161

(19) HU

SZABADALMI LEÍRÁS

MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG

(11)

183662

SZOLGALATI TALÁLMÁNY A bejelentés napja: (22) 81. 11.03.

ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL

A közzététel napja: (41) (42) 83. 09. 28.

(

,

Szabadalmi Tár.'

^U^TULAJDON^J^

Megjelent: (45)

Feltaláló (kJ: (72) ÁDÁM Ferenc, gépészmérnök, 30%, STÉGER Ferenc, vegyészmérnök, 20%, CSEFKO Attila, villamosmérnök, 30%, AMBRO Péter, fizikus, 20%, Budapest, (54)

Nemzetközi osztályjelzet: (51) NSZOj G 0 1 T 1/161

(21) 3282/81

Szabadalmas: (73) GAMMA Művek, Budapest

NUKLEÁRIS MÉRŐHELY (57) KIVONAT 6 ) 3 13 2 7 8

A találmány tárgya nukleáris mérőhely, főleg orvosi vizsgálatoknál alkalmazható radioaktív minták gammaintenzitásának mérésére, amelyben nukleáris csatorna-stabilizáló, háttérlevonó, valamint vízszintes elhelyezésű harántfuratos scintillator van elrendezve. A berendezésre az jellemző, hogy a nukleáris mérőhely scintillátorának palástja részben polírozott, részben matt tartományokkal rendelkezik, harántfuratában pedig olyan fémcső van elhelyezve, amely ragasztással csatlakozik a scintillátor külső burkolatához. A scíntillátor és a burkolat között alumínium-oxid por van, maga a scintillátor pedig egy ablakon keresztül optikailag fotoelektronsokszorozóra csatlakozik. A fotoelektronsokszorozó anódoldali ága nagyfeszültségű tápegység kimenetére van kötve és a berendezést zárólappal és mintabehelyezőnyílással ellátott nukleáris árnyékoló rendszer veszi körül. A rendszerhez csatlakozó erősítővel, potencióméterrel, komparátorokkal, jelformálókkal, spektrum-stabilizáló és számlálást vezérlő logikai áramkörrel, előszámlálóáramkörrel, dekadikus számlálókkal kialakított rendszer áramgenerátor bemenetével is össze van kötve. A berendezésbe van még építve egy kvarc oszcillátor, amely előosztóáramkörrel, ez utóbbi időszámlálóáramkörrel, az időszámlálóáramkör pedig időkijelzőáramkörrel van összekötve. Erre az elektronikára csatlakozik a háttérlevonó számláló, amely viszont osztóáramkörön át további logikai áramkörre, s ez utóbbi a spektrum-stabilizátorra csatlakozik. A logikai áramkör impulzusszámláló áramkörrel és nyomógombbal van összekötve. Az általában folyadék halmazállapotú mintát a scintillátor belsejébe helyezve végezhető el a mérés.

-1-

)

1

183662

A találmány tárgya nukleáris mérőhely, főleg orvosi vizsgálatoknál alkalmazott készülék, amelynek rendeltetése radioaktív minták gamma intenzitásának mérése. A nukleáris méréstechnikát alkalmazó orvosi diagnosztikai vizsgálatok jelentős részénél, a szervezetből származó radioaktív biológiai minták intenzitás mérése alapján következtetnek a szervek állapotára. A néhány kBq aktivitású, általában folyadék halmazállapotú mintákat — mint eddig ismert — a közel teljes térszögű detektálást biztositó, üreggel ellátott scintillátorba helyezve mérik. Az üreget vagy a hengeres alakú scintillátor hossztengelyében elhelyezkedő koaxiális furattal, vagy erre merőleges elhelyezésű haránt furattal alakítják ki. A környezetből eredő és a méréseket zavaró háttér-sugárzások hatásának csökkkentésére, a scintillátort és a hozzá optikailag csatolt fotoelektronsokszorozót, nagy rendszámú, rendszerint ólom anyagú, nukleáris árnyékoló rendszerben helyezik el. A vizsgálatoknál használt radioaktív izotóp gamma fotonjai által a detektorban keltett hasznos jeleket a háttérből származó zavaró jelektől, elektronikus eljárással, amely differenciál diszkriminálás néven ismert, választják el. A hasznos és a zavaró jelek időegységre vonatkoztatott viszonyának további növelésére ismert elektrónikus megoldás az úgynevezett háttér-levonó áramkör. Az egyszerűbb, klinikai rutinban elterjedt készülékek műszaki megoldására jellemző, hogy nem tartalmaznak a teljes nukleáris mérőcsatornára kiterjedő, zárt-hurkú energia-feszültség átállítási érzékenységet stabilizáló áramkört. Az intenzitásmérést időzítős számlálóval végzik, amely általában idő vagy impulzusszám előválasztással rendelkezik a mérési ciklus automatikus leállításához. A forgalomban lévő mintamérők zöme koaxiális üregű scintillátort tartalmaz, főleg azért, mert nukleáris energia felbontóképességük jobb, mint a hagyományos technológiával készített haránt-furatos scintillátoroké. A koaxiális üregű scintillátorokkal, asztalra helyezhető és kényelmesen kezelhető elrendezést nem sikerült az igények ellenére kialakítani. A konstrukciós nehézséget az okozza, hogy a folyadék minták miatt a scintillátor hossztengelyét az asztal síkjára merőlegesen célszerű elhelyezni, így a minták üregbe történő helyezése kémcső dugó használata nélkül is biztonságos. Ekkor az üreg asztal feletti magasságát a scintillátor, a fotoelektronsokszorozó és szerelvényei, valamint a nukleáris árnyékolás vastagsága határozza meg 30 cm körül. Számos gyártó ezért a detektor szerelvényt külön állványba helyezve, az asztal mellett üzemelteti, az asztal lapjának szintjébe helyezett üregnyílás magassággal. Az ilyen külön állványba épített megoldású rendszerek árnyékolása gyakran többszöröse az átlagos nukleáris orvosi diagnosztikai laboratóriumokban előforduló háttérsugárzások hatékony árnyékolásához szükségesnek. Súlyuk száz kilogramm feletti, nehezen mozdíthatók, a laboratórium alapterületéből helyet foglalnak el. A klinikai rutinban elterjedt egyszerűbb, olcsóbb készülék nukleáris energiafeszültség átalakítási érzékenységét gyakran kell ellenőrizni, mert váltakozó környezeti hőmérséklet, hálózati feszültség ingadozás a mérési eredmények torzulását idézhetik elő. Az ellenőrző vagy hitelesítő mérések a laboratóriumi személyzetet terhelik. Néhány fejlődő országban, ahol napon-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

