Детектор излучения

Детектор излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способам и аппарату для обнаружения ионизирующего излучения, использующим оптические волокна, и, главным образом, к распределенному волоконно-оптическому детектору излучения.

Существует множество приложений, где желательно обнаруживать и/или осуществлять мониторинг ионизирующего излучения. Например, в ядерной энергетике может быть желательным осуществлять мониторинг уровней радиации в различных местоположениях внутри электростанции. Во многих примерах требуется, чтобы такой мониторинг мог быть выполнен дистанционно и автоматически. Аналогичным образом, радиологические отделения больниц и другие организации, которые используют радиоактивные источники, также могут испытывать необходимость в установленных детекторах излучения.

Детекторы излучения, которые применяются для обеспечения мониторинга в данном местоположении, как правило, бывают газовыми ионизационными детекторами или твердотельными детекторами, такими как полупроводниковые детекторы излучения.

Газовые ионизационные детекторы, такие как хорошо известный счетчик Гейгера-Мюллера, обычно содержат два близкорасположенных электрода в газовой среде с приложенной к электродам разностью потенциалов, которая ниже напряжения пробоя газа. В присутствии ионизирующего излучения некоторые из атомов или молекул газа будут ионизированы, и возникшие в результате электроны и ионы сделают возможным протекание тока между электродами. Это течение тока может быть обнаружено и использовано в качестве указания на присутствие ионизирующего излучения. Величина приложенной разности потенциалов может быть относительно высокой, чтобы привести к лавинному умножению в газе, ведущему к относительно большому импульсу тока для каждого события обнаружения.

Полупроводниковые детекторы излучения работают при помощи измерения результирующего тока, вызванного ионизирующим излучением, создающим в материале детектора пары электрон-дырка. Полупроводниковые детекторы могут обеспечить большее быстродействие, но обычно бывают более дорогими, чем газовые ионизационные детекторы, и могут требовать охлаждения для уменьшения тока утечки.

Такие детекторы излучения работают в данном местоположении для проведения измерения ионизирующего излучения в этом местоположении. Во многих приложениях множество различных детекторов должно быть расположено в разных местоположениях для обеспечения достаточного покрытия, например, чтобы обеспечить достаточное покрытие по площади и/или обеспечить мониторинг в различных местоположениях внутри здания. Каждый детектор должен быть запитан и, как правило, должен быть способен передавать свои показания в удаленное местоположение, такое как один или более центров управления. Поэтому стоимость и сложность установки таких детекторов излучения могут быть довольно существенными.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают детекторы излучения, которые смягчают по меньшей мере некоторые из этих проблем.

Так, в соответствии с настоящим изобретением обеспечен аппарат детектора излучения, содержащий по меньшей мере одно оптическое волокно, подходящее для распределенного волоконно-оптического акустического/вибрационного измерения рядом с по меньшей мере первым электродом, разнесенным со вторым электродом, с газом между первым и вторым электродами.

Во время работы между первым и вторым электродами будет приложена разность потенциалов. Поэтому аппарат может содержать схему для приложения разности потенциалов между первым и вторым электродами. Разность потенциалов может быть относительно высокой, но ниже напряжения пробоя газа. В частности, разность потенциалов может быть достаточно высокой, чтобы присутствие ионизированных атомов/молекул газа вызывало лавинное умножение. Таким образом, в присутствии ионизирующего излучения некоторые атомы/молекулы газа могут быть ионизированы, приводя к каскаду заряженных частиц между электродами, то есть, к созданию искры.

