Falcon 5000™ – гамма-спектрометр на основе ОЧГ-детектора

Falcon 5000™ представляет собой современный портативный гамма-спектрометр высокого разрешения, построенный на основе детектора из особо чистого германия. Основным назначением прибора является идентификация радионуклидов с высоким энергетическим разрешением для задач обеспечения безопасности, реагирования на аварийные ситуации и оценки радиационной обстановки.

В блоке детектирования прибора используется широкодиапазонный германиевый детектор (BeGe) относительной эффективностью порядка 20 %. Применение такого детектора обеспечивает широкий диапазон энергий и хорошее энергетическое разрешение как в мягкой, так и в жёсткой областях спектра. Кроме того, обеспечивается высокая эффективность регистрации для протяжённых источников по сравнению с традиционными коаксиальными детекторами. Для охлаждения детектора до рабочей температуры используется система  на импульсных трубках, исключающая необходимость применения жидкого азота. Использование этой системы охлаждения практически не приводит к ухудшению энергетического разрешения  и других характеристик блока детектирования. Благодаря применению этой системы и использованию глубокого вакуума в блоке детектирования детектор может быть охлаждён за время 2,5 – 3 часа.

Дополнительно для непрерывного мониторинга мощности дозы имеется встроенный счетчик Гейгера. По желанию потребителя устройство может быть укомплектовано дополнительным детектором нейтронов.

Для обработки сигналов с блока детектирования в приборе используется многоканальный анализатор амплитуд импульсов, построенный по схеме с цифровой обработкой сигнала. Получаемый в многоканальном анализаторе спектр импульсов передаётся по проводному или беспроводному интерфейсу на модуль управления, представляющий собой планшетный ПК с соответствующим программным обеспечением. Поставляемое в составе Falcon 5000 программное обеспечение Genie 2000 предоставляет пользователю любые функции анализа спектров. Вместе с тем, предусмотрен упрощенный вариант пользовательского интерфейса, позволяющий нажатием одной кнопки вызвать основные функции управления прибором. Измерение можно в любой момент запустить, остановить и сохранить его результат.

Конструктивно прибор выполнен в виде двух блоков – измерительного и блока управления.  Измерительный блок включает в себя блок детектирования многоканальный и анализатор. Кроме того, в измерительном блоке установлены приемник системы GPS, система управления питанием и коммуникационный модуль для связи с блоком управления. В качестве блока управления используется планшетный ПК с операционной системой Windows и прикладным программным обеспечением.

Дополнительно прибор может быть укомплектован детектором нейтронов и коллиматором.

Прибор питается от встроенных аккумуляторов (максимум 2) или от сети переменного тока с помощью адаптера, входящего в комплект поставки. Система управления питанием обеспечивает замену аккумуляторов в горячем режиме.

Основные технические характеристики:

• Диапазон энергий регистрируемого гамма-излучения – от 20 кэВ до 3 МэВ
• Энергетическое разрешение по пику полного поглощения 122 кэВ – не более 1,2 кэВ
• Энергетическое разрешение по пику полного поглощения 1332 кэВ – не более 2,1 кэВ
• Время охлаждения детектора при температуре окружающей среды 25 ⁰С –  не более 4 часов
• Напряжение питания от сети переменного тока – от 90 до 240 В
• Время непрерывной работы измерительного блока от встроенного аккумулятора – 4 часа от одного аккумулятора*
• Время непрерывной работы блока управления от встроенного аккумулятора – 3 часа от одного аккумулятора*

*Номинальное значение. Фактическое время работы зависит от выполняемых задач.

• Размеры измерительного блока – 450 х 170 х 430 мм
• Масса измерительного блока  – 15,5 кг с аккумуляторами, без нейтронного детектора.
• Размеры блока управления – 284,5 х 209,6 х 40,6 мм.
• Масса блока управления – 2,0 кг.

