Инструменты типа Люлин
Люлин-тип — класс спектрометрически - дозиметрических приборов. [1] Приборы представляют собой специальные типы датчиков ионизирующего излучения на полупроводниковой основе , которые способны измерять энергию частиц в кремниевом PIN-диоде , а также поток частиц. Выходные данные измерений представляют собой временной ряд спектральной интенсивности. Данные о радиации смешанного поля (обычно вторичных космических лучах ) затем используются для расчета дозы радиации, соответствующей конкретной миссии, например, для экипажа или аэрокосмического оборудования. Основными преимуществами детектора ионизирующего излучения этого типа по сравнению с классическими установками со сцинтилляторами являются значительное уменьшение веса и габаритов при чрезвычайно низком энергопотреблении. [2]
История
[ редактировать ]Первый прибор Люлина был разработан в 1986–1988 годах для научной программы второго болгарского космонавта для полета на космической станции «Мир» . После схода станции "Мир" с орбиты аналогичные эксперименты с доработанными версиями детекторов продолжаются на МКС .
С начала 2015 года разрабатываются аппаратные детекторы с открытым исходным кодом, основанные на той же технологии под названием SPACEDOS. Затем приборы SPACEDOS в разных вариантах используются на борту МКС параллельно дозиметрам Люлина. [3]
Принцип действия
[ редактировать ]Во всех дозиметрических приборах типа Liulin используется один или несколько кремниевых детекторов , которые измеряют энергию и количество частиц, переданных в детектор(ы), когда особенно заряженные частицы попадают в устройство, полупроводниковый материал ионизируется и измеряется заряд, что позволяет рассчитать мощность дозы и поток частиц.
Подробно, обработка сигнала в оригинальном приборе LIULIN была основана на одном кремниевом PIN-диоде , за которым следовал зарядочувствительный усилитель формирования (CSA). Число импульсов на выходе CSA выше заданного порога было пропорционально потоку частиц, попадающих в детектор; амплитуда . импульсов на выходе ЧСА была пропорциональна энергии, вложенной частицами В дальнейшем интеграл энерговыделений частиц, накопленных в детекторе за интервал измерений, позволял рассчитать мощность дозы. [4]
Первоначальная концепция имела существенный недостаток в виде плохой повторяемости исходных инструментов LIULIN, поскольку порог обнаружения пика устанавливался механическим триммером, который был чувствителен к первоначальной настройке и вибрациям во время использования. [5]
Эта ситуация привела к созданию множества инструментов с открытым исходным кодом, эквивалентных Люлину, разработанных в Чешской Республике под названием AIRDOS и SPACEDOS. [6] где данный энергетический порог заменен изобретением нового типа пикового детектора с аналоговой памятью. Улучшенная схема обработки сигнала улучшает множество параметров не только проблему с разным энергетическим порогом разных частей детектора Люлина, но в то же время позволяет обнаруживать вложенную энергию вплоть до шума самого детектора. [7]
Варианты использования
[ редактировать ]Основное применение описанного типа полупроводникового детектора - дозиметрия космических лучей. Существует несколько вариантов детекторов типа Люлин, которые расширяют возможности использования до дозиметрии авиалайнеров. Например, существует вариант аппаратных инструментов AIRDOS с открытым исходным кодом, специально разработанный для нескольких типов БПЛА. [8] [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Dachev Ts, Dimitrov P; Tomov, B; Matviichuk, Y; Spurny, F; Ploc, O; Brabcova, K; Jadrnickova, I (2011). "Liulin-type spectrometry-dosimetry instruments". Radiation Protection Dosimetry . 144 (1-4): 675-9. doi : 10.1093/rpd/ncq506 . PMID 21177270 .
- ^ Соммер, Марк; Степанова, Дагмар; Какона, Мартин; Величко, Елена; Амброжова, Ива; Плоц, Ондржей (22 августа 2022 г.). «Калибровка кремниевых детекторов Люлин и Airdos с использованием космических лучей и Timepix для использования на высотах полета». Радиационная защита Дозиметрия . 198 (9–11): 597–603. дои : 10.1093/rpd/ncac104 . ПМИД 36005970 .
- ^ Какона, Мартин; Ambrožová, Iva; Иноземцев, Константин О; Ploc, Ondrej; Толочек, Raisa V; Sihver, Lembit; Велычко, Олена; Chroust, Ян; Kitamura, Hisashi; Кодаира, Сатоши; Shurshakov, Вычачеслав A (22 августа 2022). "Spacedos: An Open-Source Pin Diode Dosemeter для Applications in Space". Radiation Protection Dosimetry . 198 (9-11): 611-616. doi : 10.1093/rpd/ncac106 . PMID 36005980 .
- ^ Дачев, Ц.П.; Матвийчук Ю.Н.; Семкова, СП; Колева, RT; Бойчев, Б.; Байнов П.; Канчев, Н.А.; Лаков П.; Иванов Я.Ю.; Томов, Б.Т.; Петров, В.М.; Редько, В.И.; Кожаринов В.И.; Тыква, Р. (1989). «Дозиметрия космического излучения с активным детектированием для научной программы второго болгарского космонавта на борту орбитальной станции «Мир». Адв. Космическое разрешение . 9 (10): 247–251. Бибкод : 1989AdSpR...9j.247D . дои : 10.1016/0273-1177(89)90445-6 . ПМИД 11537299 .
- ^ Соммер, Марк; Степанова, Дагмар; Какона, Мартин; Величко, Елена; Амброжова, Ива; Плоц, Ондржей (22 августа 2022 г.). «Калибровка кремниевых детекторов Люлин и Airdos с использованием космических лучей и Timepix для использования на высотах полета». Радиационная защита Дозиметрия . 198 (9–11): 597–603. дои : 10.1093/rpd/ncac104 . ПМИД 36005970 .
- ^ «Детекторы радиации серий SPACEDOS, AIRDOS и GEODOS» . www.ust.cz. ООО «Юниверсал Научные Технологии» . Проверено 12 января 2024 г.
- ^ Какона, Мартин (26 августа 2020 г.). «Исследование космических лучей с помощью самолета с использованием недавно разработанного детектора PIN-диода» . Проверено 12 января 2024 г.
- ^ Какона, М.; Шлегль, Ю.; Киселова, Д.; Соммер, М.; Какона, Дж.; Лужова, М.; Штепан В.; Плок, О.; Кодайра, С.; Крауст, Дж.; Джон, Д.; Амброжова И.; Крист, П. (1 марта 2021 г.). «AIRDOS — открытый авиационный дозиметр с PIN-диодом» . Журнал приборостроения . 16 (3): Т03006. Бибкод : 2021JInst..16.3006K . дои : 10.1088/1748-0221/16/03/T03006 .
- ^ Какона, Якуб; Лужова, Мартина; Какона, Мартин; Соммер, Марк; Повишер, Мартин; Плоц, Ондржей; Дворжак, Роман; Амброжова, Ива (22 августа 2022 г.). «ИЗМЕРЕНИЕ МАКСИМУМА РЕГЕНЕРА–ПФОТЦЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И НОВОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ ТФ-АТМОН». Радиационная защита Дозиметрия . 198 (9–11): 712–719. дои : 10.1093/rpd/ncac124 . ПМИД 36005953 .