Оптическое волокно находится рядом с электродами и является подходящим для волоконно-оптического распределенного акустического измерения. Распределенное акустическое измерение (РАИ) является известным типом измерения, при котором оптическое волокно разворачивается в качестве измерительного волокна и опрашивается посредством оптического излучения (которое здесь будет принято как означающее видимый свет, а также ультрафиолетовое и инфракрасное излучение). Излучение, которое является обратнорассеянным изнутри оптического волокна, обнаруживается и анализируется для выявления информации об акустическом воздействии, действующем на оптическое волокно в различных продольных секциях измерительного волокна, то есть, в каналах. Обычно опрашивающее оптическое излучение содержит один или более импульсов оптического излучения, и посредством анализа излучения обратного рассеяния в одном или более элементах разрешения по времени может быть обнаружен случайный факт акустического сигнала на одном или более дискретных измерительных участках оптического волокна. Таким образом, датчик РАИ эффективно действует в качестве линейной измерительной решетки измерительных участков оптического волокна, которое может быть (но не обязательно должно быть) смежным. Длина измерительных участков волокна определяется характеристиками опрашивающего излучения и обработкой, примененной к сигналам обратного рассеяния, но обычно могут быть использованы измерительные участки порядка от нескольких метров до нескольких десятков метров или что-то около этого. Заметим, что в том смысле, как он здесь используется, термин "акустический" будет означать любой тип волны сжатия или механического возмущения, которая может привести к изменению натяжения на оптическом волокне, и во избежание неопределенности термин "акустический" будет использоваться с включением в него ультразвуковых и инфразвуковых волн.

В вариантах осуществления настоящего изобретения может быть осуществлен мониторинг оптического волокна с использованием известных способов распределенного акустического измерения. Как упоминалось выше, в присутствии ионизирующего излучения газ может быть ионизирован, и вследствие приложенной между электродами разности потенциалов может возникнуть каскад заряженных частиц, то есть, искра. Этот каскад приведет не только к потоку заряженных частиц, но также создаст волну сжатия в газообразной среде, т.е. акустическую волну. Другими словами, при использовании искра, вызванная присутствием ионизирующего излучения, как правило, будет сопровождаться резким звуком, который может быть относительно интенсивным. Распределенный акустический датчик может обнаружить акустическую волну, сгенерированную этим каскадом, и таким образом обеспечить указание того, что произошел разряд, указывая, таким образом, на присутствие ионизирующего излучения. Распределенный акустический датчик, в сущности, может "стараться услышать" звуки, связанные с искрой или с каскадом заряженных частиц. Количество событий обнаружения во времени даст указание уровня ионизирующего излучения в данном местоположении.

Каскад заряженных частиц генерирует также тепловой сигнал, который может быть дополнительно или альтернативно обнаружен распределенным акустическим датчиком. То есть, искра вызовет нагрев газа и электродов. Если распределенный акустический датчик расположен близко, например, присоединен к одному из электродов, тогда по меньшей мере некоторая часть тепла, сгенерированного каскадом, пройдет в оптическое волокно или по крайней мере в слои покрытия/оболочки. Эта искра может привести к относительно большому изменению температуры в течение относительно короткого периода времени. Это приведет к изменению длины оптического пути в результате модуляции показателя преломления оптического волокна и, возможно, какого-либо теплового расширения материала волокна. Это относительно быстрое нагревание материала покрытия/оболочки волокна может привести к относительно быстрому натяжению типа возмущения. Это термически наведенное изменение длины пути происходит в масштабе времени, который может быть обнаружен распределенным акустическим датчиком в дополнение к волне акустического сжатия или вместо нее. В некоторых случаях обнаружение термически наведенного возмущения может обеспечить более надежное обнаружение событий ионизации.

Специалист в данной области техники поймет, что распределенный акустический датчик сравнивает сигналы, возвращенные от данного измерительного участка волокна в ответ на последовательные опросы этого волокна, для того, чтобы определить какие-либо возмущения, действующие на волокно. Такие датчики могут обеспечить хорошее обнаружение случайных вибраций на акустических частотах. Однако такие датчики, как правило, в меньшей степени способны надежно обнаруживать низкочастотные натяжения и медленные температурные изменения, и такие низкочастотные эффекты, на самом деле, могут быть приняты за шум. Тем не менее, автор настоящего изобретения понял, что эффект нагрева, вызванный каскадом заряженных частиц, приводит к относительно быстрому нагреву, за которым следует более медленное охлаждение, что создает надежный характерный признак в возвратах (сигналов) от распределенных акустических датчиков.

