6.2. Содержание расчетно-пояснительной записки.
Расчетно-пояснительная записка должна включать в себя:
- титульный лист;
- задание на курсовое проектирование;
- содержание;
- введение;
- выбор детектора и расчет чувствительности;
- расчет энергетической зависимости чувствительности БД;
- разработка принципиальной электрической схемы;
- заключение;
- список использованной литературы;
- приложения.
6.2.1 Титульный лист.
Образец оформления титульного листа приведен в приложении N 6.2.
Титульный лист является обложкой пояснительной записки.
6.2.2 Введение.
Во введении рассматриваются свойства гамма-излучения, необходимость его применения на АЭС и современное состояния проблемы. Раскрывается сущность поставленной задачи и пути ее решения.
6.2.3 Выбор детектора.
Должен быть рассмотрен принцип работы детектора, указанного в задании. При этом особое внимание должно быть обращено на количественные соотношения, вытекающие из принципов работы.
Необходимо дать анализ преимуществ и недостатков заданного детектора по сравнению с другими типами детекторов по таким характеристикам как чувствительность, ЭЗЧ, диапазон измерения, величина сигнала, сложность электрической семы включения и др.
Наметить пути устранения присущих данному детектору недостатков и использования его преимуществ.
Исходя из требований задания выбрать стандартный детектор по справочным данным. Если стандартного детектора с необходимым набором характеристик не окажется, обоснованно разработать нестандартный детектор - его размеры и материал.
После выбора детектора необходимо рассчитать его чувствительность и величину выходного сигнала на границах диапазона измерения.
Под понятием чувствительность здесь понимается отношение величины выходного сигнала (скорости счета или силы тока) к измеряемой величине.
Чувствительность ионизационной камеры (ИК) определяют сначала по формуле для нормальной (воздушной) камеры.
Расчетные формулы в этом случае имеют вид:
-при использовании внесистемных единиц
где Iк-ток камеры, А
V-объем камеры, см3
Рγ-мощность экспозиционной дозы, Р/час
-при использовании единиц СИ
где V-объем камеры, м3
Рγ- мощность дозы, А/кг
Формулы (6.3) или (6.4) могут быть использованы для расчета объема ИК по заданному значению нижнего предела диапазона измерения
По значению верхнего предела диапазона измерения можно рассчитать межэлектродное расстояние ИК, приравняв напряжение к напряжению насыщения:
,
(6.5)
где Н-межэлектодное расстояние, см
Рγmax-верхняя граница диапазона измерения, Р/час.
Толщину стенки камеры определяют, приравняв ее к максимальному пробегу вторичного электрона при образцовой энергии гамма-квантов:
где Ее-энергия электронов, МэВ
ρ-плотность материала стенки, г/см3.
Окончательно чувствительность проверяют по формуле для стеночной камеры:
Чувствительность газоразрядного счетчика (ГС) определяют по расчетным формулам для скорости счета импульсов nсч-имп/с:
где h-толщина катода, см
μz-линейный коэффициент ослабления, см-1
μzв-линейный коэффициент передачи энергии в воздухе, см-1
Рγ-мощность дозы, Р/час
S-площадь счетчика, см2
Формула (6.8) может использоваться для выбора типа ГС по справочнику Сидоренко В.В. Детекторы ионизирующих излученийй. Л, Судостроение, 1984, или по другому справочнику по дозиметрии.
При этом исходят из заданного диапазона измерения мощности дозы, сравнивая его со справочными данными счетчиков. Выбрав тип счетчика, по формуле (6.8) проверяют, дает ли он необходимую скорость счета в начале и конце диапазона.
Необходимую скорость счета, определяют исходя из заданной погрешности δ % и времени измерения tизм, с.
Необходимая минимальная скорость счета определяется погрешностью от статистического характера излучения:
Максимальная скорость счета определяется погрешностью от просчетов:
где tp-разрешающее время счетчика (~10-4 с)
Площадь счетчика определяется из умножением диаметра на длину катода
Толщина катода берется из справочных данных, а при их отсутствии принимается равной 0,5 мм.
В случае отсутствия справочника данных можно выбрать из приведенных соотношений (6.8)-(6.11) нестандартный счетчик.
Чувствительность сцинтилляционного детектора в импульсном режиме следует рассчитывать исходя из формулы, аналогичной формуле (6.8):
где h и S – высота и площадь сцинтиллятора, см и см2
μnmв-массовый коэффицинет передачи энергии для воздуха, см2/г.
Формула (6.11) используется для выбора размеров сцинтиллятора исходя из формул (6.8) и (6.9). При этом разрешающее время берется равной 10-6 с.
Чувствительность сцинтилляционного счетчика в токовом режиме определяется формулой:
где μnmz, μnmв - массовые коэффициенты передачи энергии сцинтиллятора и воздуха
G-масса сцинтиллятора, г
h-толщина сцинтиллятора, см
M-коэффициент усиления ФЭУ, определяемый маркой ФЭУ, по справочнику, при отсутствии справочника принимается 105;
f-энергия, затрачиваемая на образование одного электрона, (принимают f=2·10-3 МэВ/электрон)
Рγ-мощность дозы, Р/час.
В качестве фотоэлектронного умножения можно использовать ФЭУ-35. Его данные, которые необходимо учитывать при разработке сцинтилляционного счетчика:
Диаметр катода – 25 мм (определяет диаметр детектора)
Напряжение питания – 840 В
Максимальный выходной ток – 50 мкА (определяет максимальную мощность дозы)
Коэффициент усиления – 105 (определяет чувствительность счетчика)
Расчет необходимо выполнять для образцовой энергии гамма-излучения.
Эффективность сцинтилляционных и газоразрядных счетчиков рассчитывается, исходя из материала и толщины сцинтиллятора и катода. При отсутствии сведений о толщине катода его следует выбрать равной максимальной длине пробега вторичных электронов.
По результатам расчета чувствительности необходимо определить, насколько детектор удовлетворяет требованиям задания по диапазону измерения и величины основной погрешности.
Сформулировать требования к электрической схеме включения.