-2-

2

ta többször is előfordulnak hálózati feszültség kimaradások, a fotoelektronsokszorozók ismert bekapcsolási tranziens folyamatai, amelyek elsősorban az érzékenység lassú stabilizálódásában nyilvánulnak meg, a méréseket gyakorlatilag reprodukálhatatlanokká teszik. Gyakorlatlan kezelők ilyen esetben a készülékben hibát kerestetnek, és miután azt nem találnak, a készülék cseréje vagy a szolgáltatás leállítása mellett döntenek. A problémát áthidaló, úgynevezett spektrum stabilizátorok, csak külön készülékek formájában vannak forgalomban, meglévő készülékekhez való csatlakoztatásuk általában rendelkezésre nem álló szakértelmet igényel. Az ismert elektronikus megoldású, úgynevezett háttérlevonó áramkörök, mint amilyen például a 162 792 számú magyar szabadalomban leírt megoldás, csak abban az esetben működnek helyesen, ha a nukleáris csatorna a mérendő fotocsúcshoz viszonyítva csak 1—2%-kal változtatja meg érzékenységét. Ha a környezeti hőmérséklet vagy a hálózati feszültség változásának hatására a nukleáris csatorna érzékenysége ezt meghaladó mértékben ingadozik, a háttérlevonóval beállítható kompenzálás hamis adatból kiindulva téves mérési eredményt ad, amely diagnosztikai hibát kelthet. Problémát okoz a forgalomban lévő készülékek csak külön készülék formájában való rendelkezésre állása, amely így meglévő rendszerekhez csak nehézségek árán csatlakoztathatók. A találmány szerinti megoldással azt kívánjuk elérni, hogy az ismert készülékeknél jelentkező kényelmetlenségeket, nehézségeket és azok kedvezőtlen hatását csökkentsük, illetve kiküszöböljük. Ehhez egyszerűbb szerkezeti megoldású, könnyebb, asztalra helyezve is kényelmesen kezelhető és mégis megfelelő nukleáris felbontóképességet nyújtó készüléket alkalmazunk, amely jobban illeszkedik a fejlődő országokban fennálló hálózati és klimatikus körülményekhez, javíthatósága könnyebb, kevesebb szakértelmet igényel. A kényelmesebb, asztali elhelyezés érdekében új műszaki megoldású harántfuratú üreges scintillátort alkalmazunk, amelynek nukleáris felbontóképessége 'a jód 125 energiáján 30% alatti. ! Korábban hasonló nukleáris energia felbontóképességet csak koaxiális furat elrendezésű scintillátorokkai lehetett biztosítani. A harántfuratú detektorral felépülő készülékekben a scintillátor hossztengelye vízszintesen helyezhető el, így a minta behelyező nyílás az asztal lapjához közelebb kerülhet, ez kényelmesebb kezelést tesz lehetővé. A fejlődő országokban gyakran előforduló hálózati feszültségingadozások és áramszünetek, fotoelektronsokszorozóra gyakorolt és áramerősítés ingadozásban megnyilvánuló hatásának csökkentésére, a mintából származó jelek felhasználásával spektrum stabilizátort alkalmazunk. A beépített alkatrészek számának csökkentése érdekében olyan kialakítású differenciál diszkriminátort használunk a fotocsúcsból származó jelek szelektálására, amely egyúttal a spektrum-stabilizáló áramkör hiba-jel detektálását elvégzi. A mérési adatok feldolgozásának megkönnyítésére, nagy stabilitású kvarc-oszcillátorral vezérelt háttér-levonó áramkört alkalmazunk, amely a nukleáris árnyékolás korábbi konstrukciókhoz viszonyított 20—30%-os csökkentését eredményezte. A készüléket olyan védelmi áramkörökkel szereltük fel, amelyek a hibás fotocsúcson kívüli méréseket auto-

