RU137122U1 - DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS - Google Patents
DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS Download PDFInfo
- Publication number
- RU137122U1 RU137122U1 RU2013150272/28U RU2013150272U RU137122U1 RU 137122 U1 RU137122 U1 RU 137122U1 RU 2013150272/28 U RU2013150272/28 U RU 2013150272/28U RU 2013150272 U RU2013150272 U RU 2013150272U RU 137122 U1 RU137122 U1 RU 137122U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gamma
- detector
- alpha
- neutrons
- detectors
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Устройство анализа материалов посредством меченых нейтронов, включающее дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным многопиксельным альфа-детектором, установленный между нейтронным генератором и гамма-детекторами объект исследования, гамма-детекторы на основе неорганического сцинтиллятора, аппаратуру сбора данных, соединенную с ЭВМ и записывающую при условии срабатывания гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне величину амплитуды сигнала с гамма-детектора, время появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора, номер сработавшего гамма-детектора, номер сработавшего пикселя альфа-детектора, отличающееся тем, что неорганические сцинтилляторы гамма-детекторов содержат кислород, гамма-детекторы установлены таким образом, чтобы на каждый из гамма-детекторов попадали меченые нейтроны, а альфа-детектор расположен таким образом, чтобы альфа-частицы, сопутствующие нейтронам, которые попадают на гамма-детектор, приходили не менее, чем на один пиксел (калибровочный пиксел) альфа-детектора, аппаратура сбора данных снабжена средством измерения спектра сигналов с гамма-детекторов при условии совпадений сигналов в гамма-детекторе и сигналов, регистрируемых калибровочным пикселом альфа-детектора в заданном временном окне, с возможностью автоматической калибровки энергетической шкалы гамма-детектора одновременно с регистрацией событий при облучении исследуемого объекта мечеными нейтронами с использованием полученного спектра сигналов с гамма-детекторов и наличия в нем пиков, возникающих при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах кислоро�Labeled neutron material analysis device, including a deuterium-tritium neutron generator with a built-in multi-pixel alpha detector, an object of research installed between the neutron generator and gamma detectors, inorganic scintillator gamma detectors, data acquisition equipment connected to a computer and recording under the condition the operation of the gamma detector and alpha detector in a given time window, the magnitude of the amplitude of the signal from the gamma detector, the time of appearance of the signal from the gamma detector from regarding the signal from the alpha detector, the number of the triggered gamma detector, the number of the triggered pixel of the alpha detector, characterized in that the inorganic scintillators of the gamma detectors contain oxygen, the gamma detectors are installed in such a way that labeled neutrons fall on each of the gamma detectors, and the alpha detector is located so that alpha particles accompanying neutrons that fall on the gamma detector arrive at least one pixel (calibration pixel) of the alpha detector, data acquisition equipment with it is injected with a means of measuring the spectrum of signals from gamma detectors provided that the signals in the gamma detector coincide with the signals recorded by the alpha-detector calibration pixel in a given time window, with the ability to automatically calibrate the energy scale of the gamma detector simultaneously with recording events when the target is irradiated with tagged neutrons using the obtained spectrum of signals from gamma detectors and the presence of peaks in it, arising from inelastic scattering of fast neutrons by oxygen nuclei
Description
Решение относится к области анализа материалов радиационными методами, измерения вторичной эмиссии при облучении быстрыми нейтронами и может быть использовано для обнаружения и идентификации органических веществ, в том числе взрывчатых веществ.The solution relates to the field of analysis of materials by radiation methods, measurement of secondary emission during irradiation with fast neutrons and can be used to detect and identify organic substances, including explosives.
Одна из главных проблем использования нейтронно-активационного анализа состоит в высоком уровне фоновой загрузки гамма- детекторов при регистрации информационного излучения. Источником фона являются гамма-кванты, испускаемые при взаимодействии нейтронов с гамма-детектором, элементами установки и окружающими предметами, распаде образующихся изотопов и т.д. Существенно снизить уровень регистрируемых фоновых сигналов за счет пространственной и временной селекции событий позволяет метод меченых нейтронов [Боголюбов Е.П., Каретников М.Д., Климов А.И., Короткое С.А., Козлов К.Н., Мелешко Е.А., Осташев И.Е., Хасаев Т.О., Яковлев Г.В. Контрольно- измерительный модуль для экспериментов с мечеными нейтронами // Приборы и техника эксперимента, №5, 2006, С. 67-73.].One of the main problems of using neutron activation analysis is the high level of background loading of gamma detectors during registration of information radiation. The source of the background is gamma-rays emitted during the interaction of neutrons with a gamma-ray detector, plant elements and surrounding objects, decay of the resulting isotopes, etc. The method of tagged neutrons [Bogolyubov EP, Karetnikov MD, Klimov AI, Korotkoy SA, Kozlov KN, Meleshko E significantly reduces the level of recorded background signals due to spatial and temporal selection of events) .A., Ostashev I.E., Khasaev T.O., Yakovlev G.V. Control and measuring module for experiments with labeled neutrons // Instruments and experimental equipment, No. 5, 2006, S. 67-73.].
