Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к дозиметрии ионизирующих излучений, а именно к дозиметрическим системам мониторинга поглощенных доз ионизирующего излучения на основе пленочных химических сенсоров ионизирующих излучений и радиочастотным каналом передачи измеряемой информации, и может быть использовано для измерения поглощенных доз гамма-излучения в радиационной технике и технологиях.

Известны пленочные химические дозиметры и цветовые визуальные индикаторы дозы ионизирующих излучений (RU 2454681, RU 2451303). Подобные индикаторы поглощенной дозы ионизирующего излучения содержат гибкую подложку, адгезионный подслой, отражающий слой, радиационно-чувствительный слой, состоящий из полимерного связующего, включающего полимеры и сополимеры винилового ряда, люминофора пиразолинового ряда, бромсодержащего сенсибилизатора и пластификатора, и фильтровый слой, при этом в радиационно-чувствительном слое в качестве бромсодержащего сенсибилизатора используют декабромдифенилоксид. Данные индикаторы позволяют определять достаточно большие дозы - более 1,0 кГр. Недостатками таких устройств является плохая воспроизводимость результатов, наличие большого "пост-эффекта", т.е. изменения оптической плотности дозиметра при хранении и их чувствительность к ультрафиолетовому и видимому свету.

Для количественной оценки поглощенных доз в таких дозиметрах необходимо использование дополнительных цветовых сканеров или спектрометров, что значительно снижает оперативность съема и обработки информации.

Известны термолюминесцентные дозиметры (RU 2 513 651).

Комплектация стандартного термолюминесцентного дозиметра (ТЛД) включает кассеты с фильтрами различной толщины (обычно медные или пластмассовые) и картридж с термолюминесцентным материалом. Прибор, считывающий показания с дозиметра, оснащен системой для нагревания термолюминесцентного материала, устройством преобразующим свечение в электрический импульс, а также другой связанной электроникой, обеспечивающей работу системы. В ТЛД может быть использован как прямой нагрев датчиков, так и СВЧ нагрев. Нагревание дозиметров в ходе считывания происходит в атмосфере инертных газов, что позволяет уменьшить термолюминесцентные эффекты, имеющие нерадиационное происхождение.

Основной недостаток термолюминесцентных дозиметров -однократное получение информации (при нагреве) без возможности воспроизведения. Под влиянием тепла и света имеется риск потери информации о дозе излучения, а после- отжига уменьшается чувствительность ТЛД. Кроме того, процедура считывания информации предполагает использование специального стационарного оборудования, что исключает возможность оперативного съема информации.

Известно мобильное радиоустройство с дозиметром-радиометром (RU 154704, RU 118076), которое содержит измерительный блок, состоящий из последовательно включенных повышающего трансформатора, выпрямителя, детектора излучения, формирователя импульсов и блока сопряжения, и мобильное радиоустройство, в корпусе которого размещен блок питания с возможностью подачи питающих напряжений ко всем электронным узлам и блокам, расположенным в корпусе мобильного радиоустройства, процессор, соответствующие входы и выходы которого соединены с радиоблоком и с блоком памяти, блок индикации, вход которого подключен к соответствующему выходу процессора, и клавиатура, подключенная к соответствующему входу процессора, а также аудиоблок, подключенный к процессору, а вход аудиоблока соединен с первым выходом блока сопряжения. В состав измерительного блока введены последовательно включенные преобразователь напряжения и генератор, а также последовательно включенные делитель напряжения и аналогоцифровой преобразователь, причем выход аудиоблока соединен с входом преобразователя, выход генератора соединен с входом повышающего трансформатора, вход делителя напряжения соединен с выходом выпрямителя, а выход аналогоцифрового преобразователя соединен с вторым входом блока сопряжения, второй выход блока сопряжения соединен со вторым входом генератора. Изобретение обеспечивает создание надежного мобильного устройства, на базе мобильного телефона, которое обеспечивает оперативный контроль радиоактивности и оперативную передачу результатов контроля радиоактивности контролируемого образца или контролируемого участка местности.

Недостатки предлагаемого устройства заключаются в использовании высокого напряжения для питания сенсорного элемента, необходимости электрического соединения измерительного блока с мобильным устройством для передачи измеряемой информации.

