементная база и методы обработки поступающей информации. После обработки цифровых данных стал возможен одновременный подсчет не только активной, но и реактивной мощности. Данный фактор приобретает важное значение при организации учета в трехфазных сетях. В результате, были созданы многотарифные электросчетчики, учитывающие накопленную энергию в течение определенного времени суток. Данные приборы способны автоматически определять тот или иной тариф.