Решение ([Балыгин К.А., Каретников М.Д., Климов А.И., Козлов К.Н., Мелешко Е.А., Осташев И.Е., Яковлев Г.В. Исследования характеристик детектирующей аппаратуры для наносекундного метода меченых нейтронов // Приборы и техника эксперимента, №2, 2009, С. 122-132.]) можно рассматривать, как наиболее близкое к предложенному устройству в данной заявке, содержит дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным многопиксельным альфа-детектором, гамма-детекторы на основе неорганического сцинтиллятора;Solution ([Balygin K.A., Karetnikov M.D., Klimov A.I., Kozlov K.N., Meleshko E.A., Ostashev I.E., Yakovlev G.V. Studies of the characteristics of detecting equipment for nanosecond method of labeled neutrons // Instruments and experimental equipment, No. 2, 2009, P. 122-132.]) can be considered as the closest to the proposed device in this application, contains a deuterium-tritium neutron generator with a built-in multi-pixel alpha detector, gamma - detectors based on inorganic scintillator;
меченые нейтроны, производимые нейтронным генератором проходят через инспектируемый объект и вызывают испускание гамма-квантов, аппаратура сбора данных при условии срабатывания гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне записывает величину амплитуды сигнала с гамма-детектора, время появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора, номер сработавшего гамма-детектора, номер сработавшего пикселя альфа-детектора;The labeled neutrons produced by the neutron generator pass through the inspected object and cause the emission of gamma rays, the data acquisition equipment, subject to the operation of the gamma detector and alpha detector in a given time window, records the magnitude of the signal amplitude from the gamma detector, the time of appearance of the signal from the gamma detector relative to the signal from the alpha detector, the number of the triggered gamma detector, the number of the triggered pixel of the alpha detector;
По значениям величины амплитуды сигнала с гамма-детектора, времени появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора в заданном временном окне, номеру сработавшего гамма-детектора, номеру пикселя альфа-детектора определяют для каждого события энергию гамма- кванта и координаты места его испускания при облучении исследуемого объекта мечеными нейтронами. Данное устройство позволяет увеличить отношение эффект/фон на 2-4 порядка [Балыгин К.А., Каретников М.Д., Климов А.И., Козлов К.Н., Мелешко Е.А., Осташев И.Е., Яковлев Г.В. Исследования характеристик детектирующей аппаратуры для наносекундного метода меченых нейтронов // Приборы и техника эксперимента, №2, 2009, С. 122-132.] по сравнению с аналогичными устройствами без использования метода меченых нейтронов за счет того, что преимущественно регистрируют события (эффект), производимые мечеными нейтронами, а сигналы с гамма-детекторов, возникающие при попадании на него фоновых нейтронов и гамма-квантов не регистрируют, поскольку они не сопровождаются срабатыванием гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне. Гамма-детекторы установлены таким образом, чтобы меченые нейтроны в них не попадали. Недостатком устройства является неконтролируемое изменение калибровочной зависимости для гамма-детекторов в ходе эксплуатации, например, при изменении температуры и загрузки детектора. При этом увеличивается погрешность измерения энергии гамма-квантов.Using the values of the amplitude of the signal from the gamma detector, the time of appearance of the signal from the gamma detector relative to the signal from the alpha detector in a given time window, the number of the triggered gamma detector, the pixel number of the alpha detector, the gamma quantum energy and location coordinates are determined for each event its emission during the irradiation of the investigated object with labeled neutrons. This device allows you to increase the effect / background ratio by 2-4 orders of magnitude [Balygin K.A., Karetnikov M.D., Klimov A.I., Kozlov K.N., Meleshko E.A., Ostashev I.E., Yakovlev G.V. Studies of the characteristics of detecting equipment for the nanosecond method of labeled neutrons // Instruments and experimental equipment, No. 2, 2009, S. 122-132.] In comparison with similar devices without using the method of labeled neutrons due to the fact that events (effect) are mainly recorded, labeled neutrons, and signals from gamma detectors that occur when background neutrons and gamma quanta hit it are not recorded, since they are not accompanied by the operation of the gamma detector and alpha detector at a given time window. Gamma detectors are installed so that labeled neutrons do not fall into them. The disadvantage of this device is an uncontrolled change in the calibration dependence for gamma detectors during operation, for example, when the temperature and load of the detector change. This increases the error in measuring the energy of gamma rays.