Специалист в данной области техники также поймет, что волоконно-оптическое распределенное измерение температуры (РИТ) на основе оптического волокна представляет собой другой известный метод, который основывается на обнаружении света, который был подвергнут рассеянию Бриллюина и/или Рамана, и анализе этого света для определения его температуры. Следует заметить, что для обеспечения точных измерений большинству РИТ-систем требуются относительно большие усредненные времена и что обычные РИТ-системы, как правило, не имеют ни временного разрешения, ни температурного разрешения для обнаружения тепловых импульсов, производимых каскадом заряженных частиц.

Варианты осуществления по настоящему изобретению, таким образом, используют два разнесенных проводника, чтобы в присутствии ионизирующего излучения генерировать каскад заряженных частиц, но используя распределенный волоконно-оптический акустический датчик, чтобы обнаруживать возмущение, связанное с этим каскадом, которое может быть обусловлено либо волной акустического сжатия, либо тепловым возмущением от этого каскада, либо и тем, и другим.

Таким образом, оптическое волокно выполняет двойную функцию, как измерительное волокно и средство передачи измерительных данных от измерительного местоположения до подходящей станции управления.

В одном варианте осуществления может быть множество пар электродов, разнесенных с интервалами вдоль длины оптического волокна, при этом каждая пара электродов содержит первый и второй электроды. Как упоминалось выше, в РАИ оптическое волокно может обеспечить множество отдельных измерительных участков. Поэтому оптическое волокно могло бы быть опрашиваемо так, чтобы при использовании по меньшей мере некоторые пары электродов были связаны с различными измерительными участками волокна. Это значит, что обнаружение событий, связанных с одной парой электродов в одном местоположении, может быть отличающимся от событий обнаружения, связанных с другой парой электродов в другом местоположении. Таким образом, одно и то же оптическое волокно может быть использовано для раздельного мониторинга событий обнаружения от пар электродов в двух разных местоположениях.

В одном варианте осуществления первый и второй электроды могут быть протяженными электродами, которые простираются на по меньшей мере части длины оптического волокна. Первый и второй электроды могут быть больше, чем 100 м в длину, или больше, чем 500 м в длину, или больше, чем 1 км в длину. Этот вариант осуществления изобретения обеспечивает распределенный детектор ионизирующего излучения.

В этом варианте осуществления первый и второй электроды, как описано выше, будут иметь приложенную к ним разность потенциалов, и любое местоположение вдоль длины электродов (там, где между электродами есть подходящий газ) в присутствии ионизирующего излучения может привести к каскаду заряженных частиц и, таким образом, создать воздействие в соответствующем местоположении. Как упоминалось ранее, оптическое волокно может быть опрошено для обеспечения множества дискретных измерительных участков, и, таким образом, в отдельных измерительных участках оптического волокна могут быть обнаружены возмущения, связанные с событиями ионизации. Это значит, что через область может проходить компоновка протяженных электродов и оптического волокна с фактическим обеспечением множества отдельных детекторов ионизирующего излучения. Таким образом, этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает очень удобный способ обнаружения ионизирующего излучения при разнообразии местоположений. Распределенный детектор излучения в соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть легко установлен и требует только, чтобы на электроды была подана разность потенциалов (что может быть сделано на одном конце, удаленном от контролируемой области) и оптического опроса с конца оптического волокна, который, опять же, может быть удален от области, в которой осуществляется мониторинг. Таким образом, нет никакой необходимости в сложных компоновках для подачи питания к множеству точечных датчиков или для приема от них данных.