Известны RFID-дозиметры (US 8592782, US 9329278), содержащие: дозиметр для измерения одной или нескольких доз излучения, включающий в себя RFID-метку со встроенными: антенной для коммуникации со считывателем посредством радиоканала, энергонезависимой памятью для хранения данных. При этом дозиметр может содержать один или более сенсор на основе оптически стимулированной люминесценции. Принцип работы таких сенсоров заключается в следующем: интенсивность оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ) сенсорного элемента пропорциональна накопленной им за время облучения поглощенной дозе. Дозиметр может быть оснащен оптически стимулированными сенсорами для различных видов излучения в примерной конфигурации: сенсор для гамма-, рентгеновского и нейтронного излучений, сенсор для гамма- и рентгеновского излучений, калибровочный сенсор для гамма- и рентгеновского излучений. Чувствительность оптически стимулированного сенсора к определенному виду ионизирующего излучения определяется применением специальных конвертирующих, компенсирующих, рассеивающих фильтров, влияние которых на величину поглощенной дозы при облучении принимается во внимании во время интерпретации результата считывания. Процесс определения величины поглощенной сенсором дозы (считывания) начинается с установки дозиметра в специальное посадочное место в отдельном устройстве - считывателе, в котором затем происходит оптическая стимуляция сенсора, детектирование и интерпретация ответной люминесценции сенсора.

Дозиметр может быть выполнен с возможностью. хранения значений поглощенных доз излучения в энергонезависимой памяти RFID-метки за долгосрочный период считывателем, который осуществляет первичный съем текущей дозиметрической информации с одного или нескольких оптически стимулированных сенсоров, встроенных в дозиметр, и обработку полученного значения поглощенной дозы с учетом предыдущих значений, считанных из энергонезависимой памяти RFID-метки, запись скорректированного значения поглощенной дозы в энергонезависимую память RFID-метки. Дозиметр позволяет реализовать операции первичного съема дозиметрических данных, чтения и записи в энергонезависимую память RFID-метки одному или нескольким совместимым считывателям.

Кроме этого, данные находящиеся в энергонезависимой памяти RFID-метки, могут быть считаны и записаны с использованием независимого RFID-считывателя, подключенного к персональному компьютеру или другому устройству ввода данных.

В отдельных реализациях данные, находящиеся в дозиметре, могут синхронизироваться с сервером базы данных с помощью функционала считывателя, который может осуществлять связь с удаленным сервером базы данных, используя проводное или беспроводное соединение, оптоволоконный канал, Интернет, телефонную линию, и т.д.

Например, RFID-метка может содержать следующую информацию: идентификатор модели дозиметра, серийный номер дозиметра и идентификационный номер для носителя, данные калибровок для каждого OSL-датчика, информацию о дате и времени, необходимую для оценки величины вклада фонового излучения, общую дозу облучения и дозу, накопленную при гамма- и нейтронном облучении, информацию о количестве считываний с указанием времени и даты, а также служебные данные, связанные с осуществлением контроля качества во время процесса считывания данных с указанием идентификатора считывателя и т.п.

К недостаткам изобретений относится отсутствие возможности дистанционного получения текущего значения персональной дозы облучения, считывание которого возможно только в стационарных условиях при помощи специализированного считывающего устройства. Кроме того, дозиметры по настоящим изобретениям работают от батареи, что ограничивает срок непрерывного пользования устройством.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является создание системы мониторинга поглощенной дозы на основе малогабаритного носимого персонального измерителя поглощенной дозы ионизирующего излучения с радиочастотным каналом передачи информации и распределенной сети считывателей на базе мобильных устройств и персональных компьютеров, образующих единую информационную систему обработки и накопления результатов измерений.

Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей малогабаритного носимого персонального измерителя поглощенной дозы, повышение скорости измерений и интерпретации результатов измерений, расширение функциональных возможностей.

Достижение технического результата осуществляется за счет того, что система мониторинга поглощенных доз ионизирующего излучения содержит персональные устройства для измерения поглощенных доз ионизирующего излучения, связанные посредством радиоканала с приборами, дистанционно считывающими показания с устройств для измерения поглощенных доз, организованными в единую распределенную сеть на базе информационной системы обработки и накопления результатов измерений.

