Atomic-Energy.ru

Юрий Теверовский, начальник исследовательской группы НПП «Доза»: «Наш новый дозиметр «Чиж» с кремниевым фотоумножителем обладает высокой чувствительностью и оптимальной ценой»

24 мая 2019

Научно-производственное предприятие «Доза» уже почти 30 лет занимается конструированием и производством аппаратуры и систем для контроля радиационной безопасности. В настоящее время это один из крупнейших разработчиков, производителей и поставщиков систем и оборудования радиационного контроля в России и странах СНГ.

Одной из новинок НПП «Доза» является портативный дозиметр гамма- и рентгеновского излучения ДКГ-09Д «Чиж», в основе которого лежат инновационные технологические разработки. О создании, свойствах и возможностях данного дозиметра в интервью порталу «Атомная энергия 2.0» рассказывает его разработчик, начальник исследовательской группы отдела инициативных разработок научно-производственного предприятия «Доза» Юрий Львович Теверовский.

- Юрий Львович, расскажите, пожалуйста, о главных преимуществах дозиметра «Чиж» по сравнению с имеющимися на рынке моделями.

- В первую очередь, это высокая чувствительность, которая позволяет существенно сократить время измерения. Чем выше чувствительность детектора, тем больше квантов излучения мы можем зарегистрировать в единицу времени, что особенно важно при малых уровнях излучения. Таким образом, новый дозиметр позволяет значительно быстрее получить необходимый результат с заданной погрешностью измерения. Это особенно важно, например, при пешеходной гамма-съемке, когда требуется провести множество измерений в короткие сроки – на один и тот же объем измерений затрачивается в 2-3 раза меньше времени. Конечно, чувствительность зависит от величины детектора, но простое увеличение его размера в погоне за чувствительностью приведет к проигрышу по другим характеристикам. По моему мнению, наш дозиметр по соотношению «цена-качество-чувствительность» является оптимальным.

Второй плюс – это долговечность и надежность. «Чиж» очень устойчив ко внешним воздействиям – механическим, электромагнитным и пр., и при правильной эксплуатации способен работать многие годы.

Еще одним очень важным плюсом является простота в эксплуатации. Первые пользователи дозиметра уже подтвердили, что его интерфейс действительно очень удобный.

Кроме того прибор позволяет запоминать результаты большого количества измерений и передавать их на ПК с помощью USB-кабеля.

- Что было самым сложным в процессе разработки дозиметра?

-  Имевшиеся задачи можно разделить на принципиальные и чисто технологические. Технологических задач может быть много, они могут потребовать длительного времени на реализацию, но в их отношении понятен способ решения. Например, это может быть задача разработать корпус прибора и его интерфейс. С принципиальной же точки зрения главная сложность состояла в том, чтобы разработать детекторный модуль и определить, каких его характеристик мы сможем достичь.

В нашем дозиметре применяется сцинтилляционный кристалл на основе йодистого цезия, активированного таллием (CsI(Tl) с кремниевым фотоумножителем (ФЭУ). Такие ФЭУ появились совсем недавно. В научных исследованиях их уже используют, но в технике применяют достаточно редко. В сопряжении сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя имеется ряд сложностей. Как только мы сумели решить эти проблемы и поняли, какие характеристики сможем получить в результате, стало ясно, что первую часть НИОКР – научно-исследовательской работы – мы завершили, и началась вторая часть – опытно-конструкторские работы. Далее пришлось решать вопрос с обработкой сигнала, т.е. разрабатывать алгоритм расчётов. Всё остальное – это уже чисто технические вопросы, которые были хорошо отработаны ранее в других моделях приборов.

Ключевыми новшествами, которые мы внедрили, являются сочетание сцинтиллятора с кремниевым ФЭУ, а также новая математическая модель обработки сигнала.

Портативный дозиметр гамма- и рентгеновского излучения ДКГ-09Д «Чиж»

- Расскажите подробнее о внедренных новшествах, в частности, о кремниевом фотоумножителе.

- Сцинтиллятор CsI(Tl) достаточно широко применяется, и его характеристики очень хорошо изучены. А вот кремниевый фотоумножитель – это устройство относительно новое, для которого пока нет сформировавшегося рынка. Для развития этого рынка необходим выход на производителя, готового производить такие устройства сотнями тысяч и миллионами в год, чего пока нет. Поэтому пока не существовало окончательно доведённого до ума прибора на этой основе. Отдельные лабораторные прототипы таких дозиметров ранее разрабатывались, но прибора, который мог бы по всем характеристикам успешно конкурировать с другими конструкциями, раньше не было.

Принцип его действия заключается в следующем. Когда частица ионизирующего излучения попадает в сцинтиллятор, то происходит световая вспышка. Но она очень слабая и для того, чтобы её зарегистрировать, нужны фотоэлектронные умножители. Раньше они представляли собой большие вакуумные приборы, в которых слабая вспышка с помощью определённых технических способов усиливается, чтобы её можно было зафиксировать. Новшество состоит в том, что вместо использования крупных вакуумных приборов, аналогичная технология усиления света реализуется в небольшой полупроводниковой микросхеме на основе кремния размером 3*3*1 мм, которая в ответ на поступившую световую вспышку даёт электрический сигнал.

Про кремниевые ФЭУ было известно и ранее, но они обладали весьма слабыми характеристиками. Наконец, когда стало известно, что их характеристики достигли уровня, достаточного для производства детекторов, мы приступили к работе и создали данный прибор.