Длина измерительных участков оптического волокна может быть определена в соответствии со свойствами используемого опрашивающего оптического излучения и последующего анализа. Например, оптическое волокно может быть опрошено для обеспечения множества смежных измерительных участков длиной порядка 10 м или что-то вроде этого. Таким образом, каждые 10 м действуют как отдельный детектор. В то время как сгенерированные каждой искрой акустические/тепловые сигналы, то есть, события ионизации, могут быть обнаруживаемыми, маловероятно, что воздействие должно быть обнаружено на более чем одном измерительном участке (в зависимости от компоновки), если только оно не возникнет очень близко у границы между измерительными участками. Таким образом, каждый измерительный участок может обеспечить почти полностью независимый детектор. Как более подробно будет описано ниже, пространственный размер и местоположение измерительных участков внутри оптического волокна при использовании также могут варьироваться посредством изменения характеристик опрашивающего излучения и/или анализа. Это обеспечивает определенную степень гибкости в работе распределенного детектора излучения, которой не существует в точечных фиксированных датчиках.

Этот вариант осуществления требует, чтобы к электродам, которые являются относительно большими по длине, то есть, порядка сотен метров или даже километров в длину, была приложена разность потенциалов. Однако протекание какого-либо значительного тока не требуется, и, таким образом, требования по мощности относительно низкие.

Следует заметить, что в том случае, когда событие ионизации ведет к каскаду заряженных частиц, появится ток, сгенерированный внутри электродов. Такой импульс тока можно будет обнаружить, но для электродов с длинами в сотни метров или более точное обнаружение импульса малого тока может быть затруднено без требования использовать электроды с низким сопротивлением (которые, следовательно, являются дорогостоящими), и при этом могут иметь место значительные проблемы с возможными помехами и отношением сигнал-шум. Однако даже если импульс тока мог бы быть надежно обнаруживаемым, следует заметить, что обнаружение токового импульса указывало бы только на то, что где-то вдоль длины электродов произошло по меньшей мере одно событие ионизации. Для электродов, имеющих длину порядка 500 м или более, это может дать недостаточно информации относительно того, где произошло это событие ионизации. Кроме того, было бы невозможно различить два события, которые происходят в разных местоположениях, но которые генерируют одновременные импульсы тока. Так что просто "взгляд" на возникший ток не дал бы никакой информации относительно местоположения ионизирующего излучения вдоль длины электродов.

Тем не менее, в варианте осуществления настоящего изобретения местоположение ионизирующего излучения может быть определено с точностью до пространственного разрешения измерительных участков оптического волокна, а одновременные события в различных местоположениях могут быть обнаружены раздельно.

Однако в некоторых вариантах осуществления может быть осуществлен мониторинг сгенерированного в электродах тока. Посредством мониторинга протекающего в электродах суммарного электрического тока, а также обнаруженных распределенным волоконно-оптическим датчиком событий ионизации может быть возможным определение некоторой дополнительной информации относительно ионизирующего излучения и/или проведение некоторой калибровки. Например, будем считать, что сначала единственным источником событий ионизации является фоновое излучение. Это может привести к обнаружению событий, происходящих в случайных местоположениях вдоль длины волокна, и может генерировать в электроде ток первой величины. Если позже в данном местоположении волокна будут обнаружены значительно более многочисленные события ионизации, скажем, от нескольких смежных измерительных участков волокна, это может указать, что это местоположение облучает какой-то источник излучения. В этот момент суммарный ток в электродах может увеличиться до второй величины. Можно предположить, что это увеличение тока обусловлено увеличением событий ионизации, действующих на соответствующей секции волокна. Таким образом, увеличение тока дает другое указание относительно количества событий ионизации, происходящих в данном местоположении. Измерение суммарного тока, таким образом, может дать указание относительно количества событий ионизации, случающихся вдоль длины электродов, а также относительно того, как оно изменяется во времени, а распределенный волоконно-оптический датчик обеспечивает локализацию того места, где происходят эти события ионизации, а также другую меру количества событий.

