Обзор    
форума

Военные дозиметры

Профессиональные дозиметры





> Найдено сообщений: 580
Antony Отправлено: 09 Июля, 2020 - 12:38:23 • Тема: Дозиметр-радиометр ДКГ-17Р "Эксклюзив" • Форум: Российские современные дозиметрические приборы

Ответов: 4
Просмотров: 640
В обзоре допустил ошибку в марке счётчика: в приборе стоит счётчик "Бета-1", а не "Бета-2"
Antony Отправлено: 02 Июля, 2020 - 13:42:05 • Тема: Программное обеспечение BecquerelMonitor • Форум: Низкофоновая радиометрия

Ответов: 153
Просмотров: 14644
P.S. в дополнение к ответу ув. Madmax: полученные при калибровке коэффициенты справедливы для температуры окружающей среды в ходе этой калибровки. Суточные колебания температуры воздуха заметно сказываются на спектрограммах, поэтому наилучший вариант - проводить калибровку каждый раз перед анализом образцов.
Antony Отправлено: 01 Июля, 2020 - 18:32:16 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
Чтобы вытащить "математику" из дозиметров, не обязательно насиловать счётчик: есть возможность имитировать его разряды подачей на соответствующие входы счётной схемы импульсов с заданной частотой. Если нет лабораторного генератора, то можно использовать чудесные самоделки трудолюбивых китайцев:

Модуль генератора сигналов с регулируемой ШИМ, частота варьируется от 1 Гц до 150 кГц.
Изделие с дисплеем можно купить за 100...200 рублей с доставкой, пример можете посмотреть здесь:

https://aliexpress.ru/item/32867...0.274233edelvQ07
Antony Отправлено: 28 Июня, 2020 - 23:27:46 • Тема: Дозиметр-радиометр бытовой "СОСНА +" • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 6
Просмотров: 204
Behram, благодарю!

 Behram пишет:
Отличный проект.
КМК, при таком большом размере платы, можно было бы сделать 4 отдельных канала счета импульсов, от каждого счетчика отдельно. Пропала бы проблема наложений импульсов.
Замечание справедливо, до этого ещё дойдём в будущих конструкциях.
В этом исполнении всё сливается в один канал для удобства организации звукового сопровождения регистрируемых квантов.
Кстати, щелчки по звуку очень сильно похожи на щелчки из ДП-5. При увеличении интенсивности излучения щелчки сливаются в характерный "звенящий скрежет".
Antony Отправлено: 28 Июня, 2020 - 22:42:58 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
Круто, +1 в копилку знаний о работе со счётчиками "Бета 1-1", так скоро и все параметры инженерного меню МКС-01СА1М раскусим ))
Antony Отправлено: 28 Июня, 2020 - 22:37:07 • Тема: Дозиметр-радиометр бытовой "СОСНА +" • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 6
Просмотров: 204
 fluhegehinmen пишет:
Прибор подкупает простотой и функционалом. А за счет чего удалось снизить статистическую погрешность?


Главным образом, за счёт увеличения времени экспозиции и применения параллельного счёта.

Одновременно стартует измеритель времени и счётчик импульсов. По ходу времени производится поправка на собственный фон счётчиков. Как только набирается количество "истинных" импульсов, нужное для установленной точности, измеритель времени останавливается и производится коррекция мертвого времени со статистической режекцией наложений. Если часть счётчиков неисправна, то алгоритм всех коррекций это учитывает.

В отличие от классического алгоритма подсчёта импульсов за жёстко заданный временной интервал, здесь оба параметра вариативны.

Как только нужное количество импульсов набирается меньше, чем за 1/2 секунды, то алгоритм фиксирует время на этой отметке, позволяя набрать большее количество импульсов и тем самым уменьшая статистическую неопределённость результата. Сделано это чисто из физиологических возможностей человека: показания с частотой обновления более 2 Гц уже не воспринимаются зрением и памятью.

Самая большая сложность состояла в ограниченных возможностях разрядности математических операций и в том, что все эти операции всегда должны выполняться за строго одинаковый временной интервал. С этой целью даже управление жидкокристаллическим дисплеем возложено на аппаратную часть (для сегментов ЖКИ нужна смена полярности сигнала с частотой 30...50 Гц, иначе кристаллы начнут деградировать).
Antony Отправлено: 28 Июня, 2020 - 19:31:09 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
SuperCellSky, сделайте пожалуйста ось абсцисс в логарифмическом масштабе. Увидим самое интересное - то, что спрятано в околонулевых значениях.
Antony Отправлено: 28 Июня, 2020 - 19:19:32 • Тема: Дозиметр-радиометр бытовой "СОСНА +" • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 6
Просмотров: 204
Да, конструкция довольно удачная и практичная, вот и решил дать вторую жизнь этим приборам. "Сосны" до сих пор в ходу у радиофилов и радиофобов, но в подавляющем большинстве случаев они уже побывали в ремонте как минимум с заменой электролитов и ЖКИ.

В плане статистической погрешности удалось превзойти РКС-01 "Стора-ТУ", но приходится жертвовать временем.