Cистема для полевых измерений объектов сложной формы ISOCS

Гамма-спектрометрия в полевых условиях – это удобный, экономичный и точный метод измерения загрязнения грунта и других объектов без отбора проб и их последующего анализа.

Компания CANBERRA  разработала и  производит уникальную систему для измерения активности гамма-излучающих нуклидов в объектах произвольного размера и формы – ISOCS (In Situ Object Counting System). Система ISOCS состоит из полупроводникового детектора в портативном многопозиционном криостате, набора коллиматоров, специального штатива с позиционирующим устройством и лазерным прицелом для точного наведения детектора на измеряемый объект и портативного многоканального анализатора  с компьютером и программным обеспечением. В состав системы включена программа расчёта калибровки детектора по эффективности в сложных геометриях.  Для упрощения задачи пользователя  в программу расчёта калибровочных кривых уже введено 20 шаблонов геометрий, применяющихся при полевой гамма-спектрометрии:
- объекты прямоугольной формы (простой и комбинированный параллелепипед (коробка), полностью или частично заполненный активным материалом)
- объёкты цилиндрической формы (простой и комбинированный цилиндр при измерениях с боковой и торцевой поверхностей, полностью или частично заполненные активным материалом, горизонтальная труба или цистерна, полностью или частично заполненные активным материалом)
- объекты конической формы (различные конические ёмкости при измерениях с боковой и торцевой поверхностях), полностью или частично заполненные активным материалом
- сферические объекты, в том числе и многослойные
- профили в виде трубы, уголка, швеллера, двутавра, короба с поверхностным загрязнением
- многослойные участки плоской поверхности
- участки плоской поверхности с экспоненциальным распределением активности
- колодец/скважина при измерениях изнутри
- стены помещения при измерениях изнутри

В большинстве шаблонов распределение активности внутри объектов может быть как гомогенным, так и гетерогенным. Кроме того, дополнительно могут быть разработаны  шаблоны специально под задачи пользователя.

Это позволяет проводить измерения сложных объектов без предварительной калибровки спектрометра пользователем по объёмным источникам.

Ниже приведены типичные области применения системы ISOCS:

- измерение поверхностного загрязнения грунта, поверхностей стен зданий и сооружений;
- измерение активности отходов в контейнерах, бочках и т.п. без их вскрытия;
- измерение активности гамма-излучающих нуклидов в трубопроводах и другом технологическом оборудовании;
- оценка содержания гамма-излучателей в организме персонала при аварийных ситуациях;
- радиационный каротаж колодцев и скважин.

Все эти измерения могут быть выполнены непосредственно на месте в режиме реального времени, что позволяет отказаться от традиционной технологии, включающий проботбор, транспортировку проб и их измерение в лаборатории. Кроме этого, система ISOCS может использоваться и как лабораторный гамма-спектрометр для измерения активности гамма-излучателей как в точечных, так и в объёмных источниках.

Типичная система включает в себя коаксиальный германиевый детектор  в портативном криостате MAC, штатив с набором коллиматоров и лазерным целеуказателем  ISOXSHLD, портативный многоканальный анализатор амплитуд импульсов InSpector-2000 и компьютер Notebook с программным обеспечением.

Сцинтилляционный гамма-спектрометр InSpector-1000

Портативный сцинтилляционный гамма-спектрометр InSpector 1000 является простым в эксплуатации прибором, идеально подходящим для:

•  Оборонных задач

•   Таможенного и пограничного контроля

•   Дозиметрии

•   Задач по нераспространению ядерного оружия

•   Мониторинга перевозок ядерных материалов

•    Экологического мониторинга

Его можно использовать в полевых условиях для измерения дозы и скорости счета, идентификации нуклидов и измерения активности, а также для набора и анализа спектров. Режим работы легко выбирается нажатием одной кнопки. За простотой управления скрывается мощь встроенной в прибор системы обработки спектров – системы, обладающей характеристиками, ранее доступными лишь в специализированных компьютерных лабораторных системах. В ней реализована вся мощь проверенных временем алгоритмов обработки спектров компании Canberra – сведена к минимуму вероятность ошибочной идентификации и в то же время увеличена чувствительность к слабоактивным защищенным и смешанным источникам, или источникам, «замаскированным» естественными или легализованными радиоактивными материалами.