В одном варианте исполнения оптическое волокно может быть присоединено к по меньшей мере одному из первого и второго электродов, то есть, присоединено механически. Это может улучшить соединение акустического воздействия, произведенного каскадом заряженных частиц, с оптическим волокном и/или потока тепла, сгенерированного этим каскадом, от электрода к оптическому волокну. Таким образом, например, оптическое волокно, которое, как правило, будет выполнено в по меньшей мере одном слое покрытия или оболочки, может быть прикреплено, скажем, к первому электроду. Электрод, который присоединен к оптическому волокну, предпочтительно выполнен так, чтобы простираться вдоль того же самого общего направления, что и оптическое волокно.

Оптическое волокно может иметь покрытие или барьерный слой для его защиты от электрического разряда, который происходит в присутствии ионизирующего излучения. Оптическое волокно может быть также покрыто материалом, который защищает это оптическое волокно от повреждения, обусловленного ионизирующим излучением.

Материал между оптическим волокном и электродом может быть выбран так, чтобы иметь требуемые тепловые свойства, например, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла в оболочку оптического волокна, то есть, относительно высокую проводимость и/или тепловую диффузию, и/или, в некоторых случаях, относительно высокий коэффициент термического расширения (хотя вызванная нагревом волокна модуляция показателя преломления, вероятно, будет иметь больший эффект, чем любое термическое расширение).

В одном варианте осуществления первый и/или второй электрод могут быть выполнены внутри кабельной конструкции с оптическим волокном. Другими словами, конструкция волоконно-оптического кабеля может включать в себя по меньшей мере один из первого и второго электрода и может включать в себя оба из них. В том случае, когда кабель включает в себя оба, т.е. первый и второй электроды, электроды могут быть разделены в по меньшей мере некоторых секциях посредством пористого материала, чтобы обеспечить присутствие газа между электродами, и/или между ними может быть по меньшей мере одна пустота, которую можно заполнить газом. Другими словами, кабель может быть сконструирован так, что газ может проникать или содержаться между первым и вторым электродами. В одном варианте осуществления первый и второй электроды могут проходить через ряд полостей, которые при использовании содержат газ. Эти полости могут быть выполнены имеющими размер, который приводит к конкретной резонансной частоте. При событии волны сжатия, вызванной искрой, полость может резонировать на этой резонансной частоте. Обнаружение резонансной частоты может содействовать обнаружению события ионизации.

По меньшей мере один из первого и второго электродов может содержать электропровод. Однако в одном варианте осуществления по меньшей мере один электрод может содержать проводник с дугообразным поперечным сечением. Например, первый электрод может быть выполнен с дугообразным поперечным сечением и выполнен по меньшей мере частично окружающим второй электрод. Первый электрод может быть сформирован в виде трубы. В одном варианте осуществления второй электрод может также иметь дугообразное поперечное сечение и может быть выполнен по меньшей мере частично окружающим оптическое волокно. Второй электрод может содержать трубу.

Газ, разделяющий первый и второй электроды, может быть просто воздухом. Таким образом, первый и второй электроды могут быть разделены, оставляя воздушный зазор, который может быть открыт внешнему окружению, обеспечивая присутствие воздуха между электродами при использовании. Дополнительно или альтернативно, первый и второй электроды могут быть разделены по меньшей мере на своем месте изолирующим материалом, который является пористым по отношению к воздуху, но который сделает возможным каскад заряженных частиц при использовании.