Если будут желающие переоборудовать свою "Сосну", то пишите в л/с. Печатных плат заказывал небольшую партию, детали тоже есть - сделаем новые внутренности Вашим "Соснам".
Antony Отправлено: 27 Июня, 2020 - 17:34:18 • Тема: Дозиметр-радиометр бытовой "СОСНА +" • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 6
Просмотров: 204

ДОЗИМЕТР-РАДИОМЕТР БЫТОВОЙ «СОСНА +»





Дозиметр-радиометр бытовой «СОСНА +» (далее прибор) создан в 2020 году на базе конструкции дозиметра-радиометра бытового АНРИ-01-02 «Сосна» и АНРИ-01 «Сосна». Прибор является любительской конструкцией (не ориентирован на серийное производство) и предназначен для оценки радиационной обстановки, а также поиска радиационных аномалий населением в быту. Основной упор в усовершенствовании базовой модели сделан на значительное улучшение метрологических характеристик, расширение диапазона регистрируемой мощности экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения, повышения показателей надёжности и энергосбережения.


Внутренности прибора выглядят так:



Прибор позволяет оценивать МЭД гамма-излучения, обнаруживать присутствие источников бета-частиц и осуществлять поиск источников ионизирующего излучения.

Результаты, полученные с помощью данного прибора, не могут использоваться для официальных заключений о радиационной обстановке и степени загрязнения.


Технические характеристики




Устройство прибора


Включение и выключение прибора производится правым переключателем «ВКЛ», а именно смещением его ручки влево и вправо соответственно.

Питание прибора осуществляется от батареи «Крона» с напряжением 9 Вольт. При разряде батареи и достижении её напряжения критического значения 7,3 Вольт на жидкокристаллическом индикаторе (далее: дисплее) индицируется "РАЗР" и звучит прерывистый звуковой сигнал. Контроль питающего напряжения происходит постоянно на протяжении всего времени, пока прибор включен. Схемотехнически в приборе предусмотрена защита от подачи напряжения обратной полярности во время присоединения элемента питания.

При включении прибора звучит короткий сигнал и для визуального контроля исправности дисплея на 3 секунды отображаются все его сегменты: "8.8.8.8".

Далее на дисплее индицируются символы "- - - -" и происходит проверка работоспособности каждого газоразрядного счётчика. Счётчик считается исправным, если в течение 1 минуты от него поступит хотя бы один импульс. Если такой импульс поступает, то прибор, не дожидаясь окончания этой минуты, переходит к проверке следующего счётчика. При успешном прохождении проверки каждого счётчика на дисплее в соответствующих позициях отображается квадрат. Если исправны все счётчики, то проверка оканчивается 2-х секундной индикацией символов " о о о о ".

Индикация состояния каждого счётчика соответствует нумерации счётчиков слева направо, если смотреть на них с тыльной стороны прибора через шторку, петли которой крепятся к верхней части корпуса.

Если в ходе проверки обнаруживаются неисправные счётчики, то в соответствующих позициях символы дисплея не сменяются, а по окончанию проверки в течение не менее 5 секунд будет звучать прерывистый сигнал. Например, неисправным оказался счётчик №3, а счётчики №1, 2 и 4 исправны, в таком случае отобразятся символы " о о - о ".

Прибор сохраняет свою работоспособность и метрологические характеристики даже при одном исправном счётчике, адаптируя алгоритмы обработки. Конструктивно съём сигналов организован с анодов счётчиков, что значительно снижает восприимчивость прибора к электромагнитным наводкам по сравнению со схемой съёма сигнала с катодов счётчиков.

По окончанию самопроверки прибор приступает к оценке МЭД, а на дисплее визуализируется шкала прогресса, заполняемая сегментами в количестве от одного до восьми делений. Чем ближе цикл измерения к завершению, тем больше сегментов появляется в шкале прогресса. По завершению одного цикла на дисплее визуализируется результат, выраженный в «мР/ч», звучит короткий сигнал и стартует новый цикл.

Неопределенность значения МЭД по умолчанию (в основном режиме) составляет не более 15% при доверительной вероятности 95%.

В приборе предусмотрен режим экспресс-оценки, при котором длительность измерения сокращается в 4 раза по сравнению с основным режимом, при этом неопределенность значения мощности дозы составляет не более 30% при доверительной вероятности 95%.

Переключение между основным режимом и режимом экспресс-оценки производится кнопкой «КОНТР». Если выбран режим экспресс-оценки, то на шкале прогресса присутствуют три децимальных разделителя " . . . "; в основном режиме эти децимальные разделители на шкале прогресса отсутствуют.

Алгоритм обработки сигналов, поступающих от счётчиков, позволяет автоматически сокращать длительность цикла оценки МЭД с увеличением интенсивности ионизирующего излучения, при этом частота обновления показаний на дисплее увеличивается, а неопределённость результата измерения по-прежнему не будет превышать 15% в основном режиме и 30% в экспресс-режиме при доверительной вероятности 95% в каждом случае. Максимальная частота обновления показаний составляет 2 раза в секунду и достигается при уровнях МЭД выше 6 мР/ч в основном режиме и выше 1,5 мР/ч в экспресс-режиме. При уровнях МЭД выше 6 мР/ч основной режим и режим экспресс-оценки становятся идентичными, а статистическая точность оценки МЭД увеличивается и при 50 мР/ч не превосходит уже 7%.

Указанные неопределённости результатов оценки МЭД при заданной доверительной вероятности гарантированы в диапазоне регистрируемых значений МЭД 0,005 – 50,00 мР/ч. При дальнейшем увеличении МЭД от 50 мР/ч до 100 мР/ч возможно незначительное увеличение погрешности результата оценки из-за снижения питающего их высоковольтного напряжения. По достижению МЭД значения 100 мР/ч и выше на индицируются символы " - П П - ", что свидетельствует о превышении верхнего предела диапазона регистрируемых значений МЭД.