1

183662

matikusan meggátolják és a kezelők figyelmét felhívják a jelenségre. A készülék szabályozott nagyfeszültségű tápegységét a fejlődő országokban is könnyen javítható elemekből alakítottuk ki, a korábban előállított konstrukciókhoz viszonyítva olcsóbban és megbízhatóbban. A találmány tehát asztali kivitelű nukleáris orvosi minta mérőkészülék, amelynek jellemzőit az alábbiakban foglaljuk össze: — A radioaktív biológiai minták mérésére alkalmas harántfuratú scintillátor, vízszintes hossztengelyű elhelyezéssel, ahol a scintillátor palástjának optikai tulajdonságai alkotó irányában legalább két különböző tartományt képeznek. — Hengerszimmetrikus, a legnagyobb energiájú radioaktív mintára méretezett izodózist biztosító árnyékoló rendszer a scintillátor és a fotoelektronsokszorozó körül. — A detektor kimenetéhez szabályozható erősítő csatlakozik. — A szabályozható erősítő kimenetéhez, három diszkriminátorral, csatorna szélesség beáliitóval, csatorna szimmetrizáló áramkörrel, jelformáló, monostabil aktív elemekkel és logikai körrel felépített, két differenciál diszkriminátor van kapcsolva. — A differenciál diszkriminátorok vonatkozó kimenő kapcsai részben az előre-hátra számláló áramkörökkel, a hozzájuk csatlakozó D/A átalakítókkal és ezek teljesítmény erősítőivel valamint a fotocsúcson kívüli állapotot érzékelő logikai körrel kialakított spektrum-stabilizátor felé, részben a kijelzővel ellátott számláló felé csatlakoznak. — A spektrum-stabilizátor teljesítmény erősítőjének kimenő kapcsa a precíziós hőkompenzált áramgenerátort, szimmetrikus terhelő áramkört és shunt erősítőt tartalmazó nagyfeszültségű tápegység shunt erősítőjének bemenetére csatlakozik. — A kvarc oszcillátorral, osztó áramkörökkel, monostabil jelformálókkal, kapuáramkörökkel, és programozható számlálóval kialakított háttérlevonó áramkör, a kijelzővel ellátott számláló, számlálási irány váltó kapcsához és bemenetéhez van kapcsolva. — A kvarc oszcillátor osztó áramkörön keresztül, programozható és kijelzővel ellátott időzítő felé csatlakozik, utóbbi kimenete a számláló bemenetére van kapcsolva. A készülék egy előnyös kiviteli példája szerint a radioktív biológiai minták befogadására alkalmas haránt-furatú thalliummal aktivált nátriumjodid scintillátor hossztengelye vízszintes elhelyezésű. Ezen scintillátor nukleáris energiafelbontóképesség szempontjától előnyös kialakítású, ha a palástján alkotó irányban legalább két eltérő felületű, optikai rendeltetésű terület van és ezek közül a furat és fotoelektronsokszorozó közötti szakaszt, például etilén-glikol és szarvasbőr segítségével polírozzuk, míg a furat és a scintillátor másik vége közötti szakasz felületét matt, diffúz fényvisszaverőre alakítjuk, például 400-as finomságú csiszolópor alkalmazásával. A homogén módon, csak polírozott felületek esetén, a fotocsúcsból származó jelek eltérő amplitúdóval jelentkeznek a harántfurat előtti és mögötti térrészekből a scintillátor hossztengelye mentén. A polírozott és diffúz felület említett kombinációjával, a fotocsúcs jelek a scintillátoron belüli keletkezési helyétől függetlenül, + 3%-nál kisebb

5

1

0

15

20

25

30

35

40

45

50

55

50

65

2

eltérésűre állíthatók be. A felületek számának és a polírozottból a diffúz felületekbe való átmeneti fokozatok számának növelésével a beállítás pontosabbá tehető, de négy fokozat alkalmazása után az elérhető javulás már nem mérhető, gazdaságilag nem realizálható a befektetett munka. A nukleáris detektálási hatásfok szempontjából előnyös kialakítású harántfuratos scíntillátornál a furatba 20 mikron falvastagságú alumínium-csövet építünk be a fényzárás biztosítására. Ugyanezen cső külső oldalát a nukleáris energia felbontóképesség szempontjából kedvező kialakításnál természetesen tükörfényesnek hagyjuk. A nukleáris, saját háttér szempontjából előnyös kialakítású scintillátor fotoelektronsokszorozóval ellentétes részét lekerekített éllel vagy csonkakúpban végződően alakítjuk ki. A scintillátor anyagának ilymódon való csökkentésével, az integrális háttér legalább egy impulzussal csökken másodpercenként és köbcentiméterenként. A anyageltávolítás mértékének illeszkednie kell a mérni kívánt maximális energiájú gamma fotonok felezőréteg vastagságához. Célszerű legalább két felező rétegnyi scintillátor anyagot biztosítani a harántfurat körül a kedvező detektálási hatásfok és háttér egyidejű feltételének kielégítéséhez. Meg kell jegyezni, hogy ezen műszaki intézkedések csak akkor eredményesek, ha a káliumtartalmat a scintillátor alapanyagban egy ppm alatti értéken tartjuk és a scintillátor ablakánál használt üveg hasonló szennyezettsége száz ppm alatti. Fontos továbbá, hogy a scintillátor és külső fémburkolata közötti térbe helyezett A120} por káliumtartalma se haladja meg a tíz ppm súlyarányt. A kényelmes mintabehelyezést eredményező megoldásnál a vízszintesen elhelyezkedő hossztengelyű és függőleges irányba állított harántfuratú scintillátort és a hozzá optikailag csatolt fotoelektronsokszorozót a legnagyobb mérni kívánt gamma energiájú sugárzás ólomra vonatkoztatott kétszeres felezőrétegének megfelelő árnyékolásba burkoljuk, így a mintabehelyező nyílás az asztal síkja felett négy felezőréteg plusz scintillátor átmérő magasságban lesz. Felhasznált anyag és árnyékolás hatékonyság szempontjából előnyös kialakításnál az árnyékolás egyes pontjaiban a szükséges ólomréteg vastagságát a teljes scintillátorban az izodózishoz elegendően kell megválasztani a legnagyobb mérni kívánt gamma energiára. Az ilyen módon kialakított árnyékolások előnye a korábbi, egyenvastagságúakkal szemben az, hogy lényegesen könnyebbek és mégis hatékony árnyékolást biztosítanak minden irányból. A kezelés szempontjából előnyös kivitelnél a detektorhoz változtatható erősítésű erősítő csatlakozik, amelyen gombok lenyomásával választhatók ki a leggyakrabban mérni kívánt radioaktív izotópokhoz szükséges erősítések és rendelkezik olyan üzemmóddal is, amelyben az erősítés folyamatosan szabályozható. A mérések megbízhatósága szempontjából előnyös kivitelnél a teljes nukleáris mérőcsatornára kiterjedő visszacsatolt erősítésű szabályozás kerül alkalmazásra, amely a fotoelektronsokszorozó dióda feszültségének olyan irányú változtatásával hat, hogy a mérni kívánt radioaktív izotóp fotocsúcsa a készülék kétcsatornás differenciál diszkriminátora által meghatározott tartományban szimmetrikusan helyezkedjen el. További, a mérések stabilitása szempontjából előnyös 3