Для уменьшения погрешности измерения энергии гамма-квантов в устройстве на основе метода меченых нейтронов, содержащем дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным многопиксельным альфа-детектором, гамма-детекторы на основе неорганического сцинтиллятора, меченые нейтроны, производимые нейтронным генератором проходят через инспектируемый объект и вызывают испускание гамма-квантов, аппаратуру сбора данных, при условии срабатывания гамма- детектора и альфа-детектора в заданном временном окне записывающую величину амплитуды сигнала с гамма-детектора, время появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора, номер сработавшего гамма-детектора, номер сработавшего пикселя альфа-детектора, для регистрации гамма-квантов используют гамма-детекторы с высоким содержанием кислорода, объект исследования устанавливают между нейтронным генератором и гамма-детекторами, гамма-детекторы установлены таким образом, чтобы на каждый из гамма-детекторов попадали меченые нейтроны, а альфа-детектор расположен таким образом, чтобы альфа-частицы, сопутствующие нейтронам, которые попадают на гамма-детектор, приходили не менее, чем на один пиксел (калибровочный пиксел) альфа-детектора, расстояние S между исследуемым объектом и гамма-детекторами вдоль потока меченых нейтронов составляет не менее S=3v·τ, где τ - временное разрешение при измерении альфа-гамма совпадений, v - скорость меченых нейтронов, при условии совпадений сигналов в гамма- детекторе и сигналов, регистрируемых калибровочным пикселом альфа-детекторе в заданном временном окне, производят измерение спектра сигналов с гамма- детекторов, по этому спектру, используя наличие в нем пиков, возникающих при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах кислорода, содержащегося в гамма-детекторах, производят автоматическую калибровку энергетической шкалы гамма-детектора одновременно с регистрацией событий при облучении исследуемого объекта мечеными нейтронами, гамма-детекторы выполнены на основе неорганического сцинтиллятора с высоким содержанием кислорода, например, из германата висмута Bi4Ge3O12 (BGO) или ортосиликата лютеция Lu1.8Y0.2SiO5(Ce) (LYSO).To reduce the error of measuring gamma-ray energy in a device based on the tagged neutron method, containing a deuterium-tritium neutron generator with a built-in multi-pixel alpha detector, gamma detectors based on an inorganic scintillator, labeled neutrons produced by a neutron generator pass through the inspected object and cause emission gamma quanta, data acquisition equipment, subject to the operation of the gamma detector and alpha detector in a given time window recording the magnitude of the amplitude the signal from the gamma detector, the time of appearance of the signal from the gamma detector relative to the signal from the alpha detector, the number of the triggered gamma detector, the number of the triggered pixel of the alpha detector, gamma detectors with a high oxygen content are used to register gamma quanta, the object of study is set between the neutron generator and gamma detectors, gamma detectors are installed so that labeled neutrons fall on each of the gamma detectors, and the alpha detector is located so that the alpha particles corresponding to neutrons that fall on the gamma-ray detector came at least one pixel (calibration pixel) of the alpha-detector, the distance S between the studied object and gamma-ray detectors along the flux of labeled neutrons is at least S = 3v · τ, where τ - time resolution for measuring alpha-gamma coincidences, v - speed of labeled neutrons, provided that the signals in the gamma-detector coincide with the signals recorded by the calibration pixel alpha-detector in a given time window, the spectrum of signals with gamma tectors, according to this spectrum, using the peaks arising from inelastic scattering of fast neutrons by the oxygen nuclei contained in gamma detectors, they automatically calibrate the energy scale of the gamma detector at the same time as events are recorded when the target is irradiated with tagged neutrons, gamma detectors made on the basis of an inorganic scintillator with a high oxygen content, for example, of bismuth germanate Bi 4 Ge 3 O 12 (BGO) or lutetium orthosilicate Lu 1.8 Y 0.2 SiO 5 (Ce) (LYSO).
Таким образом, техническим результатом заявленного предложения является уменьшение погрешности измерения энергии гамма-квантов посредством автоматической калибровки энергетической шкалы гамма-детектора.Thus, the technical result of the claimed proposal is to reduce the error in measuring the energy of gamma rays by automatically calibrating the energy scale of the gamma detector.
Обеспечение указанного технического результата возможно при реализации следующей совокупности существенных признаков.Providing the specified technical result is possible with the implementation of the following set of essential features.