Алгоритм обработки данных с детекторного узла при любом количестве исправных счётчиков (от 1 до 4) позволяет производить полноценную коррекцию собственного фона и мёртвого времени задействованных счётчиков, а также вызванных параллельным счётом наложений. Прибор калиброван для значений МЭД, создаваемой источником Cs-137. В случае, если источник ионизирующего излучения имеет другой изотопный состав, то отклонение результата оценки МЭД гамма-излучения в диапазоне энергий 0,05- 1,25 МэВ не превысит 30% от истинного значения.

Каждая зарегистрированная прибором частица озвучивается характерным щелчком. В поисковых задачах при перемещении прибора в пространстве можно ориентироваться по частоте следования звуковых щелчков и скорости заполнения шкалы прогресса. При низких значениях мощности дозы гамма-излучения в поисковых целях предпочтительнее использовать режим экспресс-оценки. Для удобства эксплуатации при высоких интенсивностях ионизирующего излучения, вызывающих обновление показаний каждые 2 секунды и чаще, звуковой сигнал окончания цикла и шкала прогресса отключены: оператор может видеть на дисплее только меняющиеся показания и слышать только щелчки, вызываемые регистрацией частиц.

Всё звуковое сопровождение можно отключить левым переключателем «МД Т», переведя его в левое положение, и, наоборот – включить, переведя его в правое положение.

Прибор позволяет остановить текущий цикл измерения и начать цикл заново при помощи кнопок «СТОП» и «ПУСК» в трёхкнопочном исполнении и при помощи кнопки «ПУСК/СТОП» в двухкнопочном исполнении. При остановке текущего цикла измерений на дисплее визуализируется символы " - - ".

Последовательное нажатие кнопок «СТОП» (или «ПУСК/СТОП») и «КОНТР» приводит к визуализации на дисплее служебной информации с последующим через 3 секунды запуском нового цикла.

Для обнаружения источников бета-частиц необходимо сопоставлять показания прибора с открытой и закрытой задней металлической крышкой. Если показания прибора с открытой крышкой устойчиво превосходят показания с закрытой крышкой (с учётом статистической неопределённости каждой величины), то такая разница обуславливается наличием источников бета-частиц на контролируемой поверхности. Чем больше эта разница, тем выше плотность потока бета-частиц.


Таблица соответствия показаний прибора





Документация в формате PDF доступна здесь:

Дозиметр-радиометр бытовой «СОСНА+», техническое описание, версия от 25.06.2020. СКАЧАТЬ.
Antony Отправлено: 22 Июня, 2020 - 23:31:58 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
fluhegehinmen, возражений нет, но пока что нужно время на "общественное апробирование". Давайте хотя бы несколько месяцев подождём, я свои оплошности подчищу, местами материал дополню и изложу яснее с учётом пожеланий наших опытных читателей.
С тем же мёртвым временем, несмотря на математическую простоту, довольно трудно проводить умозрительный анализ, поскольку смысл коррекции заключается в укорочении времени, а результат проявляется в коррекции количества импульсов.

Плюс, есть планы написать ещё несколько важных глав в июле, темы которых просты, но выводы окажутся совсем неожиданными. Там же будет серьёзное обоснование того, что в главе 2 допущено некоторое легкомыслие для простоты изложения, в реальности же ситуация ещё сложнее.
Antony Отправлено: 21 Июня, 2020 - 14:10:16 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
Zverozavr, всё верно.
Лучшим вариантом в таком случае будет выбор времени измерения, при умножении которого на собственный фон получится целое число. Это позволит избежать неопределенности в плюс-минус единицу за счёт округлений. Ну и не забывайте пожалуйста перепроверять величину собственного фона для каждого счётчика.

В крайней редакции статьи обнаружена ещё одна досадная и принципиально грубейшая ошибка: вместо термина "функция распределения вероятностей" следует пользоваться термином "плотность распределения вероятностей". В ближайшее время мы это исправим.
Antony Отправлено: 20 Июня, 2020 - 17:21:41 • Тема: Аварийная радиопередающая станция "АВРА-45" (изделие "Песец") • Форум: Гражданские и специальные средства связи

Ответов: 5
Просмотров: 244
Супер!!! Комплект для подъёма антенн продуманный, нигде таких не видел.
Antony Отправлено: 19 Июня, 2020 - 13:40:15 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
Исходный материал был отредактирован: устранены неточности и описки, неправильные заключения во второй главе, более подробно приведена процедура коррекции показаний с учётом собственного фона и мертвого времени.

Всем спасибо за критические замечания!

Актуальный материал:
Статистическая обработка данных в дозиметрах и радиометрах. Пособие для начинающих. Версия от 19.06.2020. Скачать
Antony Отправлено: 18 Июня, 2020 - 11:01:33 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056
Madmax, благодарю за внимательность!

С увеличением напряжения питания в пределах участка плато мертвое время уменьшается, а скорость счёта увеличивается. У счётчика СБМ20 изменение этих параметров в конце плато может достигать 10...15% по сравнению со значениями в начале плато.
Antony Отправлено: 17 Июня, 2020 - 15:50:31 • Тема: Статистическая обработка в любительских дозиметрах • Форум: Самодельные дозиметрические приборы

Ответов: 26
Просмотров: 1056

Статистическая обработка данных в дозиметрах

и радиометрах. Пособие для начинающих




Письмо на Балабановскую спичечную фабрику:
"Здравствуйте, я 11 лет считаю спички у вас в коробках - их то 59, то 60, а иногда и 58. Вы там сумасшедшие что ли все?"