Однако в некоторых вариантах осуществления, особенно, где первый и второй электроды формируют часть конструкции кабеля, электроды могут быть выполнены внутри герметичного окружения. В таком варианте осуществления газ может быть воздухом, который был инкапсулирован во время изготовления конструкции кабеля, но в других вариантах осуществления может быть использован другой газ, если предпочтительно, например, газ, который более легко, чем воздух, ионизируется и/или производит больший акустический сигнал, когда происходит вызванный ионизацией разряд. Внутри герметичного окружения газ, будь то воздух или какой-либо иной газ, может находиться под повышенным давлением. Однако внутри герметичного окружения ионизирующее излучение должно пройти через барьерный слой для достижения газа, чтобы вызывать ионизацию, которая должна быть обнаружена. Материал, использованный в конструкции для герметизации газа от внешнего окружения, может быть выбран так, чтобы иметь минимальное влияние на ионизирующее излучение, то есть позволять значительному количеству ионизирующего излучения проходить в содержащийся газ. Однако в зависимости от типа излучения, которое должно быть обнаружено, например, альфа-излучения, бета-излучения или гамма-излучения, этот материал может быть настроен так, чтобы обеспечить некую степень фильтрации или модуляции достигающего газа ионизирующего излучения.

В общем, поэтому между газом, разделяющим первый и второй электроды, и направлением падения ионизирующего излучения может быть по меньшей мере один барьерный слой. Этот барьерный слой может иметь свойства, настроенные так, чтобы фильтровать конкретные типы ионизирующего излучения. Например, барьерный слой может быть достаточно толстым для поглощения альфа-частиц или блокирования низкоэнергетического излучения.

Барьер может варьироваться вдоль длины электродов и оптического волокна. В первой секции может не быть значительного барьерного слоя, в то время как во второй секции может быть барьерный слой, который, скажем, препятствует достижению альфа-частицами разделяющего электроды газа. Если первая и вторая секции лежат на разных измерительных участках оптического волокна, то акустические/тепловые события, обнаруженные от первой секции, могут указывать общее количество ионизирующего излучения, в то время как возвраты сигнала от второй секции представляли бы просто события ионизации от излучения не альфа-частиц, достаточно энергетического, чтобы пройти барьерный слой.

Как упоминалось выше, в некоторых вариантах осуществления первый и второй электроды могут проходить через различные полости. В одном варианте осуществления по меньшей мере некоторые полости настроены так, чтобы иметь различные резонансные частоты относительно друг друга. По меньшей мере некоторые полости различных резонансных частот могут иметь различные барьерные материалы. Таким образом, некоторые полости могут быть выполнены внутри одного измерительного участка датчика ДАИ при каждой полости, имеющей разный фильтрующий материал. Обнаружение акустического сигнала, обусловленного каскадным разрядом, указывает на событие ионизации, а обнаружение связанной резонансной частоты может указывать на конкретную полость, внутри которой это событие произошло. Потенциально это может дать некоторую информацию относительно характеристик ионизирующего излучения.

Вышеописанные варианты осуществления обнаруживают ионизирующее излучение, которое напрямую ионизирует соответствующий газ. Однако в некоторых вариантах осуществления аппарат детектора дополнительно или альтернативно может быть выполнен с возможностью обнаружения излучения с использованием вторичной ионизации. Таким образом, датчик может содержать материал, который реагирует на падающее излучение испусканием ионизирующего излучения. Например, чтобы обнаружить нейтроны, которые могут не вызывать прямую ионизацию газа, аппарат может содержать поглощающий нейтроны материал, который в ответ на поглощение нейтронов испускает ионизирующее излучение. Таким образом, любые падающие нейтроны могут быть поглощены поглощающим нейтроны материалом, то есть, материалом с высоким поперечным сечением поглощения нейтронов, приводя к вторичной эмиссии ионизирующего излучения из поглощающего нейтроны материала. Это вторичное ионизирующее излучение может вызвать прямую ионизацию газа и, таким образом, привести к искре, которая может быть обнаружена, как описано выше. Подходящим поглощающим нейтроны материалом может быть Boron-10, но известны и другие материалы.

