RU2029315C1 - Method of identifying penetrating radiation source - Google Patents

Method of identifying penetrating radiation source Download PDF

Info

Publication number
RU2029315C1
RU2029315C1 SU5020883A RU2029315C1 RU 2029315 C1 RU2029315 C1 RU 2029315C1 SU 5020883 A SU5020883 A SU 5020883A RU 2029315 C1 RU2029315 C1 RU 2029315C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
holes
collimator
image
distance
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.А. Иванов
С.Ю. Кузьминых
В.В. Меньшенин
Original Assignee
Иванов Геннадий Алексеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иванов Геннадий Алексеевич filed Critical Иванов Геннадий Алексеевич
Priority to SU5020883 priority Critical patent/RU2029315C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2029315C1 publication Critical patent/RU2029315C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: measurement of parameters of nuclear radiations. SUBSTANCE: object gamma-neutron image is projected into surface of converter through multiple holes-collimators made in protection screen. The holes are disposed with pitch chosen from the condition given in the description of the invention. EFFECT: improved reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам изучения внутренней структуры объектов, являющихся источниками ядерных излучений, и может быть использовано, например, для контроля объектов из делящихся материалов. The invention relates to methods for studying the internal structure of objects that are sources of nuclear radiation, and can be used, for example, to control objects from fissile materials.

Известно техническое решение задачи, согласно которому идентификацию источника проникающего излучения осуществляют визуальным отображением пространственного распределения физических характеристик в слое материала [1]. При этом используют значение сигналов, сформированных с помощью нескольких радиационных детекторов, сгруппированных в несколько измерительных цепочек, ориентированных вдоль соответствующих направлений в слое. Распределительное устройство "предписывает" одно из значений сигнала к одной из множества точек изображения. Такую операцию повторяют для каждой из цепочек. Known technical solution to the problem, according to which the identification of the source of penetrating radiation is carried out by visual display of the spatial distribution of physical characteristics in the layer of material [1]. In this case, the value of the signals generated by several radiation detectors grouped into several measuring chains oriented along the corresponding directions in the layer is used. The switchgear “prescribes” one of the signal values to one of the plurality of image points. This operation is repeated for each of the chains.

Однако для ряда специфических источников, например, из делящихся материалов использование известного решения порождает ряд проблем. However, for a number of specific sources, for example, from fissile materials, the use of a well-known solution poses a number of problems.

Известен способ идентификации источника проникающего излучения, заключающийся в проецировании его гамма-нейтронного изображения в плоскость конвертора (например, сцинтилляционного) с помощью коллиматора по принципу камеры - обскуры с последующей регистрацией пространственного распределения актов взаимодействия в конверторе (например, с помощью электронно-оптического преобразователя), и анализе этого распределения. Коллиматор с диаметром отверстия δ располагают на расстоянии l1 от объекта, а сцинтилляционный конвертор размещают на одной оси с объектом и коллиматором на расстоянии l2 от последнего [2].There is a method of identifying a source of penetrating radiation, which consists in projecting its gamma-neutron image into the plane of the converter (for example, scintillation) using a collimator according to the principle of a pinhole camera with subsequent registration of the spatial distribution of the acts of interaction in the converter (for example, using an electron-optical converter) , and analysis of this distribution. A collimator with a hole diameter δ is located at a distance l 1 from the object, and the scintillation converter is placed on the same axis as the object and the collimator at a distance l 2 from the latter [2].

Для обеспечения приемлемого качества изображения, характеризуемого способностью различать границу, обладающую контрастом яркости k = 2˙|B1- B2| /(B1 + B2), где В1 и В2 - яркости по разные стороны от границы, с пространственным разрешением по объекту δo=δ˙ (l1 + l2)/l2, необходимо, чтобы объект обладал минимальной яркостью Вmin = A˙l1 2/δo (4-5)˙ k2) ˙(M + 1)2/M3, (1)
где А - коэффициент, зависящий от свойств конвертора (например, сцинтиллирующего материала, примененного в конверторе);
М = l2/l1 - масштаб проецирования гамма- или нейтронного изображения. Из (1) следует, что выгодно увеличивать масштаб проецирования М.To ensure acceptable image quality, characterized by the ability to distinguish between a border having a brightness contrast k = 2˙ | B 1 - B 2 | / (B 1 + B 2 ), where B 1 and B 2 are the brightnesses on different sides of the border, with the spatial resolution of the object δ o = δ˙ (l 1 + l 2 ) / l 2 , it is necessary that the object has a minimum brightness B min = A˙l 1 2 / δ o (4-5) ˙ k 2 ) ˙ (M + 1) 2 / M 3 , (1)
where A is a coefficient depending on the properties of the converter (for example, scintillating material used in the converter);
M = l 2 / l 1 - the projection scale of the gamma or neutron image. From (1) it follows that it is advantageous to increase the scale of the projection M.