Введение


Меня частенько спрашивают: «Ваш дозиметр точный?». Я всегда отвечаю «Да», потому что с таким же успехом можно сказать «Нет», но всё же первый ответ людей обнадёживает. Парадоксально, но в этом разговоре оба собеседника не могут объяснить суть вопроса и ответа…

В этой статье я постараюсь доходчиво изложить математические основы обработки данных в любительской дозиметрии, а также объяснить, почему наблюдается чудовищный разброс значений при определении естественного радиационного фона (ЕРФ) многими приборами как бытового, так и профессионального назначения, позволяющими получить результат за типичные 35…45 секунд. Уверен, что некоторые подробности удивят даже специалистов с учёной степенью, поскольку большинство приборов со статусом «средство измерения» и стопками разнообразных сертификатов, увы, попросту «дурят» своими показаниями простых граждан.

Материал рассчитан на людей, успешно окончивших среднюю общеобразовательную школу. Читателям же с высшим инженерным образованием представленные примеры помогут освежить в памяти понимание терминов, чтобы сконцентрироваться именно на тонкостях статистической обработки применительно к дозиметрии.


Глава 1. Математическое ожидание и правило трёх сигм – это норма!!!


Первое, с чего следует начать, так это раз и навсегда запомнить фразу: "Радиоактивный распад – это процесс, которому присущ вероятностный характер!!!" Закройте глаза и трижды повторите эту магическую фразу.

Мощность дозы, которую мы собираемся контролировать, является случайной величиной: у неё нет какого-то одного четко зафиксированного значения. Даже если у нас на руках будет фантастический «самый точный» дозиметр-радиометр (с нулевыми погрешностями), то каждый раз он будет показывать разные значения. Любое из полученных значений будет соответствовать истине, поскольку на момент одного измерения исследуемая величина имела одно значение, а на момент другого измерения – другое. Ну а учитывая, что реальные дозиметры обладают ещё и собственными погрешностями, то дело принимает серьёзный оборот!!!

Если мы возьмём лист бумаги и начнём записывать все полученные результаты (как тот самый мужик, что 11 лет считал количество спичек в коробках), то сможем заметить, что некоторые близкорасположенные значения встречаются часто, а другие – реже, причём чем больше разница между этими значениями, тем заметнее разница в частоте их появления. Зависимость частоты появления случайной величины от принимаемого этой величиной значения называется функцией распределения вероятности.

Самой известной функцией распределения вероятности является функция, описывающая нормальное распределение, которое также часто называют распределением Гаусса, или Гаусса-Лапласа. Такое оригинальное название «нормального распределения» говорит само за себя, даже знаменитая фраза Елены Малышевой «Это норма!» как раз из нашего случая. Нормальное распределение в окружающем нас мире встречается повсеместно: рост и масса людей (очень толстых и очень худых людей всегда меньше, чем людей с привычной массой, аналогично как и очень высоких и очень низких людей); размеры всех органов и конечностей биологических особей; износ напольных покрытий и тротуаров (в центре всегда сильнее, чем по краям); цены на один и тот же товар в разных магазинах; заработная плата граждан; продолжительность жизни существ и срок службы изделий; распределение прибылей и убытков в торговле и т.п. График функции нормального распределения имеет вид колоколообразной кривой.



Интуитивно понятно, что если мы усредним все имеющиеся в нашем распоряжении значения случайной величины, то получим среднее значение, которое будет встречаться чаще всех остальных. В теории вероятностей такое значение именуется математическим ожиданием. Смысл термина также заложен в его названии: если мы собираемся что-то измерить, то ожидаем появление именно этого значения. На приведенном выше графике оно обозначено греческой буквой «мю» и для роста людей составляет 175 см.

Величина, отложенная от математического ожидания в область как меньших, так и больших значений и обозначенная греческой буквой «сигма», называется средним квадратическим отклонением (устоявшаяся аббревиатура СКО), иногда его ещё называют стандартным отклонением.

Характерное свойство нормального распределения состоит в том, что:

  • 68,27% значений случайной величины расположены в «коридоре» ±1 сигма;
  • 95,45% значений случайной величины расположены в «коридоре» ±2 сигма;
  • 99,73% значений случайной величины расположены в «коридоре» ±3 сигма.

    Отсюда же происходит знаменитое правило «трех сигм»: если случайная величина распределена нормально, то абсолютная величина ее отклонения от математического ожидания не превосходит утроенного СКО. Таким образом, профессор и отличный специалист своего дела Елена Васильевна Малышева в телепередаче «Жить здорово» говорит: «Это норма!» о тех величинах, которые мы сможем обнаружить в среднем хотя бы у одного человека, если из каждой 1000 человек будем обследовать 997 человек.



    Для нормального распределения следует сделать небольшую оговорку: оно подразумевает, что случайная величина непрерывная.

    При оценке характеристик радиоактивного распада нужно понимать, что распад может или произойти, или не произойти, - другого не дано! Следовательно, за некоторый промежуток времени распадов может произойти только целое количество, а случайная величина будет принимать только дискретные значения. Похожим на нормальное распределение, но описывающим именно дискретные случайные величины является распределение Пуассона. В строгой трактовке распределение Пуассона возникает при выполнении следующих условий:

  • Случайная величина может принимать только целые положительные значения, включая 0.
  • Распределение Пуассона описывает редкие события – вероятность двух (и более) событий на достаточно малом временном или пространственном интервале бесконечно мала по сравнению с вероятностью одного события. Это свойство называется ординарностью.
  • События должны быть статистически независимыми (во времени или пространстве).
  • Время (или пространство) должно быть однородным для изучаемых событий. В этом случае поток событий можно считать стационарным, т. е. не зависящим от начала отсчета временной или пространственной координаты.