Устройство анализа материалов посредством меченых нейтронов, включающее дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным многопиксельным альфа-детектором, установленный между нейтронным генератором и гамма- детекторами объект исследования, гамма-детекторы на основе неорганического сцинтиллятора, аппаратуру сбора данных,Labeled neutron material analysis device, including a deuterium-tritium neutron generator with a built-in multi-pixel alpha detector, an object of research between the neutron generator and gamma detectors, inorganic scintillator gamma detectors, data acquisition equipment,
при условии срабатывания гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне записывающую величину амплитуды сигнала с гамма-детектора, время появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора, номер сработавшего гамма-детектора, номер сработавшего пикселя альфа-детектора, причемsubject to the operation of the gamma detector and alpha detector in a given time window, recording the magnitude of the signal amplitude from the gamma detector, the time of appearance of the signal from the gamma detector relative to the signal from the alpha detector, the number of the triggered gamma detector, the number of the triggered pixel of the alpha detector, moreover
неорганические сцинтилляторы гамма-детекторов содержат кислород,inorganic scintillators of gamma detectors contain oxygen,
гамма-детекторы установлены таким образом, чтобы на каждый из гамма-детекторов попадали меченые нейтроны,gamma detectors are installed so that labeled neutrons fall on each of the gamma detectors,
а альфа-детектор расположен таким образом, чтобы альфа-частицы, сопутствующие нейтронам, которые попадают на гамма-детектор, приходили не менее, чем на один пиксел (калибровочный пиксел) альфа-детектора,and the alpha detector is located in such a way that alpha particles accompanying neutrons that fall on the gamma detector arrive at least one pixel (calibration pixel) of the alpha detector,
аппаратура сбора данных снабжена средством измерения спектра сигналов с гамма-детекторов при условии совпадений сигналов в гамма-детекторе и сигналов, регистрируемых калибровочным пикселом альфа-детектора в заданном временном окне, с возможностью автоматической калибровки энергетической шкалы гамма-детектораThe data acquisition equipment is equipped with a means of measuring the spectrum of signals from gamma detectors, provided that the signals in the gamma detector coincide with the signals recorded by the alpha-detector calibration pixel in a given time window, with the ability to automatically calibrate the energy scale of the gamma detector
одновременно с регистрацией событий при облучении исследуемого объекта мечеными нейтронами с использованием полученного спектра сигналов с гамма-детекторов и наличия в нем пиков, возникающих при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах кислорода, содержащегося в гамма-детекторах, расстояние S между исследуемым объектом и гамма-детекторами вдоль потока меченых нейтронов составляет не менее S=3v·τ, где τ - временное разрешение при измерении альфа-гамма совпадений, v - скорость меченых нейтронов.simultaneously with the registration of events during irradiation of an object under study with labeled neutrons using the obtained spectrum of signals from gamma detectors and the presence of peaks in it arising from inelastic scattering of fast neutrons by the nuclei of oxygen contained in gamma detectors, the distance S between the object under study and gamma detectors along the flux of tagged neutrons is at least S = 3v · τ, where τ is the time resolution in measuring alpha-gamma coincidences, v is the speed of tagged neutrons.
Предложение по настоящей заявке поясняется следующими иллюстративными материалами.The proposal for this application is illustrated by the following illustrative materials.
Фиг. 1 - Схема предлагаемого устройства.FIG. 1 - Scheme of the proposed device.
Фиг 2 - Блок-схема экспериментальной модели для осуществления предложенного устройства.Fig 2 is a block diagram of an experimental model for implementing the proposed device.
Фиг. 3 - Нумерация пикселей альфа-детектора (вид стороны тритиевой мишени 2).FIG. 3 - Pixel numbering of the alpha detector (side view of the tritium target 2).
Фиг. 4 - Спектр гамма-квантов, соответствующий времени прохождения нейтронами исследуемого объекта 7.FIG. 4 - The spectrum of gamma rays corresponding to the neutron transit time of the investigated
Фиг. 5 - Спектр гамма-квантов, соответствующий времени прохождения нейтронами гамма-детектора 8.FIG. 5 - Gamma-ray spectrum corresponding to the neutron transit time of the gamma-
Позициями на иллюстрациях обозначены:The positions in the illustrations indicate:
1 - нейтронный генератор,1 - neutron generator,
2 - пучок дейтронов,2 - a beam of deuterons,
3 - тритиевая мишень,3 - tritium target,
4 - нейтроны,4 - neutrons,
5 - альфа-частицы,5 - alpha particles,
6 - позиционно-чувствительный (многопиксельный) альфа-детектор,6 - position-sensitive (multi-pixel) alpha detector,
7 - исследуемый объект,7 - the investigated object,
8 - гамма- детекторы,8 - gamma detectors,
9 - система сбора данных,9 - data acquisition system,
10 - ЭВМ.10 - computer.
Ионный источник нейтронного генератора 1 создает пучок дейтронов 2, падающий на тритиевую мишень 3. В реакции взаимодействия дейтерия с тритием T(d,n)He4 образуются быстрые нейтроны 4 и альфа-частицы 5 (He4), причем начальная энергия и направление движения нейтрона и сопутствующей альфа-частицы однозначно связаны и определяются законами сохранения энергии и импульса в данной ядерной реакции:The ion source of
где pd, pn, pα - импульс дейтрона, нейтрона и α-частицы, соответственно; θα-d - угол между направлениями вылета альфа-частицы и дейтрона, θn-d - угол между направлениями вылета нейтрона и дейтрона, Q - энергия T(d,n)He4 реакции ≈17.6 МэВ.where p d , p n , p α - momentum of the deuteron, neutron and α-particles, respectively; θ α-d is the angle between the directions of the alpha particle and deuteron, θ nd is the angle between the directions of the neutron and deuteron, Q is the reaction energy T (d, n) He 4 ≈17.6 MeV.