-3-

1

183 662

kialakításnál a fotocsúcs helyzetének meghatározására a differenciál diszkríminátorok kimenetére kapcsolt előre vagy hátra számláló áramkör és hozzájuk kapcsolt D / A konverter üzemel, amely hosszabb idejű stabilitást eredményez, mintha e2t a feladatot analóg áramkörökkel valósítottuk volna meg. A teljes nukleáris mérőcsatornára kiterjedő erősítés szabályozás a készüléket nagymértékben védetté teszi a hálózat és a környezeti hőmérséklet ingadozásaiból származó kedvezőtlen hatások ellen. A mérési adatok értékelése szempontjából előnyös kivitelű készülék nagy stabilitású kvarc oszcillátorral kialakított háttérlevonó áramkört tartalmaz, amely alkalmas a mért adatok automatikus és folyamatos redukciójára a kezelő terhelése nélkül. A háttér levonó további előnye, hogy alkalmazásával a nukleáris árnyékolás is csökkenthető és így ezzel a készülékek súlya is kedvezően mérsékelhető. A kezelést egyszerűsíti az a logikai áramkör, amely a spektrum-stabilizátorban a fotocsúcson kívüli állapotot érzékeli és ilyen esetekben a mérést tiltja, továbbá a kezelőt figyelmezteti a hibára. A találmány szerinti megoldásnak megfelelő készüléket a leíráshoz mellékelt rajz segítségével részletesen is ismertetjük. Az ábrán a készülék elvi felépítését és kapcsolási elrendezését látjuk. A nukleáris mérőhely harántfuratos 1 scintillátora palástján polírozott és matt 2, 3 tartományokkal készül. A scintillátor harántfuratában a 4 fényzáró cső van, amely alumíniumból készül, 20 mikronnál vékonyabb fala van és ragasztással csatlakozik a scintillátor külső 5 burkolatához. A scintillátor és a külső 5 burkolat között 6 AI2O3 por helyezkedik eí. A scintillátor 7 ablakon keresztül csatlakozik optikailag a 8 fotoelektronsokszorozó felé. A 8 fotoelektronsokszorozó diódái 9 osztóláncra csatlakoznak, amelynek fotokatód oldali ága földön, anód oldali ága a nagyfeszültségű 10 tápegység kimenetére csatlakozik. A harántfuratos 1 scintillátor és a 8 fotoelektronsokszorozó, valamint a 9 osztólánc a l l nukleáris árnyékoló rendszerben helyezkedik el, amely a detektor szerelvény behelyezésére levehető 12 zárólappal és 13 mintabehelyező nyílással készül. A 8 fotoelektronsokszorozó anódja szabályozható erősítésű 14 erősítő bemenetére van kapcsolva. Az erősítés előre választható értékekre erősítés beállító 15 nyomógombokkal programozható, az erősítő visszacsatolásában elhelyezett ellenállások ki-be kapcsolásával. Az erősítés szabályozására azonban folyamatosan lehetőség van a szintén nyomógombbal bekapcsolható több fordulatú 16 pontenciométei segítségévei. Az erősítő kimenete az alsó 17 komparátor, a középső 18 komparátor és a felső 19 komparátor fázisfordító bemeneteire van kapcsolva. NÍíg a középső 18 komparátor azonos fázisú bemenete a földpotenciálra van kapcsolva, a felső 19 komparátor és az alsó 17 komparátor azonos fázisú bemeneti pontjai a csatornafeszültség 20 erősítő azonos értékű de ellentétes polaritású kimeneteire csatlakoznak. A csatornafeszültség beállítása a csatornafeszültség beállító 21 potenciométerrel történik. A komparátorok kimenetei 22, 23, 24 monostabil jelformálókra csatlakoznak, amelyeknek jellemzője az, hogy a felső és középső komparátorokhoz kapcsolódók kétszer hosszabb jelet