    Таким образом, характеризовать интенсивность ионизирующего излучения (количество распадов за некоторый промежуток времени) более правильно именно параметрами распределения Пуассона, нежели нормального распределения.

    У распределения Пуассона есть одна замечательная присущая только ему особенность: математическое ожидание однозначно связано с СКО численным равенством:



    В относительных единицах СКО обычно обозначается греческой буквой «дельта»:



    Если распространить это условие и на нормальное распределение, то при увеличении значения математического ожидания довольно быстро формы графиков распределения начинают совпадать настолько, что уже при мю=10 практическую разницу между ними уже не заметить. В предельном случае (когда мю устремлено в бесконечность) оба распределения тождественны друг другу. Именно поэтому мы сможем воспользоваться правилом трёх сигм.

    Итак, предположим, что мы включили дозиметр и за минуту насчитали 25 импульсов. Полученное значение 25 имп/мин является оценкой случайной величины ЕРФ, а чему же точно равна эта случайная величина? Рассчитаем СКО: единицу делим на корень квадратный из 25 и получаем 0,2 или 20%. Применяем правило трёх сигм:

  • с вероятностью 68,27% случайная величина спряталась в «коридоре» ±1 сигма, то есть 25имп/мин ± 20%, или в абсолютных значениях между 20 и 30 имп/мин;
  • с вероятностью 95,45% случайная величина спряталась в «коридоре» ±2 сигма, то есть 25имп/мин ± 40%, или в абсолютных значениях между 15 и 35 имп/мин;
  • с вероятностью 99,73% случайная величина спряталась в «коридоре» ±3 сигма, то есть 25имп/мин ± 60%, или в абсолютных значениях между 10 и 40 имп/мин.

    Результат расчётов следует понимать так: мы получили математическое ожидание 25 имп/мин, но сама истинная случайная величина с указанными вероятностями может быть где угодно в пределах рассчитанных «коридоров». Вероятности для коридоров ±1 сигма, ±2 сигма и ±3 сигма называются доверительными интервалами. Пожалуйста имейте ввиду, что наша «спрятавшаяся» случайная величина может пребывать в любой точке указанных промежутков с одинаковой вероятностью.

    Получается, чем уже «коридор», тем с меньшей вероятностью там находится наша случайная величина. «Что же делать, как померить точнее, чтобы и «коридор» поуже был и вероятность побольше?», - спросите Вы. Давайте будем мерить не одну минуту, а например 4 минуты. Пускай за это время мы насчитаем 100 имп. Получается математическое ожидание будет 100 имп / 4 минуты (это опять 25 имп/мин). Рассчитываем СКО: единицу делим на корень квадратный из 100 и получаем 0,1 или 10%. Применяем правило трёх сигм:

  • с вероятностью 68,27% случайная величина спряталась в «коридоре» ±1 сигма, то есть 25имп/мин ± 10%, или между 22,5 и 27,5 имп/мин;
  • с вероятностью 95,45% случайная величина спряталась в «коридоре» ±2 сигма, то есть 25имп/мин ± 20%, или между 20,0 и 30 имп/мин;
  • с вероятностью 99,73% случайная величина спряталась в «коридоре» ±3 сигма, то есть 25имп/мин ± 30%, или между 17,5 и 32,5 имп/мин.

    Как видите, за счёт увеличения времени экспозиции дозиметра нам удалось существенно повысить точность измерения. Обратите внимание, для увеличения точности в 2 раза пришлось увеличить время экспозиции в 4 раза!!!

    Вывод: чем точнее должно быть произведено измерение, тем дольше должен работать прибор, причём увеличение точности квадратично увеличивает необходимое время экспозиции. Чем выше точность радиометра, тем он медленнее и хуже в поисковых задачах.

    Глава 2. Первое, второе, компот… А где добавка?


    В предыдущей главе мы разобрались со столь сложной темой статистической неопределённости. Попробуем раскусить как семечку простую задачу с бытовым дозиметром.

    Алгоритм пересчёта набранных за интервал измерения импульсов в мкР/ч у бытовых индикаторов, как правило, довольно прост: время экспозиции подбирается таким, чтобы сосчитанное за него количество импульсов в точности соответствовало значению мощности дозы, выраженному в мкР/ч. Для дозиметров со счётчиком СБМ20 это время обычно составляет около 35…40 секунд. Если в условиях ЕРФ за это время наберётся 12 импульсов, то прибор покажет 12 мкР/ч, а если наберётся 15 импульсов, то прибор покажет 15 мкР/ч. Рассчитаем неопределённости для 12 мкР/ч:

  • с вероятностью 68,27% мощность дозы равна 12 мкР/ч ± 29% или 8,5…15,5 мкР/ч;
  • с вероятностью 95,45% мощность дозы равна 12 мкР/ч ± 58% или 5,0…19,0 мкР/ч;
  • с вероятностью 99,73% мощность дозы равна 12 мкР/ч ± 87% или 1,2…22,4 мкР/ч.