В нейтронный генератор встроен позиционно-чувствительный (многопиксельный) альфа-детектор 6, который фиксирует номер (координаты) Rα сработавшего пиксела и время регистрации альфа-частиц tα, что позволяет, вводя поправку на скорость альфа-частицы (~1.3 см/нс), определять время вылета и направление движения альфа-частицы. По этим данным, используя соотношения (1), можно определить время вылета, направление движения и энергию (скорость) нейтрона, т.е. «пометить» нейтрон сопутствующей зарегистрированной альфа-частицей.A position-sensitive (multi-pixel)
Энергия меченых нейтронов составляет около 14 МэВ (скорость 5·107 м/с). При прохождении нейтрона с такой энергией в органическом веществе, находящемся в исследуемом объекте 7, одной из наиболее вероятных реакций взаимодействия нейтрона с веществом является реакция неупругого рассеяния нейтрона (n, n', γ) на ядрах углерода, азота и кислорода с испусканием гамма-квантов. Гамма-кванты регистрируют гамма-детекторами 8, при этом измеряется время регистрации гамма-кванта tγ. Учитывая известную скорость нейтрона, по разнице времени между регистрацией альфа-частицы и гамма кванта Δt=tγ-tα можно определить расстояние L от мишени 3 нейтронного генератора до места испускания гамма-кванта в результате неупругого рассеяния меченого нейтрона в исследуемом объекте. Зная расстояние L и направление движения меченого нейтрона, можно определить пространственные координаты места, где произошло испускание гамма- кванта при неупругом рассеянии меченого нейтрона в исследуемом объекте.The energy of tagged neutrons is about 14 MeV (
Энергия гамма-кванта несет информацию о ядре-рассеивателе. При неупругом рассеянии быстрых нейтронов возникает гамма-излучение, спектр которого является сигнатурным, т.е. уникальным для различных химических элементов. В Таблице приведены энергии линий гамма-излучения, испускаемые при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах азота, кислорода и углерода и используемые для идентификации этих элементов.The energy of the gamma ray carries information about the scattering core. In the case of inelastic scattering of fast neutrons, gamma radiation occurs, the spectrum of which is signature, i.e. unique to various chemical elements. The table shows the gamma-ray line energies emitted during inelastic neutron scattering by the nuclei of nitrogen, oxygen and carbon and used to identify these elements.
Система сбора данных 9 регистрирует события в режиме совпадений, т.е. при условии одновременного срабатывания гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне. Информация о событии передается в ЭВМ 10 и включает четыре параметра: а) величину сигнала Q с гамма-детектора, б) время Δt регистрации сигнала от гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора в заданном временном окне, в) номер сработавшего гамма-детектора, г) номер сработавшего пикселя альфа-детектора. В альфа-детектор попадает небольшая часть (1-2%) от общего потока альфа-частиц с мишени. Поскольку фоновые сигналы с гамма-детектора (которые не сопровождаются сигналом с альфа-детектора в заданном временном окне) не регистрируются, метод меченых нейтронов позволяет существенно увеличить отношение сигнал/фон.The
В методе меченых нейтронов для регистрации гамма-квантов наиболее эффективно использовать гамма-детекторы на основе неорганических сцинтилляторов (NaI, LYSO, BaF2, Bi4Ge3O12, Lu1.8Y0.2SiO5(Ce), сопряженных с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ). Энергия гамма-кванта определяется путем измерения величины сигнала Q с гамма-детектора. В качестве такого сигнала может использоваться заряд, собираемый на аноде ФЭУ, максимальная амплитуда тока на аноде ФЭУ и т.д. Для определения энергии гамма-квантов W путем измерения сигнала 6 необходима калибровка гамма-детекторов с помощью облучения гамма-квантами с известной энергией, например, образующимися при радиоактивном распаде радиоактивных изотопов (например, Co-60 или Cs-137) или при неупругом рассеянии нейтронов на некоторых веществах, сопровождаемых испусканием гамма-квантов нескольких линий, например, углерод, азот, кислород, алюминий (см. Таблицу). При использовании гамма-детекторов на основе неорганических сцинтилляторов сигнал Q линейно зависит от поглощенной энергии W [Ю.К. Акимов. Детекторы ядерных излучений на основе неорганических сцинтилляторов. Физика элементарных частиц и атомного ядра, Т. 25, вып. 1, 1994, с. 229-284.], и калибровка производится по двум линиям спектра гамма-квантов W1 и W2, соответствующих сигналу Q1 и Q2, соответственно, а энергия гамма-кванта находится по из соотношения:In the method of labeled neutrons for detecting gamma rays, it is most efficient to use gamma detectors based on inorganic scintillators (NaI, LYSO, BaF 2 , Bi 4 Ge 3 O 12 , Lu 1.8 Y 0.2 SiO 5 (Ce), coupled to photoelectron multipliers (PMTs) ). The energy of the gamma quantum is determined by measuring the value of signal Q from the gamma detector. As such a signal, the charge collected on the PMT anode, the maximum amplitude of the current on the PMT anode, etc. To determine the energy of gamma quanta W by measuring
где калибровочные коэффициенты a и b определяются из уравнений:where the calibration coefficients a and b are determined from the equations:
Если Q=0 при W=0, то калибровка производится по одной линии спектра гамма-квантов W1, соответствующей сигналу Q1 и калибровочные коэффициенты равны:If Q = 0 at W = 0, then the calibration is performed on one line of the spectrum of gamma rays W 1 corresponding to the signal Q 1 and the calibration coefficients are equal to:
При изменении влияющих факторов, например, температуры или загрузки детектора калибровочный коэффициент b в калибровочной зависимости (2) неконтролируемо изменяется, что приводит к увеличению погрешности определения энергии гамма-кванта.When changing influencing factors, for example, temperature or detector load, the calibration coefficient b in the calibration dependence (2) changes uncontrollably, which leads to an increase in the error in determining the energy of the gamma quantum.