Персональное устройство для измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения содержит детектор, представляющий собой закрытые светонепроницаемой оболочкой два фотоприемника, расположенные на диэлектрической подложке, фоточувствительная область одного из которых покрыта чувствительным к накопленной дозе пленочным сенсором, а фоточувствительная область второго покрыта компенсатором с коэффициентом пропускания, близким к коэффициенту пропускания необлученного пленочного сенсора, на которые попадает оптическое излучение от расположенного на подложке в одной плоскости между фотоприемниками источника оптического излучения, излучающего в нескольких спектральных диапазонах, отражаемое от делителя оптического потока с внешним зеркальным покрытием. При этом, наличие двух фотоприемников позволяет осуществить измерение не только абсолютных показателей, но и проводить относительные измерения изменений в чувствительном к накопленной дозе пленочном сенсоре. Наличие нескольких оптических диапазонов измерения позволяет значительно повысить чувствительность измерительного блока. Уменьшение массогабаритных показателей и упрощение конструкции осуществляется за счет исключения источника питания из схемы.

Предлагаемый детектор на базе пленочного сенсора позволяет осуществлять первичное преобразование измеряемой величины (поглощенная доза излучения) в электрический сигнал на уровне персонального измерителя поглощенной дозы, в связи с чем становится возможным автоматизированное дистанционное считывание актуальной дозиметрической информации любым совместимым RFID-считывателем посредством радиочастотного канала без необходимости, как в случае с существующими решениями детекторов радиационного излучения на основе ТЛД-, ОСЛ- сенсоров и пленочных сенсоров в пассивном исполнении, проведения данной операции в ручном режиме, что требует специального оборудования и предварительного извлечения сенсорного элемента, а значит, повышает риск повреждения детектора и сокращает срок его службы. Наличие радиочастотного канала передачи измеряемой информации также позволяет использование устройства с мобильными или стационарными считывателями, в том числе территориально-распределенными и объединенными в единую систему мониторинга персональных поглощенных доз. При этом сбор и обработка измеряемой информации осуществляется на мобильных устройствах и персональных компьютерах, подключаемых к считывателю с установленным специальным программным обеспечением.

Структурная схема системы мониторинга поглощенных доз ионизирующего излучения приведена на фиг. 1.

Персональный измеритель поглощенной дозы ионизирующего излучения с радиочастотным каналом передачи информации, кроме детектора, включает в себя измерительный блок, электрически соединенный с устройством передачи информации посредством радиоканала, и антенну. Антенны используются для наведения электромагнитного поля и получения - информации от меток, попавших в это поле.

Все указанные компоненты составляют компактное корпусированное персональное носимое устройство, в котором сохраняется информация о накопленной дозе ионизирующего излучения. Для передачи информации в предлагаемом изобретении может использоваться один из четырех частотных диапазонов: 125-150 кГц, 13,56 МГц, 862-950 МГц и 2,4-5 ГГц. Приемником передаваемой информации является антенна, соединенная со считывателем, в котором проводится дальнейшая обработка измеряемой информации. Считыватель также может быть носимым или стационарным. Считыватель может быть соединен с персональным компьютером.

Формат хранения дозиметрической информации в персональном измерителе поглощенной дозы документально фиксируется, в связи с чем хранимые данные могут быть извлечены любым аппаратно-совместимым RFID-устройством чтения-записи. Считыватель включает в себя RFTD-устройство чтения-записи, соединенное либо с мобильным устройством, либо с персональным компьютером с установленным специальным программным обеспечением, которое позволяет организовать прием и передачу дозиметрической информации с персонального измерителя, аккумулировать и анализировать полученную информацию, объединять персональные измерители поглощенной дозы и считыватели в единую систему индивидуального дозиметрического контроля на предприятии, а также формировать и осуществлять передачу отчетной документации в учетные системы. Такая система мониторинга поглощенных доз может быть как централизованной, так и самоорганизующейся. Возможен вариант реализации системы, при котором обеспечивается отслеживание изменений персональной накопленной дозы при перемещении контролируемого субъекта по мониторируемой территории за счет использования множества считывателей установленных в различных местах, фиксирующих идентификатор персонального измерителя поглощенной дозы, дату, время и место при выполнении каждого акта считывания. В этом варианте возможна интеграция системы мониторинга дозы с корпоративной системой контроля и управления доступом и иными информационными системами.