    В дозиметрии по умолчанию предполагается использование доверительного интервала ±2 сигма, как видите неопределенность измерения впечатляет!!! Получается, что с таким алгоритмом обработки в условиях ЕРФ неопределенность составит около ± 70…50%, то есть надеяться на какой-либо устойчивый результат в таких измерениях всё равно, что водить вилами по воде. Но это ещё не всё; опять вспомним мужика, который 11 лет считал количество спичек в коробках и методично запишем 20…30 результатов измерений. «На глазок» вы заметите, что результаты частенько выскакивают за пределы значений, рассчитанных при доверительной вероятности ±2 сигма. Это «первый звоночек» к тому, что наша теория начала расходиться с практикой, давайте разбираться в чём же дело.

    Попробуем взглянуть на эту проблему с другой стороны. Чувствительность счётчика СБМ20 указана в паспорте и составляет 260±20 имп/с при облучении с интенсивностью 4 мкР/с (14 400 мкР/ч) изотопом Cs-137. Нетрудно посчитать, что на 1 мкР/ч должно приходиться 0,018 имп/с, а при фоне 12мкР/ч интенсивность должна получиться 0,217 имп/с.

    Для экспериментального подтверждения я взял счётчик СБМ20 и заставил его потрудиться несколько дней на своём столе, где математическое ожидание ЕРФ равно 12 мкР/ч. По завершению эксперимента оказалось, что интенсивность счёта составила в среднем 0,427 имп/с.

    Сравниваем результаты теоретического прогноза и эксперимента и обнаруживаем, что на практике интенсивность счёта оказалась завышена на 0,427-0,217 = 0,21 имп/с. А вот это уже «второй звоночек» о том, что предыдущая теория точно расходится с практикой.

    Физический смысл разностной величины таков: счётчик Гейгера даёт импульсы в отсутствии внешней причины. Именно эта величина называется собственным фоном счётчика или натуральным фоном. Причины наличия собственного фона заключаются в спонтанной эмиссии электронов с поверхности катода и в некоторой собственной радиоактивности материалов из которых изготовлен счётчик, в том числе поддерживаемой космическим излучением (наведённая активность).

    У каждого экземпляра газоразрядного счётчика значение натурального фона сугубо индивидуально. Производитель счётчиков СБМ20 в паспортах указывает, что натуральный фон не более 1 имп/с, но на практике он редко превосходит 0,5 имп/с.

    Главное, на что стоит обратить внимание, так это на соотношение количества истинных импульсов от внешнего облучения к количеству импульсов, вызванных собственным фоном. В эксперименте с ЕРФ местности 12 мкР/ч оказалось, что почти половина всех импульсов обусловлена собственным фоном счётчика, а значит, на случайную величину мощности дозы, которую мы хотим оценить, за те самые 30…40 секунд пришлось всего 6 импульсов. Давайте пересчитаем неопределенность измерения при различных доверительных вероятностях:

  • с вероятностью 68,27% мощность дозы равна 12 мкР/ч ± 41% или 7,1…16,9 мкР/ч;
  • с вероятностью 95,45% мощность дозы равна 12 мкР/ч ± 82% или 2,2…21,8 мкР/ч;
  • с вероятностью 99,73% мощность дозы равна 12 мкР/ч ± 122% или 0…26,6 мкР/ч.

    При доверительной вероятности ±2 сигма или примерно 95% мы имеем неопределенность измерения ЕРФ 12 мкР/ч аж ± 82%!!! Здесь нужно сделать замечание: при таких низких значениях математического ожидания уже нельзя применять правило «трёх сигм», поскольку пуассоновский процесс начинает сильно разниться с нормальным распределением. Какой бы навороченный радиометр не был, пусть даже корпус у него из золота, а вместо кнопок – бриллианты, но за 40 секунд с одним счётчиком СБМ20 для 12 мкР/ч мы получим только такой прискорбный результат. Этим объясняются «броски» показаний у подавляющего большинства приборов в условиях ЕРФ. Если Вам захочется измерить околофоновые значения поточнее, например с доверительной вероятностью 95% и неопределенностью 30%, то будьте готовы к тому, что придётся затратить на это не менее 3,5 минут.

    Многие производители дозиметров скромно умалчивают об этом факте, ну а если прибор является профессиональным средством измерения и у него должны быть чётко прописаны метрологические характеристики, то в таком случае начинается либо откровенная ложь, либо разнообразные уловки: например, в документации указывают, что прибор предназначен для измерений от 100 мкР/ч или же занижают доверительную вероятность вместо положенных ±2 сигма. Если же всё делать по-честному, то никто не купит прибор, который будет измерять ЕРФ минут 5…10. Это же обстоятельство делает невозможным процедуру поиска источников, где требуется быстрое обновление показаний.

    Радиометры, в которых отсутствует коррекция собственного фона (простые считалочки импульсов за ограниченное время), имеют очень неприятное свойство, заключающееся в том, что при увеличении интенсивности радиационных полей такой прибор довольно скоро начнёт заметно занижать показания и при фоне около 200 мкР/ч будет показывать всего около 100 мкР/ч. Практически все калиброванные по ЕРФ любительские конструкции на основе счётчика СБМ20 обладают описанным недостатком и при увеличении мощности дозы будут стремиться занизить показания в 2 раза. Для предотвращения такого опасного эффекта в изделиях, выпускаемых промышленным способом, калибровку производят при мощности дозы, значительно большей по отношению к ЕРФ, но тогда при оценке ЕРФ вместо 12…15 мкР/ч показания будут 18…22 мкР/ч. Как видите, из двух зол выбирают меньше.

