Vytisknout tuto stránku

Fakulta s firmou vyvinuly digitální spektrometr jaderného záření

14. 6. 2016
Fakulta s firmou vyvinuly digitální spektrometr jaderného záření

Od projektu až do výroby. Celých pět let spolupracovali výzkumníci z Fakulty informatiky MU a Univerzity obrany s odborníky firmy VF, a.s. na vývoji digitálního spektrometrického systému, kterým lze měřit jaderné záření. Aparaturu, která umožňuje rychlejší měření než stávající technika, se podařilo dovyvinout a ochránit užitnými vzory. Firma VF nyní na zařízení koupila licenci a vyrobila první přístroje.

Zařízení je schopno rozlišit gama záření a neutrony a určit jejich energetické spektrum. To vše v řádu minut. Co analogovým přístrojům trvalo hodiny i dny, zvládne digitální technologie z Fakulty informatiky doslova na počkání, protože může pracovat i v režimu on-line. Digitální spektrometrický systém jaderného záření je nejen rychlejší, ale i menší, s levnějším provozem a vyžaduje menší příkon, než dosavadní technologie.

Týmu profesora Václava Přenosila z Fakulty informatiky se povedl ukázkový příklad aplikovaného výzkumu. "S podobnou myšlenkou jsme si pohrávali už dlouho, nějakých deset, patnáct let. Ale byla to jen idea, jak by to mohlo fungovat," vzpomíná Přenosil. Do skutečného vývoje se pustili v roce 2011, kdy tým složený z lidí z Masarykovy univerzity, Univerzity obrany a odborníků firmy VF, a.s. uspěl s projektem v programu Technologické agentury ČR na podporu aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje. Společně pak v projektu navrhli nový hardware i algoritmy, které zrychlily vyhodnocení detekovaného záření.

Chytrý algoritmus

"Dříve se standardně musely vybírat impulzy, které takříkajíc vypadají pěkně, například se nepřekrývají. Navíc měly aparatury nízkou propustnost a hodně signálů se ztratilo. My s naší technikou umíme snímat až půl milionu impulzů za sekundu. Nevhodné impulzy algoritmus rozpozná a automaticky vyřadí," vysvětluje Přenosil. Důležité je, že vše se odehrává ještě na úrovní hardwaru, v integrovaném obvodu typu FPGA (Field Programmable Gate Array neboli Programovatelném hradlovém poli), což proces urychluje.

spektrometr new

Takto vypadá výsledek projektu TAČR – Digitální spektrometr (foto: archiv V. Přenosila)

 

Důležité je umět výstupní impulzy z detektoru rozdělit na gama záření a neutrony. Obojí poškozují jak materiály, tak biologickou tkáň, ale odlišným mechanismem a s různými výsledky. Odlišit od sebe tyto dva typy částic přitom není jednoduché, rozdíly mezi nimi jsou totiž velmi malé. "Neutron má délku impulzu řádově 100 nanosekund, gama záření jen 90 nanosekund. Separace se přitom dělá na základě časového průběhu impulzu, přičemž amplituda impulzu odpovídá jeho energii a ta má velký rozsah," upřesňuje Přenosil. Pro představu – kdyby chtěl člověk znázornit záření křivkou na papíře, rozdíl mezi čarami by byl sotva znatelný, přičemž nejmenší impulz by měl amplitudu 1 milimetr a největší 0,2 metru i více.

"Použili jsme nejnovější elektronické součástky, které dokáží zpracovat vysokou četnost impulzů, a pak také nejvhodnější algoritmy. To je naše know-how," dodává Přenosil. Celkem vyšel projekt na 27,5 milionu korun, celých 9 milionů musela firma VF vložit do projektu ze svého.

S testováním pomohly finance na Proof of Concept

Výstupem projektu byl funkční vzorek, k reálné výrobě to ale nestačilo. Bylo potřeba ověřit věrohodnost detekce jednotlivých částic v celém rozsahu jejich energií. Tým si proto požádal o podporu v rámci tzv. proof of concept. "Objížděli jsme různé zdroje jaderného záření se známým spektrem energií emitovaných částic a prováděli ověřovací měření. Například u výzkumného reaktoru LR-0 v Řeži u Prahy, kde je energetické spektrum s velkou přesností ověřeno a my jsme mohli tyto údaje porovnávat s našimi výsledky," říká Přenosil s tím, že další testovací měření prováděli třeba u cyklotronu Akademie věd nebo v Protonovém centru v Praze. "Bez PoC bychom tato měření jen těžko prováděli," dodal Přenosil.

 

spektrometr4

Měření u výzkumného reaktoru LR-0 v Řeži u Prahy (foto: archiv V. Přenosila)

 

Přístroje už se reálně vyrábí. Říct, že už se výrobek dostal laicky řečeno "na pulty obchodů" přesto není v tomto případě přesné. "Technologie má vysoký potenciál uplatnění v zařízeních pro monitoring ionizujícího záření v různých prostředích a v dodávkách speciálních zařízení pro výzkumné ústavy a instituce zabývajících se studiem ionizujícího záření," vysvětlil Petr Halas z firmy VF s tím, že zatím byly vyrobeny a dodány tři komplety pro výzkumné ústavy a vývojové laboratoře. "V současné době je prováděna úprava vyvinutého kusu pro výrobky, které ještě nejsou prototypy, tedy pro takzvanou opakovanou výrobu," uzavřel Halas.

 

Článek byl uveřejněn na webových stránkách CTT MU 13. června 2016