Чтобы изолировать события, обусловленные нейтронами, от излучения, которое вызывает прямую ионизацию, аппарат может содержать по меньшей мере над частью датчика экранирующий слой, который по существу блокирует или ослабляет другие виды ионизирующего излучения. В некоторых вариантах осуществления поглощающий нейтроны материал может содержать по меньшей мере часть экранирующего слоя.

Кроме того, аппарат может быть выполнен с одной или более секциями, реагирующими на нейтроны, например, с экранирующим слоем и с поглощающим нейтроны материалом, а также с одной или более секциями, реагирующими на прямое ионизирующее излучение, то есть, без экранирующего слоя и поглощающего нейтроны материала, при этом каждая секция соответствует различным измерительным участкам датчика РАИ, обеспечивая возможность использования одного и того же аппарата для обнаружения нейтронов, а также прямого ионизирующего излучения.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают детектор излучения, содержащий вышеописанный аппарат, опрашивающее устройство, присоединенное к оптическому волокну для выполнения распределенного акустического измерения по оптическому волокну, и схему для приложения разности потенциалов к первому и второму электродам.

Однако из вышеизложенного будет ясно, что в то время как могут быть использованы методы распределенного акустического измерения (на основе опроса оптического волокна импульсами оптического излучения, обнаружения излучения обратного рассеяния и анализа такого излучения на изменения вследствие каких-либо изменений длины пути), обнаружение может искать характерные признаки, обусловленные тепловыми событиями, связанными с каскадом заряженных частиц, как в дополнение, так и вместо обнаружения волн акустического сжатия. При этом, во избежание неопределенности, термин "распределенный акустический датчик", как он здесь используется, относится к распределенному волоконно-оптическому датчику, подходящему для распределенного акустического измерения, то есть, датчику, реагирующему на относительно быстрые изменения длины пути измерительного волокна (тем не менее, сгенерированные).

Опрашивающее устройство выполнено с возможностью запуска опрашивающего оптического излучения в оптическое волокно и обнаружения оптического излучения, обратнорассеянного изнутри оптического волокна. Кроме того, опрашивающее устройство может быть выполнено с возможностью обработки обнаруженного излучения обратного рассеяния, чтобы произвести сигнал измерения для каждого из множества измерительных участков оптического волокна, при этом сигнал измерения указывает сигналы, обнаруженные упомянутым измерительным участком.

Аппарат может также содержать процессор для обработки упомянутых сигналов измерения, чтобы обнаруживать сигналы, связанные с событиями ионизации. Например, процессор может анализировать эти сигналы, чтобы обнаруживать сигналы, характерные для искровых или каскадных разрядов, то есть, относительно интенсивных, коротких по длительности акустических сигналов, возможно с характерной частотой или диапазоном частот и/или узких пиков, обусловленных быстрым нагревом с последующим спадом вследствие охлаждения.

При использовании схема для приложения разности потенциалов между первым и вторым электродами может быть выполнена с возможностью модуляции приложенной разности потенциалов во времени.

Разность потенциалов периодически может быть выключена или уменьшена до низкого уровня, который недостаточен, чтобы в ответ на событие ионизации вызвать поток заряженных частиц. Следует понимать, что датчик РАИ будет реагирующим не только на возмущения, сгенерированные событиями ионизации, но также и на другие случайные акустические сигналы. Характерные признаки сигналов, произведенных событиями ионизации, то есть, относительно интенсивные, короткие по длительности акустические сигналы и/или пики в обнаруженном сигнале вследствие быстрого нагрева с последующим медленный спадом назад к базовому уровню вследствие охлаждения, возможно с характерной частотой или диапазоном частот, в некоторых вариантах осуществления могут быть вполне отличимыми от любого акустического сигнала фона. В этом случае обусловленные событиями ионизации сигналы могут быть легко идентифицированы и дифференцированы от любых случайных фоновых шумовых сигналов на оптическом волокне датчика РАИ. Однако по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления может быть желательным определение действующего на оптическое волокно фонового шума, чтобы улучшить обнаружение сигналов, обусловленных событиями ионизации. Периодическим снижением разности потенциалов между первым и вторым электродами, так чтобы по существу остановить какие-либо воздействия в ответ на ионизирующее излучение, фоновый шум может быть определен непосредственно и использован в последующей идентификации обусловленных событиями ионизации акустических сигналов.