    К сожалению, калибровка с применением источников ионизирующего излучения для любительских самоделок недоступна по вполне понятным причинам, но применение соответствующей математической коррекции, исключающей из общего количества импульсов составляющую его долю, вызванную собственным фоном, позволяет довольно качественно линеаризовать счётную характеристику прибора, что полностью решает проблему собственного фона.

    Истинную скорость счёта Iист можно вычислить из фактической скорости счёта Iфакт поправкой на интенсивность собственного фона Iсобств следующим образом:



    при этом следует помнить, что размерность всех переменных должна быть одинаковой, например [имп/мин], или [имп/с]. Если же математическая коррекция осуществляется в отношении количества импульсов, а не интенсивности счёта, то удобно пользоваться следующей формулой:



    где Nист – истинное количество импульсов,
    Nфакт – фактическое количество импульсов,
    T – время экспозиции.

    Здесь также следует быть внимательным с размерностями: размерность времени экспозиции T должна соответствовать размерности интенсивности собственного фона Iсобств , например T [с] и Iсобств [имп/с], или T [мин] и Iсобств [имп/мин].

    Типичное значение собственного фона для счётчиков СБМ20 составляет 0,2 имп/с, что позволяет организовать простой способ коррекции: каждые 5 секунд из количества сосчитанных импульсов нужно вычитать 1 импульс. При других значениях натурального фона такой алгоритм легко приспособить, изменив значение времени и значения декрементации (уменьшения переменной).

    Вывод: все газоразрядные счётчики обладают собственным фоном. Чем ниже контролируемая мощность дозы, тем сильнее проявляет себя собственный фон.

    Глава 3. Пять пишем, один в уме


    Из предыдущей главы мы узнали, что на низких скоростях счёта существенно искажает результат собственный фон счётчика. Что же будет происходить при высоких скоростях счёта?

    Всё используемые в любительской практике газоразрядные счётчики сконструированы таким образом, что возникающий их в объёме разряд через некоторое время гасится самостоятельно. Эффект самогашения достигается за счёт введения в объём счётчика некоторого количества органических многоатомных газов или примеси галогенов, которые постепенно расходуются с каждым разрядом счётчика. Такие счётчики называются самогасящимися. Явление самостоятельного газового разряда, на котором основан принцип действия таких счётчиков, имеет одну не очень приятную особенность в виде неспособности регистрировать ионизирующее излучение в течение некоторого времени после разряда и появления импульсов с меньшей амплитудой по окончанию этого времени. Этот временной интервал называют мёртвым временем.

    При высоких интенсивностях счёта сразу после каждого разряда счётчик будет нечувствителен к ионизирующему излучению на протяжении мертвого времени, поэтому некоторое количество импульсов будет потеряно. Смысл требуемой коррекции заключается в том, что время экспозиции, по сути, уменьшается на промежуток времени, в течение которого счётчик был нечувствителен.

    Истинную скорость счёта Iист можно вычислить из фактического количества импульсов Nфакт , подсчитанных за время экспозиции Т, поправкой на мёртвое время "тау" следующим образом:



    При переходе к количеству импульсов предыдущая формула принимает вид:



    Здесь также следует быть предельно внимательным с размерностями. Приведённая во многих книгах и растиражированная в Интернете упрощенная формула предполагает время экспозиции, равное единице, но при этом ничего не упоминается о размерности этой единицы и соответствующих размерностях задействованных переменных. В результате такого предположения интенсивность счёта и количество импульсов становятся численно равны и начинается путаница, приводящая в итоге к грубейшим ошибкам в вычислениях.

    Типичные значения мёртвого времени для счётчиков СБМ20 колеблются от 170 мкс до 210 мкс (в среднем 190 мкс). Следует заметить, что значение этого времени не фиксировано, оно увеличивается уменьшается при увеличении напряжения на электродах счётчика в пределах счётного плато и также зависит от схемотехнических решений, но существуют специальные приёмы аппаратной стандартизации этого времени. При высоких интенсивностях ионизирующего излучения зачастую наблюдается просадка высокого напряжения на электродах счётчика, что также влияет на результаты коррекции.

    Коррекцию мертвого времени целесообразно предусматривать для приборов на основе счётчиков СБМ20, когда требуется контролировать ионизирующие излучения с мощностью выше 15…20 тыс. мкР/ч, если же интенсивности слабее, то «просчётами» можно пренебречь.

    Как уже упоминалось выше, сразу после мертвого времени есть небольшой промежуток восстановления счётчика. Если разряд произойдёт в этот промежуток, то импульс будет иметь меньший размах по сравнению с импульсами, далеко отстающими от соседних. Чувствительность пороговой схемы, принимающей решение: произошёл разряд или нет, тоже вносит свой вклад в линейность счётной характеристики при высоких интенсивностях. Если чувствительность низкая, то радиометр будет невосприимчив к этим разрядам, следовательно, часть импульсов будет пропущена.

    Вывод: при интенсивностях излучения выше 20 мР/ч в дозиметрах со счётчиком СБМ20 нужно предусматривать коррекцию мёртвого времени.

    Глава 4. Одна голова хорошо, а две лучше


    В главе 1 было показано, что увеличение времени экспозиции уменьшает неопределенность результата измерений. Одним из способов повысить точность измерений является известный прием, когда производят серию измерений и вычисляют среднее значение. Проведение четырех измерений вместо одного повысит точность измерений почти в два раза, а проведение серии из девяти измерений вместо одного повысит точность измерений почти в три раза.

