Sestava optického vláknového dozimetru

0566647 - ÚPT 2023 RIV CZ cze L - Prototyp, funkční vzorek
Mikel, Břetislav - Jelínek, Michal - Matěj, Z. - Košťál, M.
Sestava optického vláknového dozimetru.
[Optical fibre dosimeter assembly.]
Interní kód: APL-2022-29 ; 2022
Technické parametry: Citlivost měření dozimetru v různých kombinací komponent: čtyři různá křemíková multimódová optická vlákna o průměru od 0,4 mm do 1,5 mm s NA 0,37 a 0,5, čtyři senzory záření gama se scintilačními krystaly (LYSO(Ce), LaBr3(Ce), CaF2(Eu) a NaI(Tl)), dva různé scintilační detektory záření: jednofotonový čítač a fotonásobič, je od 0.18 cps/kBq do 2.89 cps/kBq s maximální délkou optického vlákna 30 m.
Ekonomické parametry: Funkční vzorek realizovaný při řešení grantu, s předpokladem smluvního využití s vědeckým a ekonomickým přínosem i po jeho ukončení. Kontakt: Ing. Břetislav Mikel, Ph.D., mikel@isibrno.cz.
Grant CEP: GA MV(CZ) VI20192022116
Institucionální podpora: RVO:68081731
Klíčová slova: gamma radiation measurement * silica optical fibres * dosimetry * fibre sensors * ionising radiation detection
Obor OECD: Electrical and electronic engineering

V jaderných elektrárnách, urychlovačích částic a dalších jaderných zařízeních má měření úrovně ionizujícího záření gama zásadní význam pro bezpečnost a řízení provozu a ochranu životního prostředí. V mnoha případech však není možné nepřetržitě monitorovat ionizující záření přímo na požadovaném místě. Důvodem je obvykle buď nedostatek prostoru pro umístění celého dozimetru, nebo prostředí s vysokou aktivitou ionizujícího záření, elektromagnetickým zářením a teplotou, což výrazně zkracuje životnost elektroniky. Abychom umožnili měření záření v takových scénářích, navrhli jsme dozimetr s optickými vlákny, který zavádí spojení optických vláken pro přenos záření mezi snímačem ionizujícího záření a detektory. Senzory tak mohou být umístěny v prostorově omezených a elektronicky nepříznivých lokalitách. Použili jsme křemenná optická vlákna, která odolávají vysokým dávkám záření, vysokým teplotám a elektromagnetickému rušení. K detekci vysílaného scintilačního záření používáme čítač jednotlivých fotonů a fotonásobič. Ukázali jsme, že vybraná optická vlákna v kombinaci s různými scintilačními materiály jsou vhodná pro měření úrovní záření gama v řádech stovek kBq. Představujeme architekturu dozimetru a jeho experimentální charakterizaci s několika kombinacemi optických vláken, detektorů a scintilačních krystalů.

In nuclear power plants, particle accelerators, and other nuclear facilities, measuring the level of ionising gamma radiation is critical for the safety and the management of the operation and the environment’s protection. However, in many cases, it is impossible to monitor ionising radiation directly at the required location continuously. This is typically either due to the lack of space to accommodate the entire dosimeter or in environments with high ionising radiation activity, electromagnetic radiation, and temperature, which significantly shortens electronics’ lifetime. To allow for radiation measurement in such scenarios, we have designed a fibre optic dosimeter that introduces an optical fibre link to deliver the radiation between the ionising radiation sensor and the detectors. The sensors can thus be placed in space-constrained and electronically hostile loca-tions. We used silica optical fibres that withstand high radiation doses, high temperatures, and electromagnetic interference. We use a single photon counter and a photomultiplier to detect the transmitted scintillation radiation. We have shown that selected optical fibres, combined with different scintillation materials, are suitable for measuring gamma radiation levels in hundreds of kBq. We present the architecture of the dosimeter and its experimental characterisation with several combinations of optical fibres, detectors and scintillation crystals.
Trvalý link: https://hdl.handle.net/11104/0337960