2

szolgáltatnak, mint az alsó komparátorhoz kötött, amely 2—3 mikrosecundumos jelet ad. A 22, 23, 24 monostabil jelformálók kimenetei a spektrum-stabilizátor és a számlálást vezérlő 25 logi5 kai áramkör megfelelő bemeneteire csatlakoznak. A spektrum-stabilizátor párhuzamos vezérlésű, átvitelt biztosító 26 előszámlálóval (1:256 osztású) és dekádikus 27, 28 számlálókkal épül fel. A 26 előszámláló bemenete közös spektrum-stabilizátor és a számlálást 10 vezérlő 25 logikai áramkör nukleáris jelkimenetével. Ugyanennek előre-hátra számlálást vezérlő kapcsa a számláló vonatkozó bemenetére van kötve. A dekádikus 27 és 28 számlálók is ugyanezen vezérlő jelek fogadására vannak kialakítva. A dekádikus 27 és 28 15 számlálók kimeneteihez 29, 30 számkijelzők és 31, 32 D / A átalakítók csatlakoznak. A 31, 32 D / A átalakítók kimenetei a spektrum-stabilizátor 33 teljesítményerősítőjének bemenetére csatlakoznak. A 33 teljesítményerősítő kimenete közös nagyfeszültségű 10 táp20 egység szabályozó bemenetével, továbbá a fotocsúcson kívüli állapotot 34 érzékelő áramkörrel, amelynek kimenete a spektrum-stabilizátor bemenetére van kötve. 25

30

35

40

45

50

55

60

4

-4-

A ferrorezonáns 35 hálózati előstabilizátor szekunder oldalára egy 36 feszültségkétszerező áramkör csatlakozik, amelynek kimenete hőkompenzált 37 áramgenerátorhoz csatlakozik. A hőkompenzált 37 áramgenerátor ellenálláson keresztül csatlakozik egy 38 szabályozó erősítőhöz, amelynek bemenete közös a 33 teljesítményerősítő kimenetével. A 39 kvarc oszcillátor kimenetéhez egy 40 előosztó vaa kapcsolva, amelynek kimenete a 41 időszámláló áramkör bemenetére csatlakozik. A 41 időszámláló a 42 időelőválasztó program-kapcsolóval és 43 időkijelzővel van összekötve. A 44 háttérlevonó számláló egyik bemenete a 39 kvarc oszcillátor kimenetéhez, törlést indító bemenete a 40 előosztó kimenetéhez, számlálási program bemenete a 45 előválasztó kimenetéhez csatlakozik. A 44 háttérlevonó számláló kimenete a 46 osztó bemenetével közös. A 46 osztó rácsatlakozik a háttérlevonó és számlálást, időzítést vezérlő 47 logikai áramkörhöz. A 47 logikai áramkör kimenete össze van kapcsolva a mérést indító 48 nyomógombbal és a 49 impulzus számlálóval, amelynek bemenetére az 50 előválasztó, kimenetére az 51 kijelző csatlakozik. A 47 logikai áramkör egyik bemenete össze van kapcsolva a 25 spektrum-stabilizátor és számláló vezérlő logikai áramkör kimenetével, kimenete pedig a 41 időszámláló bemenetével. A találmány szerinti nukleáris mérőhely üzemeltetése a fenti kapcsolási elrendezés alapján az alábbiak szerint történik: A vizsgálati célból harántfuratos 1 scintillátorba helyezett radioaktív mintából kilépő gamma fotonok a 4 fényzáró csövön áthaladva a scintillátor anyagával kölcsönhatásba lépnek és energiájuk leadása során abban fényvillanásokat keltenek, melyek amplitúdója arányos a foton energiájával. A felvillanások észlelésére egy 8 fotoelektronsoks,:orozót alkalmazunk, amely a 7 ablakon keresztül csatlakozik az 1 scintillátorhoz. A felvillanásokból teljes térszögben, homogén eloszlással lépnek ki a látható és az ibolyántúli tartományban lévő fotonok, amelyek egy része közvetlenül a 7 ablakra esve kelt