    Если мы одновременно включим четыре идентичных радиометра, и снимем с них показания с последующим усреднением, то получим аналогичный результат, как если бы мы производили измерения одним прибором, но вчетверо дольше. Получается приличный выигрыш во времени. На таком принципе основаны приборы, в которых применяются одновременно несколько счётчиков.

    Строго говоря, параллельный счёт с нескольких счётчиков – это очень сложная тема. Существенное влияние на счётные характеристики всего устройства оказывает схема включения этих счётчиков. Немаловажное значение имеют разделительные цепи, чтобы сработка одного счётчика не влияла на процессы, протекающие в соседних счётчиках. Некоторые схемы даже позволяют автоматически переключать между собой счётчики грубых и точных диапазонов в широкодиапазонных приборах.

    Типичным примером использования параллельного счёта могут быть приборы с двумя счётчиками СБМ20 (АНРИ-01-02 «Сосна», РКСБ-104, РКС-20.03 «Припять», Радекс РД1703), тремя счётчиками СТС-6 (радиометр «Прогноз»), с четырьмя счётчиками СБМ20 (карманный радиометр-сигнализатор «Сигнал», АНРИ «Сосна», ДРГ-01Т1, Стора-ТУ) и т.д. Как ни странно, но все приборы со счётчиками СБТ-10 тоже относятся к параллельному счёту, поскольку фактически считают импульсы сразу с 10 секций этого замечательного счётчика, а некоторые позволяют ещё и отключать часть секций при высокой интенсивности.

    Вроде бы всё здорово, мы уже знаем и про собственный фон, и про мертвое время, но появляется теперь новая проблема. Дело в том, что импульсы от нескольких счётчиков могут наложиться друг на друга и чем больше счётчиков и выше интенсивность излучения, тем вероятнее будут происходить эти наложения. Такой эффект приведёт к снижению показаний радиометра при высоких интенсивностях.

    Как оказалось, задача учёта количества наложений случайных величин получается катастрофически сложной, поскольку при наличии собственного фона и мертвого времени случайные процессы перестают быть абсолютно случайными (не выполняется условие независимости событий) и модель нормального или пуассоновского распределения применима лишь на небольшом участке интенсивностей, но и здесь нарушается условие ординарности (одновременно могут произойти несколько событий).

    Автору данного материала пришлось затратить около месяца машинного времени на компьютерное моделирование и приличное количество электроэнергии, но это того стоило.

    Итак, в приборе идёт параллельный счёт с четырёх счётчиков СБМ20. Каждый счётчик за единицу времени выдаёт случайное количество импульсов, подчиненное распределению Пуассона для заданной интенсивности. Параметры всех счётчиков идентичны: мертвое время 190 мкс, длительность импульса 35 мкс и собственный фон 0,2 имп/с. Моделирование произведено для точек с интенсивностью счёта от 0 до 200 имп/с по миллиону экспериментов для одной точки. Все импульсы появляются в случайные моменты времени, но не ближе друг к другу, чем значение мертвого времени.

    Для примера приведу гистограмму распределения значений количества импульсов с одного счётчика при математическом ожидании 200 имп/с, функция распределения носит выраженный колоколообразный вид, присущий нормальному распределению.



    Как можете видеть, в 99,7% случаев счётчик будет выдавать импульсы от 160 до 240 единиц. Каждый из 4 счётчиков выдаёт разнообразные количества импульсов с заданными параметрами. Для интенсивности 200 импульсов в секунду мы получаем, что при параллельном счёте за счёт наложения двух, трёх и даже четырех импульсов будут потеряны примерно 17 импульсов.



    Интерес вызывает и тот факт, что распределение пропущенных импульсов (наложений) имеет типичный пуассоновский вид.

    Аналогичный эксперимент был произведён для расчёта наложений, когда все четыре счётчика генерируют количество импульсов, в точности равное математическому ожиданию. Магическим образом распределение количества пропусков в точности совпадает с экспериментом, где количество импульсов случайно. Объяснение этого феномена связано с эффектом нормализации, когда результат взаимодействия случайных процессов с любыми распределениями стремится к нормальному распределению. Это одна из великих тайн окружающего нас мира.

    График зависимости количества просчётов, вызванных наложениями этих импульсов на предыдущие (которые, в свою очередь, тоже могли наложиться на предыдущие) приведён ниже. Функциональная зависимость превосходно описывается хорошо знакомой нам из школьной программы параболой.




    Вывод: при параллельном счёте с увеличением интенсивности и количества счётчиков будет наблюдаться нелинейное занижение показаний, вызванное наложением импульсов.



    P.S. прикрепляю версию для печати в формате PDF. Периодически здесь будут появляться обновлённые версии с учётом исправлений и дополнений.
    Все пожелания и конструктивную критику прошу размещать в этой веточке форума.

    Актуальный материал:
    Статистическая обработка данных в дозиметрах и радиометрах. Пособие для начинающих. Версия от 19.06.2020. Скачать

    Устаревший материал:
    Статистическая обработка данных в дозиметрах и радиометрах. Пособие для начинающих. Версия от 17.06.2020. Скачать

  • Яндекс.Метрика

    Вся информация является собственностью www.rhbz.org и охраняется законом об авторском праве.
    Копирование материалов условно разрешено
    Copyright © 2010 - 2019 rhbz.org

    Powered by ExBB

    [Script Execution time: 0.0664]     [ Gzipped ]