В уровне техники не известно средство того же назначения, что и заявленная полезная модель, которому присущи все приведенные в независимом пункте формулы полезной модели существенные признаки, включая характеристику назначения, следовательно, предложенное устройство является новым.In the prior art, it is not known a means of the same purpose as the claimed utility model, which is inherent in all the essential features given in the independent claim of the utility model formula, including the purpose of the application, therefore, the proposed device is new.
Предложенное устройство может быть использовано в промышленности для измерения содержания кислорода, азота, углерода в материале, в частности, в системах обнаружения взрывчатых веществ. Предлагаемое устройство позволяет проводить измерения в контролируемых объектах без нарушения целостности объекта.The proposed device can be used in industry for measuring the content of oxygen, nitrogen, carbon in a material, in particular, in explosive detection systems. The proposed device allows measurements in controlled objects without violating the integrity of the object.
Следовательно, предложенное устройство является промышленно применимым и социально приемлемым.Therefore, the proposed device is industrially applicable and socially acceptable.
Дополнительные пояснения к иллюстрациям.Additional explanations for illustrations.
Блок-схема экспериментальной модели для осуществления предложенного устройства представлена на Фиг. 2.A block diagram of an experimental model for implementing the proposed device is shown in FIG. 2.
Нумерация пикселей альфа-детектора (вид стороны тритиевой мишени 2) приведена на Фиг. 3. Исследуемый объект представляет собой куб со стороной 0,1 м из графита.The pixel numbering of the alpha detector (side view of the tritium target 2) is shown in FIG. 3. The object under investigation is a cube with a side of 0.1 m of graphite.
Нейтронный генератор 1 с встроенным многопиксельным альфа-детектором 6 испускает меченые нейтроны, при испускании меченого нейтрона время его вылета и направление движения регистрируется альфа-детектором. Исследуемый объект 7 помещают между нейтронным генератором 1 и гамма-детектором 8 на основе кристалла Bi4Ge3O12, причем расстояние между исследуемым объектом 7 и гамма-детектором 8 составляет 0,45 м (временное разрешение системы при использовании гамма-детекторов на основе кристалла Bi4Ge3O12 составляет 3·10-9 с [Балыгин К.А., Каретников М.Д., Климов А.И., Козлов К.Н., Мелешко Е.А., Осташев И.Е., Яковлев Г.В. Исследования характеристик детектирующей аппаратуры для наносекундного метода меченых нейтронов // Приборы и техника эксперимента, №2, 2009, С. 122-132.]). Часть меченых нейтронов, испускаемых нейтронным генератором 1, проходит через исследуемый объект 7. При этом испускаются гамма-кванты в результате неупругого рассеяния нейтронов на ядрах исследуемого объекта 7. При условии срабатывания гамма-детектора 8 и альфа-детектора 6 в заданном временном окне система сбора данных 9 регистрирует события (альфа-гамма совпадения) При регистрации каждого события записывают четыре параметра: величину амплитуды сигнала с гамма-детектора, время появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора в заданном временном окне, номер сработавшего гамма- детектора, номер пикселя альфа-детектора. По этим параметрам определяют энергию гамма-кванта и координаты места его испускания при облучении исследуемого объекта мечеными нейтронами для проведения элементного анализа исследуемого объекта. Часть меченых нейтронов, сопутствующая альфа-частица которым регистрируется пикселем №2 (Фиг. 3), попадает на гамма-детектор 8 и возбуждает реакции неупругого рассеяния нейтронов с вылетом гамма-квантов на ядрах кислорода, входящего в состав гамма-детектора 8, которые регистрируются гамма-детектором 8. При условии срабатывания гамма-детектора 8 и альфа-детектора 6 в заданном временном окне система сбора данных 9 регистрирует события. По спектру величин сигналов с гамма-детектора 8 ЭВМ 10 определяет величины сигнала с гамма-детектора 6 (Q1 и Q2), соответствующие энергиям двух пиков (W1=3,76 МэВ и W2=6,12 МэВ) спектра неупругого рассеяния нейтронов на ядрах кислорода (табл.1), входящего в состав рабочего тела гамма-детектора 8.