nSpector-1000 состоит из блока многоканального анализатора, построенного по схеме с цифровым сигнальным процессором, и внешнего блока детектирования гамма-излучения. В качестве внешних блоков детектирования могут быть использованы:

• нестабилизированный сцинтилляционный блок детектирования на основе кристаллаNaI(Tl)  размерами Æ38х38
• стабилизированные сцинтилляционные блоки детектирования на основе кристаллаNaI(Tl)  размерами Æ51х51 мм Æ76х76 мм
• стабилизированный сцинтилляционный блок детектирования на основе  кристаллаLaBr₃(Ce) размерами Æ38х38 мм.
• Детекторы на основе CZT

Дополнительно прибор может быть укомплектован внешним блоком детектирования нейтронов.

Прибор питается от встроенного аккумулятора или от сети переменного тока с помощью адаптера, входящего в комплект поставки. Также возможна поставка дополнительного блока питания от бортовой сети автомобиля.

Для обработки пользователь может загружать в память Inspector-1000 различные библиотеки нуклидов и калибровки по эффективности, в том числе и рассчитанные по программе ISOCS. Для расчёта калибровок по эффективности ISOCS необходимо дополнительно приобрести характеризацию детектора и программное обеспечение ISOCS.

На базе спектрометра InSpector-1000 совместно с компанией EDF - владельца 58 действующих энергоблоков во Франции был разработан спектрометрический комплекс InSpector 1000/CZT, ориентированный на анализ изотопного состава в условиях АЭС. Этот комплекс включает в себя:

• Многоканальнй анализатор Inspector-1000

• Интерфейс детектора CZT, закрепляемый фиксаторами на боковую панель Inspector 1000

• Набор детекторов CZT, подсоединяемых к интерфейсу CZT:

  • Детектор объемом 5 мм³ для мощности дозы в диапазоне 50 мЗв/ч – 200 мЗв/ч Детектор поставляется по заказу.

  • Детектор объемом 20 мм³ для мощности дозы в диапазоне 10 мЗв/ч – 50 мЗв/ч

  • Детектор объемом 60 мм³ для мощности дозы в диапазоне 0,1 мЗв/ч – 10 мЗв/ч

  • Детектор объемом 500 мм³ для мощности дозы < 3 мЗв/ч (300 мбэр/ч). Детектор поставляется по заказу.

• Кабель длиной до 20 м (по заказу поставляются также кабели длиной 5 и 10 м), позволяющий расположить Inspector 1000 и оператора на достаточном расстоянии от точки проведения измерения, что соответствует принципу ALARA и общим требованиям безопасности.

• Программа RADMAP, выполняемая на портативном компьютере (может быть предоставлен заказчиком), с очень простым пользовательским интерфейсом, позволяющим провести анализ спектра сразу же после загрузки спектра из памяти Inspector 1000.

• Сумка для переноски всех перечисленных компонентов и портативного компьютера.

• По заказу может поставляться коллиматор, рассчитанный на установку на детекторы с объемом 5, 20 и 60 мм³ и предназначенный для проведения измерений на участках, где мощность дозы слишком высока для детектора без защиты. Коллиматор может быть установлен на головку стандартного штатива. Опытным путем установлено, что коллиматор требуется исключительно редко. Обычно требуется лишь выбрать детектор соответствующей чувствительности.

Хотя Inspector-1000 имеет возможность обработки спектров “on-line”, спектры могут быть загружены на внешний компьютер для их более детальной обработки средствами программного обеспечения Genie-2000.  В комплект поставки прибора входит базовое программное обеспечение Genie-2000 и программное обеспечение Genie-2000 по анализу гамма-спектров.