1

183662

elektromos jelet. A nem ablak irányában haladó fotonok hasznosítására a scintillátort 6 AhOj porral vesszük körül, amely jó fényvisszaverő tulajdonsággal rendelkezik, így jelentősen növelni lehet a hasznosítható fotonok számát. A scintillátoron belül különböző helyekről eltérő a detektálható fotonok száma, azonos gamma-gerjesztés esetén. Például a harántfuratos 1 scintillátoroknál, a furat nem 7 ablak felőli oldalán keletkezett fénynek alig 70%-a jut el a fotoelektronsokszorozóra. A geometria-függőség következtében az azonos energiájú gamma fotonok által keltett jelek széles tartományban helyezkednek el. A találmány szerinti megoldás azon a felismerésen alapul, hogy az 1 scintillátor felületének optikai tulajdonságai határozzák meg a fényvisszaverő anyagokkal elérhető fény-hozam nyereséget. Polírozott felületek alkalmazásával a fény-hozam csökkenthető, míg matt felületek esetén növekszik. Ha például a harántfuratos 1 scintillátor a 7 ablak és 4 fényzáró cső által határolt palást szakaszát etilén-glikol oldószer jelenlétében szarvasbőrrel polírozzuk és a palást többi részeit például 400-as finomságú csiszolóporral kezeljük, az azonos energiájú gamma fotonok által keltett jelek geometriai függőségét, a homogén felületi kikészítésnél tapasztalthoz viszonyítva csökkenteni lehet. Az ilyen módszerrel előállitott harántfuratos scintillátorok nukleáris energia felbontóképessége 1—2%-kal megközelíti a koaxiális üreg elrendezésűekét. így lehetővé válik a scintillátor tengelyének horizontális elrendezése és kényelmesen kezelhető asztali mérőhelyek kialakítása. A nukleáris háttér sugárzás hatásának csökkentés céljából a 11 nukleáris árnyékoló rendszerrel vesszük körül a harántfuratos 1 scintillátort, a 8 fotoelektronsokszorozót és a hozzátartozó 9 osztóláncot. Az előbbiek az árnyékolásba a 12 zárólap eltávolítása után helyezhetők be. A minta behelyezésére minta-behelyező 13 nyílás szolgál. A 11 nukleáris árnyékolás vastagsága úgy van kialakítva, hogy felületének bármely pontjáról, azonos aktivitású radioaktív forrás azonos dózist ad a teljes scintiliátornak. Ilyen felületek meghatározása kísérleti úton, vagy számítással végezhető el (a szakmában járatosak számára egyszerű feladat). Kivitelezés szempontjából a rendelkezésre álló technológiai lehetőségek szerint az ideális felület tetszőlegesen közelíthető a beépített anyag súlyának rovására az igények szerint. A 8 fotoelektronsokszorozó jeleit a szabályozható 14 erősítő, az erősítést beállító 15 nyomógombokkal vagy a több-fordulatú 16 potenciométerrel beállított értékkel erősíti. A jel-zaj viszony optimalizálása érdekében a detektor kimenőjeleit erősítés után a 17, 18, 19 komparátorokkal, 22, 23, 24 monostabil jelformálókkal, a csatorna feszültség 20 erősítővel és a spektrum-stabilizátor és számláló vezérlő (25) logikai áramkörrel kialakított amplitúdóanalizátorra juttatjuk. Ha 14 erősítő kimenetéről származó jelek a 17 alsó komparátor billentéséhez nem elegendőek, a logikai áramkör nem ad kimenőjelet a spektrum-stabilizátor számlálóinak, de a 47 logikai áramkörnek sem. Ha az alsó 17 komparátor megszólal, de a középső 18 komparátor nem, a 25 logikai áramkör hátraszámlálási utasítást ad a 26 előszámlálónak és a 27, 28

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

2

számlálóknak, és ugyanakkor számlálandó impulzust ad ugyanezeknek, továbbá a 47 logikai áramkörön keresztül a 49 impulzus-számlálónak. Ha a 17 alsó komparátor megszólal és a középső 18 komparátor is, a logikai áramkör előreszámlálási utasítást ad a 26 előszámlálónak és a 27, 28 számlálóknak; ugyanakkor számlálandó impulzust ad ki ugyanezeknek és a 47 logikai áramkörön keresztül a 49 impulzus számlálónak. Ha az összes 17, 18,19 komparátor megszólal, a 25 spektrum-stabilizátor és vezérlő logikai áramkör nem ad ki jeleket. A 26 előszámlálónak és a 27, 28 számlálóknak párhuzamos meghajtása van. Telítődésük esetén „carry" jelekkel is léptetik egymást előre és hátra számlálás esetén, (Ilyen üzemmódra például a National CD 4029 számláló-áramkörök alkalamasak.) A dekádikus 27, 28 számlálók kimeneteire kapcsolt 31—32 D/A átalakítók kimenőjeleinek 1:10 arányú súlyozott összegét képező 33 teljesítményerősítő kimenő feszültsége nem változik, ha azonos számú impulzus jelenik meg az alsó és középső, valamint a középső és felső diszkriminátorok kimenőjelet előidéző tartományában. A csatornák azonos szélességéről a csatorna feszültség 20 erősítő gondoskodik, szimmetrikus, de ellentett kimenő feszültségeivel, amelyek értéke a csatorna beállító 21 potenciométerrel állítható és a 17, 19 komparátorok megfelelő bemeneteire csatlakoztatható. A két csatornában akkor észlelhető azonos számú impulzus, ha a fotocsúcs szimmetrikusan helyezkedik el a középső komparátor által meghatározott billenési szint körül. Aszimmetrikus elhelyezkedés esetén, amelyet például a hőmérséklet változása okoz, a kimenőjel értéke a 33 teljesítményerősítőn megváltozik. A változás nyomonkövethető a 29, 30 kijelzőkön is. A 33 teljesítményerősítő kimenetéhez kapcsolt 34 érzékelő áramkör a szabályozási tartomány lineáris határainak túllépése esetén számlálást tiltó jelet ad a logikai áramkörre. A kiviteli példánál, ha például a 29, 30 kijelzőkön „05" vagy „95" érték jelenik meg, a fenti tiltást váltja ki a 34 érzékelő áramkör. Ez az elrendezés a kezelőt figyelmezteti a mérőrendszer megváltozott állapotára és egyidejűleg a hamis mérésre vezető tevékenységet automatikusan megakadályozza. A fotocsúcs helyzetének szabályozása a detektor 9 osztóláncára kapcsolt nagyfeszültségű 33 teljesítményerősítővel, negatív visszacsatolással megvalósított szabályozásával történik. A nagyfeszültséget ferrorezonáns hálózati 35 előstabilizátor szekunder körére kapcsolt 36 feszültségkétszerező állítja elő. A nagyfeszültség hőkompenzált 37 áramgenerátoron keresztül jut el a nagyfeszültségű 10 tápegység kimenetére. Erre a pontra néhány MOhm-os ellenálláson keresztül kapcsolódik a 38 szabályozóerősítő, amely meghajtását a 33 teljesítményerősítőről kapja. Az így kialakított visszacsatolt hurokban az erősítők fázisfordítása úgy van kialakítva, hogy ha az alsó csatorna felé csúszik a fotocsúcs, a nagyfeszültség értéke növekszik, azaz a felső csatorna irányába mozgatja azt; vagyis negatív visszacsatolás van. A készülék előre választható tartamú ideig vagy előre választott impulzus szám eléréséig terjedő mérésre programozható. Az időmérés jeleit egy 39 kvarc oszcillátor állítja elő, amelynek kimenetéhez 40 elő5