На Фиг. 4 показан спектр гамма-квантов, соответствующий времени прохождения нейтронами исследуемого объекта 7, при совпадении в заданном временном окне сигналов пикселя №5 (регистрирующим альфа-частицы, сопутствующие нейтронам, проходящим через исследуемый объект 7) альфа-детектора 6 и гамма-детектора 8, где виден характерный спектр гамма-квантов неупругого рассеяния на углероде (материале объекта 7). На Фиг. 5 показан спектр гамма-квантов, соответствующий времени прохождения нейтронами гамма-детектора 8, при совпадении в заданном временном окне сигналов пикселя №2 альфа-детектора (калибровочного пикселя) и гамма-детектора 8, где хорошо видны линии кислорода 3,76 МэВ и 6,13 МэВ, входящего в состав гамма-детектора 5.In FIG. 4 shows a gamma-ray spectrum corresponding to the neutron transit time of the studied
При условии срабатывания гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне система сбора данных 9 регистрирует события. По спектру величин сигналов с гамма-детектора 6 ЭВМ 10 определяет величины сигнала с гамма-детектора 6 (Q1 и Q2), соответствующие энергиям двух пиков (W1=3,76 МэВ и W2=6,12 МэВ) спектра неупругого рассеяния нейтронов на ядрах кислорода (табл.1), входящего в состав рабочего тела гамма-детектора 8. По соотношениям (3) и (4) определяют коэффициенты скорректированной калибровочной зависимости (2), связывающая величину сигнала с гамма-детектора 8 Q и энергию гамма-кванта W, и автоматически изменяют калибровочную зависимость.Under the condition of the operation of the gamma detector and alpha detector in a given time window, the
Погрешность измерений ΔW энергии гамма-кванта можно представить как сумму случайной δ и систематической θ погрешностиThe measurement error ΔW of the gamma-ray energy can be represented as the sum of the random δ and systematic θ error
Поскольку сигналы с гамма-детектора, регистрируемые в составе событий для проведения элементного анализа исследуемого объекта и автоматической калибровки, получены при одинаковой температуре и загрузки гамма-детектора, коэффициент b в соотношении (2) для них одинаковый. Следовательно, систематическая погрешность измерения энергии гамма- квантов, обусловленная изменением температуры сцинтиллятора или загрузки детектора, в заявляемом устройстве отсутствует (θ), а погрешность ΔW равнаSince the signals from the gamma detector recorded in the composition of events for conducting elemental analysis of the studied object and automatic calibration were obtained at the same temperature and loading of the gamma detector, the coefficient b in relation (2) is the same for them. Therefore, the systematic error in measuring the energy of gamma rays due to a change in the temperature of the scintillator or the detector load is absent (θ) in the inventive device, and the error ΔW is
где ε - энергетическое разрешение гамма- детектора, измеряемое по полной ширине пика на полувысоте (FWHM) на энергетическом спектре. Например, энергия гамма-квантов, испускаемых при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах углерода, составляет 4,44 МэВ. Энергетическое разрешение гамма-детектора на этой линии составляет ε=4%, следовательно, ΔW=0,076 МэВ.where ε is the energy resolution of the gamma detector, measured by the full peak width at half maximum (FWHM) in the energy spectrum. For example, the energy of gamma rays emitted during inelastic scattering of fast neutrons by carbon nuclei is 4.44 MeV. The energy resolution of the gamma detector on this line is ε = 4%, therefore, ΔW = 0.076 MeV.