- Существуют ли иностранные аналоги подобных дозиметров, и планируете ли вы выходить со своим прибором на международный рынок?

- У нас сейчас нет информации о производстве зарубежными компаниями массовых продуктов с такими детекторами.

Выйти на европейский или американский рынок нам, однако, будет сложно, т.к. там есть достаточно производителей приборов с аналогичными характеристиками; тем более, что существует проблема с сертификацией. Однако в страны Азии, развивающие свою атомную энергетику, мы вполне можем поставлять наши приборы, а также организовать обучение персонала по работе с ними.

Следует отметить, что кремниевые фотоумножители впервые были разработаны в НИЯУ МИФИ, впоследствии, однако, эту технологию подхватили зарубежные фирмы. Сейчас одним из лидеров в этом направлении является японская фирма «Hamamatsu»; есть ещё около десятка производителей, некоторые из них серьезные, но большинство находятся на уровне стартапов. Одно из перспективных направлений рынка кремниевых детекторов – использование их в самоуправляемых автомобилях и в ПЭТ-томографии, но в целом пока мировой рынок кремниевых фотоумножителей не сложился.

Одна из проблем выхода на рынок заключается в том, что специализированный рынок уже занят, причем массовый потребитель часто ориентируется в первую очередь на цену и внешний вид прибора, а точность измерений является второстепенной. Из-за более высоких технических характеристик наш дозиметр дороже по цене, чем некоторые другие.

Поэтому на первом этапе мы ориентируемся на выход на внутрироссийский рынок. Если выйдем на уровень продаж несколько тысяч приборов в год, тогда можно будет ставить вопрос и о выходе на зарубежные рынки.

- Сколько времени заняла разработка прибора и какими вы видите дальнейшие перспективы его усовершенствования?

- Путь от идеи до опытного экземпляра, включая все испытания, занял около года. Для прибора, созданного практически с нуля, это достаточно быстрый срок. При этом важно, что именно  в НПП «Доза» были самостоятельно пройдены все этапы от идеи до реализации. В плане интерфейса ещё есть что развивать и совершенствовать, например, добавить возможность связи прибора с мобильным телефоном. Здесь также имеются свои технические проблемы, которые могут быть решены. Однако в принципиальной схеме, касающейся детектора, на настоящий момент вряд ли есть смысл что-то менять.

Производственный процесс

- Где может применяться новый дозиметр «Чиж»?

- Дозиметр «Чиж» может использоваться, например, для контроля радиационного фона на рабочих местах на предприятиях атомной отрасли или на предприятиях, отнесённых к потенциально опасным объектам, где должна проводиться обязательная оценка условий труда по ионизирующему излучению. Новый дозиметр практически идеально подходит для решения этой задачи, т.к. быстро проводит измерения. Ранее использовавшиеся дозиметры, основным элементом которых являлся известный счётчик Гейгера-Мюллера, работают значительно медленнее.

Также дозиметр «Чиж» может использоваться для контроля радиационной обстановки в помещениях. Если есть предположения о повышенном радиационном фоне в помещении, это можно проверить и даже найти источник ионизирующего излучения. Дозиметр имеет поисковый режим, и в определённых условиях радиационную аномалию можно обнаружить.

Удобно использовать «Чиж» и в строительстве, где по нынешним правилам при сдаче нового дома необходимо по результатам измерений радиационного фона оформлять радиационный паспорт. Есть также широкий спектр предприятий, использующих радиационные источники, которые также необходимо контролировать.

- Может ли прибор быть полезен для непрофессионала?

-  Рядовые пользователи могут использовать данный прибор, например, для контроля уровня излучения от строительных материалов. К сожалению, в настоящее время на рынке появляется все больше некачественной продукции, и данная тема становится все более актуальной.

Кроме того, отмечу, что вопреки распространённому мнению, измерить содержание радионуклидов, например, в грибах и ягодах при помощи переносного прибора невозможно. Существует предельно допустимая концентрация тех или иных радионуклидов в продуктах питания, и у любых дозиметров уровень чувствительности для проверки соответствия этим нормам недостаточен. Если дозиметр зафиксировал повышение радиоактивного фона в продуктах питания, то это значит, что уровень содержания радионуклидов превышен во много раз.

 

Также к вышесказанному несколько слов добавила начальник отдела продаж НПП «Доза» Ирина Соколова:

«К числу дополнительных достоинств дозиметра «Чиж» можно отнести, во-первых, то, что благодаря принципиально новой конструкции дисплея его можно использовать даже при очень низких температурах, что является большой редкостью. Во-вторых, простая концепция интерфейса – условно говоря, две кнопки при большом наборе функций, вследствие чего детектором могут пользоваться даже люди, не имеющие специальной подготовки. Но главное его преимущество – это быстрота работы. Очень часто у дозиметристов бывает задача провести большое количество измерений в течение дня, например, при контроле металлолома или при радиационном обследовании строящихся зданий, и время проведения измерений в этом отношении является принципиальным. Дозиметр «Чиж» позволяет специалистам существенно экономить время. Благодаря  всем имеющимся преимуществам наш прибор имеет хорошие шансы занять достойную нишу на рынке».

 

Презентация и видеообзор портативного дозиметр гамма- и рентгеновского излучения ДКГ-09Д «Чиж»