-5-

1

183662

osztó csatlakozik. A kivitelezett rendszerben a kvarc oszcillátor 100 kHz-es jeleket ad, a 40 előosztó pedig ezred másodpercenként formál kimenőjeleket. A 41 időszámláló, a 42 időválasztó kapcsolón beállított érték eléréséig számlálja az ezred másodperces jeleket, ha erre a vezérlő 47 logikai áramkör utasítást ad. Az eltelt idő a 53 kijelzőn jelenik meg. Az időszámláló nullázását a vezérlő 47 logikai áramkör végzi a mérésindító nyomógomb működtetése után. A 25 spektrum-stabilizátor és számláló vezérlő logikai áramkör nukleáris jel kimenete a vezérlő 47 logikai áramkörnek ad jeleket, ha azok a nukleáris csatornákra szimmetrikusan elhelyezkedő fotocsúcs állapotát felvették. Ilyenkor a 49 impulzusszámláló az 50 impulzuselőválasztón beállított érték eléréséig számlál és az eredményeket az 51 kijelzőn megjeleníti. A beállított impulzusszám elérése után jelet ad vezérlő 47 logikai áramkörnek, amely az időmérést leállítja. A számláló nullázását az időzítőhöz azonos módon a mérés-indító 48 nyomógomb működtetése indítja a vezérlő 47 logikai áramkörön keresztül. A 44 háttérlevonó számláló a háttérlevonás beállítón programozott érték eléréséig számlálja a 39 kvarc oszcillátor, esetünkben 100 kHz-es jeleit, a számlálás tartama alatt ugyanezen jelekkel tölti a 46 osztóáramkört, amely a kiviteli példa szerint l:1000-es osztást végez. A 40 előosztó kimenetéről származó ezred másodperces jelek periodikusan nullázzák a 44 háttérlevonó számlálót. Ha a 46 osztóáramkör ezer impulzust kap, kimenőjelet ad a vezérlő 47 logikai áramkörnek, amely ilyenkor a 49 impulzus-számlálónak hátraszámlálási utasítást és bemenetére egy impulzust ad, így eggyel csökkenti annak tartalmát. Mint látható, a nukleáris mérőhely növeli az orvosi felhasználhatóságot azáltal, hogy a hálózati feszültség és a környezeti hőmérséklet ingadozásaitól nagymértékben védetté tevő, a teljes nukleáris csatornára kiterjedő negatív visszacsatolású stabilizálást alkalmaz, s így fokozza a mérések megbízhatóságát. A kezelési kényelmet, a vízszintes elhelyezésű harántfuratos scintillátor növeli. A harántfuratos scintillátor felületének ismertetett optikai kialakítása tette lehetővé a kényelmesebb és ugyanakkor jó nukleáris energiafelbontóképesség biztosítását. A detektorárnyékolás kialakításánál alkalmazott izodózisra való méretezéssel a korábban elterjedten alkalmazott egyenvastagságú árnyékolásnál könnyebb és így olcsóbb, egyszerűbben szállítható konstrukció alakult ki. A differenciáldiszkriminátor rendszer a szokásosnál kevesebb elemmel épül fel, így fokozza az üzembiztonságot. A spektrum-stabilizátor hibás működésénél a méréseket tiltó áramkör fokozza a rendszer által szolgáltatott diagnosztikai értelemben vett megbízhatóságot. A detektor tápfeszültségét szolgáltató egység a fejlődő országokban is könnyen javítható módon van kialakítva, a teljes nukleáris csatornára kiterjedő szabályozás miatt, pedig az alkatrészek cseréjére alig érzékeny az áramkör. A kvarc oszcillátorú idő, alap és háttér levonórendszer egy elemmel két áramkör stabilitását növeli. A hálózati frekvenciától való ilyen függetlenítés jelentős műszaki hatású intézkedés azokban a fejlődő országokban, ahol gyakori a frekvenciaingadozás. A nukleáris mérőhelyben alkalmazott műszaki megoldásokkal a korábbiakhoz viszonyítva olcsóbban gyárt-

2

ható, nagyobb mérési biztonságot nyújtó, kényelmesebben kezelhető és egyszerűbben javítható rendszert sikerült előállítani. 5