На фиг. 2 приведен основной элемент персонального измерителя поглощенной дозы ионизирующего излучения - детектор. Детектор представляет собой закрытые светонепроницаемой оболочкой 1 два фотоприемника 2, расположенные на диэлектрической подложке 3, фоточувствительная область одного из которых покрыта чувствительным к накопленной дозе пленочным сенсором 4, а фоточувствительная область второго покрыта компенсатором 5 с коэффициентом пропускания к коэффициенту пропускания пленочного сенсора 4, на которые попадает оптическое излучения от расположенного на подложке в одной плоскости между фотоприемниками 2 источника оптического излучения 6, излучающего в трех спектральных диапазонах, отражаемое от делителя оптического потока 7 с внешним зеркальным покрытием 8. Для электрического соединения детектора с измерительным блоком предусмотрен электрический разъем 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед началом использования устройства проводится оценка нулевого значения накопленной дозы путем считывания коэффициентов пропускания пленочного сенсорного элемента на нескольких длинах волн. Для этого, устройство помещается вблизи антенны, подключенной к считывателю, которая посредством возбуждения электромагнитного поля наводит ЭДС в антенне персонального измерителя поглощенной дозы ионизирующего излучения. Этой ЭДС достаточно для питания электронной схемы устройства в течении акта считывания и предварительной обработки коэффициентов пропускания пленочного сенсорного элемента на нескольких длинах волн, а также передачи обработанной информации посредством встроенного устройства передачи информации и антенны на считыватель. Также совместно с информацией о начальных значениях коэффициентов пропускания в момент первого считывания проводится регистрация персонального идентификатора в информационной системе.

При повседневном использовании персонального измерителя поглощенной дозы ионизирующего излучения при взаимодействии ионизирующего излучения с чувствительным к накопленной дозе пленочным сенсором в составе измерителя происходят физико-химические процессы, приводящие к изменению оптических спектров пропускания сенсора. Характер изменения спектров в зависимости от накопленной дозы ионизирующего излучения является линейным. Изменения спектров после взаимодействия сенсора с излучением являются необратимыми. Это обстоятельство позволяет говорить об эффективности использования пленочных сенсоров для мониторинга поглощенной дозы.

В дальнейшем чтение данных с персонального измерителя поглощенной дозы ионизирующего излучения осуществляется в моменты, когда устройство попадает в поле действия, электромагнитного поля, создаваемого антенной, подключенной к считывателю. Информация из считывателя передается в систему управления и далее в учетную систему, на основании которой формируется учетный персональный документ о накопленной дозе.

Таким образом, разработана система мониторинга поглощенных доз ионизирующего излучения, содержащая персональные устройства для измерения поглощенных доз ионизирующего излучения, приборы, считывающие показания с устройств для измерения поглощенных доз, и программное обеспечение. Персональное устройство для измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения содержит детектор, представляющий собой закрытые светонепроницаемой оболочкой два фотоприемника, расположенные на диэлектрической подложке, фоточувствительная область одного из которых покрыта чувствительным к накопленной дозе пленочным сенсором, а фоточувствительная область второго покрыта компенсатором с коэффициентом пропускания, близким к коэффициенту пропускания необлученного пленочного сенсора, на которые попадает оптическое излучение от расположенного на подложке в одной плоскости с фотоприемниками источника оптического излучения, излучающего в нескольких спектральных диапазонах, отражаемое от делителя оптического потока с внешним зеркальным покрытием., электрически соединенный с измерительным блоком, который электрически соединен с устройством передачи информации, подключенным к антенне и обеспечивающим радиочастотный канал связи с прибором, считывающим показания с устройства для измерения поглощенных доз, снабженным антенной и программным обеспечением, позволяющим проводить обработку и накопление результатов измерений. Основным техническим результатом разработки является уменьшение массогабаритных показателей малогабаритного носимого персонального измерителя поглощенной дозы, повышение скорости измерений и интерпретации результатов измерений, расширение функциональных возможностей. Срок службы персональные устройства для измерения поглощенных доз ионизирующего излучения за счет отсутствия собственного источника питания ограничен только максимальной дозой облучения, которую он способен зарегистрировать, которая зависит от способности фотоприемника регистрировать оптический поток, проходящий через темнеющий от полученной дозы облучения пленочный сенсор.