Температурный коэффициент сцинтиллятора Bi4Ge3O12 k составляет 0,011/град [4. Gironneta J., Mikhailikc V.B., Krausc H., de Marcillaca P., Coron N. Scintillation studies of Bi4Ge3O12 (BGO) down to a temperature of 6 K // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A, Volume 594, Issue 3, 2008, P. 358-361]. При работе изменение температуры ΔT сцинтиллятора за счет нагрева со стороны фотоэлектронного умножителя составляет 3 град/C. При отсутствие автоматической калибровки (в устройстве прототипе) систематическая погрешность измерения энергии гамма-кванта определяется выражениемThe temperature coefficient of the Bi 4 Ge 3 O 12 k scintillator is 0.011 / deg [4. Gironneta J., Mikhailikc VB, Krausc H., de Marcillaca P., Coron N. Scintillation studies of Bi4Ge3O12 (BGO) down to a temperature of 6 K // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A, Volume 594,
и для линии 4,44 МэВ равна 0,132 МэВ, а суммарная погрешность (формула (6)) составляет 0,208 МэВ, что более чем в 3 раза превышает значение погрешности, достижимую при использовании заявляемого устройства.and for the 4.44 MeV line it is 0.132 MeV, and the total error (formula (6)) is 0.208 MeV, which is more than 3 times the error value achievable when using the inventive device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013150272/28U RU137122U1 (en) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013150272/28U RU137122U1 (en) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU137122U1 true RU137122U1 (en) | 2014-01-27 |
Family
ID=49957283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013150272/28U RU137122U1 (en) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU137122U1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685047C1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-04-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Apparatus and method for determination of element composition of materials by layered neutrons |
RU2690041C1 (en) * | 2018-07-11 | 2019-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method |
RU207121U1 (en) * | 2021-06-22 | 2021-10-13 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Tagged neutron detection device for explosives with active radiation shielding |
RU210383U1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-04-14 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Neutron block separator of diamond-bearing ore |
RU215240U1 (en) * | 2022-07-15 | 2022-12-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | SENSITIVE ELEMENT OF THE MECHANICAL CALIBRATION UNIT |
-
2013
- 2013-11-12 RU RU2013150272/28U patent/RU137122U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685047C1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-04-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Apparatus and method for determination of element composition of materials by layered neutrons |
WO2019182482A1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Device and method for determining the elemental composition of materials by the labelled neutron method |
RU2690041C1 (en) * | 2018-07-11 | 2019-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" | Method and system for detecting hazardous substances in freight train cars using the tagged neutron method |
RU207121U1 (en) * | 2021-06-22 | 2021-10-13 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Tagged neutron detection device for explosives with active radiation shielding |
RU210383U1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-04-14 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Neutron block separator of diamond-bearing ore |
RU215240U1 (en) * | 2022-07-15 | 2022-12-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | SENSITIVE ELEMENT OF THE MECHANICAL CALIBRATION UNIT |
RU215718U1 (en) * | 2022-07-15 | 2022-12-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | MECHANICAL GAMMA SPECTROMETER CALIBRATION UNIT |
RU215719U1 (en) * | 2022-07-25 | 2022-12-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | NEUTRON ANALYSIS DEVICE WITH BUILT-IN MECHANICAL CALIBRATION UNIT |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20050023479A1 (en) | Neutron and gamma ray monitor | |
US8058624B2 (en) | Method of detection of fast neutrons | |
RU137122U1 (en) | DEVICE FOR ANALYSIS OF MATERIALS BY MEANS OF LABELED NEUTRONS | |
US3602713A (en) | Passive moisture meter | |
Madden et al. | An imaging neutron/gamma-ray spectrometer | |
US8110807B2 (en) | Rediation detector system for locating and identifying special nuclear material in moving vehicles | |
Naqvi et al. | Detection efficiency of low levels of boron and cadmium with a LaBr3: Ce scintillation detector | |
Ryzhikov et al. | Advanced multilayer composite heavy-oxide scintillator detectors for high-efficiency fast neutron detection | |
Ryzhikov et al. | Fast neutron detectors and portal monitors based on solid-state heavy-oxide scintillators | |
Ryzhikov et al. | The use of fast and thermal neutron detectors based on oxide scintillators in inspection systems for prevention of illegal transportation of radioactive substances | |
RU2308740C1 (en) | Method of detecting source of penetrating radiation | |
Proctor et al. | Detecting fissionable materials in a variety of shielding matrices via delayed gamma and neutron photofission signatures—Part 2: Experimental results | |
Kolesnikov et al. | Characteristics of ZnS (Ag)+ 6LiF Scintillator-Based Detector Used as a Neutron Dosimeter | |
RU56003U1 (en) | DETECTOR OF NEUTRONS AND GAMMA QUANTUM | |
Kim et al. | Development of a CsI (Tl) scintillator based gamma probe for the identification of nuclear materials in unknown areas | |
Matsumoto et al. | Development of a Neutron Detection System using an LGB Scintillator for Precise Measurements of Epi-Thermal Neutrons | |
Mią | Characterization of gamma quanta detector for the SABAT sensor | |
Ryzhikov et al. | The highly efficient gamma-neutron detector for control of fissionable radioactive materials | |
KR20140062292A (en) | The measuring method of nuclear material by nuclear fission reaction by neutron and low temperature detector, and the device thereof | |
RU2502986C1 (en) | Neutron radiography method | |
Perry et al. | A high-efficiency NaI (Tl) detector array with position sensitivity for experiments with fast exotic beams | |
Dazeley et al. | Antineutrino detection based on 6Li-doped pulse shape sensitive plastic scintillator and gadolinium-doped water | |
RU2347241C1 (en) | Detector for recording of ionising radiation | |
Boo et al. | Coded-aperture Gamma Imager for the Measurement of Ambient Dose Equivalent Rate | |
Recker | Enabling Mobile Neutron Detection Systems with CLYC |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20161113 |