Szabadalmi igénypontok

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

l. Nukleáris mérőhely orvosi vizsgálatokhoz radioaktív minták gamma intenzitásának mérésére, nukleáris csatorna-stabilizálással, háttérlevonással, valamint vízszintes elhelyezésű harántfuratos scintillátorral, azzal jellemezve, hogy a nukleáris mérőhely harántfuratos scintillátorának (1) palástja polírozott és matt tartományokkal (2, 3) rendelkezik, harántfuratában fényzáró cső (4) van elhelyezve, amely ragasztással csatlakozik a scintillátor (1) külső burkolatához (5), míg a scintillátor és a burkolat (5) között AI2O3 por van, a scintillátor (1) pedig ablakon (7) keresztül optikailag fotoelektronsokszorozóra (8) csatlakozik; a fotoelektronsokszorozó (8) diódái osztóláncra (9) csatlakoznak, amelynek fotókatód oldali ága földelve van, míg anódoldali ága nagyfeszültségű tápegység (10) kimenetére van kötve, a berendezés pedig zárólappal (12) és mintabehelyező nyílással (13) ellátott nukleáris árnyékoló rendszerben (11) van elhelyezve; a fotoelektronsokszorozó (8) anódja szabályozható erősítő (14) bemenetére, az erősítő másik bemenete nyomógombra (15), harmadik bemenete potenciométerrel (16) csatlakozik, az erősítő (14) kimenete alsó komparátor (17), középső komparátor (18) és felső komparátor (19) fázisfordító bemeneteire van kötve, míg a középső komparátor (18) azonos fázisú bemenete földelve van; a felső komparátor (19) és alsó komparátor (17) azonos fázisú bemenetei csatornafeszültség-erősítő (20) kimeneteivel vannak öszekötve; az utóbbi bemenetére potenciométer csatlakozik; a komparátorok kimenetein monostabil jelformálók (22, 23,24) bemenetére csatlakoznak, s ugyanezen jelformálók kimenetei spektrum-stabilizátor és számlálást vezérlő logikai áramkör (25) megfelelő bemeneteivel vannak összekötve, ez utóbbi kimenetei pedig egyfelől előszámlálóra (26) és dekadikus számlálókra (27, 28) azok bemenetén csatlakoznak, míg további kimenete logikai áramkör (47) egyik bemenetével van összekötve; az előszámláló (26) bemenete közösítve van a logikai áramkör (25) nukleáris jelkimenetével, s ez utóbbi vezérlő bemenete a dekadikus számlálók (27, 28) bemeneteivel is össze vannak kötve, míg a dekadikus számlálók (27, 28) kimenetére számkijelzők (29, 30) és D / A átalakítók (31, 32) bemenetei csatlakoznak; a D / A átalakitók (31, 32) kimenetei ugyanekkor a logikai áramkör (25) teljesítményerősítőjének (33) bemeneteivel vannak összekötve, a teljesítményerősítő (33) kimenete pedig közösítve van egyrész a tápegység (10) szabályozó bemenetével, továbbá érzékelő áramkör (34) bemenetével, amelynek kimenete a logikai áramkör (25) egyik bemenetére csatlakozik; hálózati előstabilizátor (35) szekunder oldalára feszültségkétszerező áramkör (36) van kötve, amelynek kimenete áramgenerátor (37) bemenetével van összekötve, s ez utóbbi ellenálláson át szabályozó erősítő (38) bemenetével van összekötve, amely utóbbinak bemenete a teljesítményerősítő (33) kimenetével van közösítve; a berendezésbe épített kvarc oszcillátor (39) kimenete előosztó áramkör (40) bemenetére, ez

6

-6-

1

183 6 6 2

2

egyik kimenetével, míg a logikai áramkör (47) egyik utóbbi kimenete időszámláló áramkör (41) bemenetékimenete időszámláló áramkör (41) bemenetére csatre, az időszámláló áramkör (41) kimenete pedig időkilakozik ; a logikai áramkör (47) további kimenete imjelzőre (43) csatlakozik, mimellett az időszámláló pulzusszámláló (49) egyik bemenetével van összekötáramkör (41) egyik bemenete előválasztó program5 ve, az impulzusszámláló (49) másik bemenetére imkapcsolóval (42) van összekötve; a kvarc oszcillátor pulzus előválasztó (50) kimenete csatlakozik, végül az (39) és előosztó áramkör (40) kimeneteire háttérlevoimpulzusszámláló (49) kimenete kijelzőre (51) és a lonó számláló (44) egy-egy kimenete csatlakozik, míg a gikai áramkör (47) harmadik kimenete nyomógombra háttérlevonó számláló (44) bemenete előválasztó (48) csatlakozik. áramkör (45) kimenetével van összekötve; a háttérle2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakvonó számláló (44) egyik kimenete osztóáramkör (46) 10 ja, azzal jellemezve, hogy a harántfuratos scintillátorbemenetére, ez utóbbi kimenete pedig további logikai nak (1) az ablak (7) és a fényzáró cső (4) által határolt áramkör (47) bemenetére csatlakozik, a logikai árampalást-szakasza fényezve, a palást többi szakasza kör (47) egyik bemenete össze van kapcsolva a spektmatt-felülettel van kiképezve. rum-stabilizátor és számláló logikai áramkör (25) 1 db ábra

7

-7-

183662 NSZOJ: G 01 T 1/161

Kiadja az Országos Találmányi Hivalal A kiadásért felel: Himcr Zoltán osztályvezető Megjelent: a Műszaki Könyvkiadó gondozásában 86-675 — Szegcdi Nyomda

-8-