Дополнительно или альтернативно, разность потенциалов между первым и вторым электродами может быть модулирована во времени, чтобы получить спектроскопическую информацию о каком-либо присутствии ионизирующего излучения. Варьируя разность потенциалов между электродами, также варьируют величину требуемой ионизации, прежде чем произойдет каскадный разряд. Например, относительно низкоэнергетическая частица может ионизировать только несколько молекул/атомов, по мере того, как она проходит через газ. При высокой приложенной разности потенциалов это может привести к каскаду заряженных частиц, поскольку несколько ионов/электронов ускорено, чтобы вызвать лавинное умножение. При низкой приложенной разности потенциалов низкоэнергетическая частица может не произвести достаточное количество ионизированных частиц, чтобы создать каскад. Таким образом, варьируя разность потенциалов между электродами и осуществляя мониторинг количества обнаруженных сигналов, обусловленных каскадными разрядами, может быть определена информация относительно энергосодержания излучения.

Изобретение также относится к способу обнаружения ионизирующего излучения. Таким образом, в другом аспекте настоящего изобретения предусмотрен способ обнаружения излучения, содержащий: приложение разности потенциалов между первым и вторым электродами, отделенными друг от друга в газе, причем разность потенциалов является достаточной, чтобы ионизация газа вызывала каскад заряженных частиц между электродами, опрос оптического волокна, развернутого рядом с упомянутыми первым и/или вторым электродами для обеспечения распределенного акустического датчика, и мониторинг упомянутого распределенного акустического датчика в отношении сигналов, связанных с каскадом заряженных частиц.

Способ по этому аспекту изобретения обеспечивает все те же самые выгоды и преимущества, что и первый аспект изобретения, и может работать во всех из тех же самых вариантов осуществления.

В общем, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают распределенный детектор излучения, содержащий первый и второй протяженные электроды, разнесенные относительно друг друга, и распределенный акустический датчик, содержащий измерительное оптическое волокно, развернутое вдоль пути упомянутых первого и второго протяженных электродов.

Изобретение также относится к использованию распределенного акустического датчика для обнаружения сигналов, сгенерированных искрой между двумя электродами, чтобы обнаружить ионизирующее излучение.

Теперь изобретение будет описано лишь в качестве примера со ссылками на нижеследующие чертежи.

Фиг. 1 иллюстрирует обычный распределенный акустический датчик.

Фиг. 2 иллюстрирует вариант осуществления детектора излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 иллюстрирует детектор излучения, имеющий множество пар электродов.

Фиг. 4 иллюстрирует вариант осуществления распределенного детектора излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 5 показывает первую конструкцию кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 6 представляет собой вторую конструкцию кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 7 иллюстрирует вариант осуществления, подходящий для обнаружения нейтронов.

Фиг. 8 иллюстрирует запись спектрограммы с использованием детектора излучения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9а и 9b иллюстрируют две временные последовательности записанных искровых разрядов.

Настоящее изобретение применяет метод распределенного акустического измерения к обнаружению/мониторингу ионизирующего излучения.

Фиг. 1 показывает схему обычной компоновки распределенного волоконно-оптического измерения. Длина измерительного волокна 104 на одном конце разъемно присоединена к опрашивающему устройству 106. Выход из опрашивающего устройства 106 идет в процессор 108 сигнала, который может быть совместно расположен с опрашивающим устройством или может быть удален от него, и, необязательно, в интерфейс/графический дисплей 110 пользователя, который на практике может быть реализован посре