В ряде практически важных случаев, например, при контроле источников излучения (в частности, ядерных реакторов) в космосе расстояние l1 может достигать десятков километров. При этом любые разумные базы проекцирования l2 << l1. В результате М << 1 и выражение (1) переходит в:
Bmin = A ˙l1 2/(δo 5˙k2)/M3 =
= A ˙l1 5/(l2 3˙δo 5˙k2) (2)
Оценки показывают, что для характерных яркостей энергетических установок, выводимых в космос, при l1 = 1 км и l2 = 10 м может быть получено изображение реактора с пространственным разрешением δo≈15 см и k ≈0,5. Такое качество недостаточно даже для однозначного определения назначения реактора с активной зоной, имеющей характерный размер около полуметра. Оно тем более недостаточно для выявления возможных неисправностей в автономных энергетических установках.In a number of practically important cases, for example, when monitoring radiation sources (in particular, nuclear reactors) in space, the distance l 1 can reach tens of kilometers. Moreover, any reasonable projection bases l 2 << l 1 . As a result, M << 1 and expression (1) goes into:
B min = A ˙l 1 2 / (δ o 5 ˙k 2 ) / M 3 =
= A ˙l 1 5 / (l 2 3 ˙δ o 5 ˙k 2 ) (2)
Estimates show that for the characteristic brightnesses of power plants being launched into space at l 1 = 1 km and l 2 = 10 m, an image of the reactor with a spatial resolution of δ o ≈15 cm and k ≈0.5 can be obtained. Such a quality is not enough even to unambiguously determine the purpose of a reactor with an active zone having a characteristic size of about half a meter. It is all the more insufficient to identify possible malfunctions in autonomous power plants.

Для улучшения качества изображения до пространственного разрешения ≈7,5 см при контрасте границ ≈25%, что может считаться удовлетворительным, необходимо увеличение базы проецирования l2 хотя бы до 50 м. Это, соответственно, потребует увеличения габаритов устройства, что в конкретных условиях применения труднореализуемо.To improve image quality to a spatial resolution of ≈7.5 cm with a border contrast of ≈25%, which can be considered satisfactory, it is necessary to increase the projection base l 2 to at least 50 m. This, accordingly, will require an increase in the dimensions of the device, which in specific application conditions difficult to implement.

Целью изобретения является повышение качества изображения без увеличения базы проецирования. The aim of the invention is to improve image quality without increasing the projection base.

Способ идентификации источника проникающего излучения состоит в проецировании его гамма-нейтронного изображения в плоскости конвертора с помощью коллиматора с последующей регистрацией пространственного распределения взаимо- действий в конверторе и анализе этого распределения. Согласно изобретению проецирование осуществляют через множество отверстий - коллиматоров в защитном экране, расположенных с шагом d, выбранным из условия
d > Dи ˙ l2/l1, где Dи - размер источника излучения;
l1 - расстояние между объектом и коллиматором;
l2 - расстояние между коллиматором и конвертором, и дополнительно обрабатывают изображение путем суммирования отдельных изображений в единой системе координат с шагом dк, выбранным из условия
dк = d ˙ (l1 + l2)/l1.A method for identifying a source of penetrating radiation is to project its gamma-neutron image in the plane of the converter using a collimator, followed by recording the spatial distribution of interactions in the converter and analyzing this distribution. According to the invention, projection is carried out through a plurality of collimator openings in the protective screen located with a step d selected from the condition
d> D and ˙ l 2 / l 1 , where D and is the size of the radiation source;
l 1 is the distance between the object and the collimator;
l 2 - the distance between the collimator and the converter, and additionally process the image by summing the individual images in a single coordinate system with a step d to selected from the condition
d to = d ˙ (l 1 + l 2 ) / l 1 .

Кроме того, с целью расширения диапазона яркостей идентифицируемого объекта, отверстия-коллиматоры выполняют группами с различными диаметрами, при этом осуществляют суммирование изображений от отверстий с одинаковыми диаметрами и анализируют результат. In addition, in order to expand the brightness range of the identified object, the collimator holes are performed in groups with different diameters, while the images from holes with the same diameters are summed and the result is analyzed.

Достижение технического результата, заключающегося в повышении качества изображения, позволяющего более точно идентифицировать источник излучения, обусловлено тем, что при сложении изображений, спроецированных в плоскость конвертора отдельными отверстиями, суммарное число актов взаимодействия, зарегистрированных на соответствующих участках конвертора, обладает большей статистической точностью, чем в одиночном изображении. The achievement of the technical result, which consists in improving the quality of the image, which allows a more accurate identification of the radiation source, is due to the fact that when adding images projected into the plane of the converter by separate holes, the total number of interaction events recorded on the corresponding sections of the converter has greater statistical accuracy than in solitary image.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - пример расположения отверстий-кол- лиматоров; на фиг. 3 - распределение освещенности конвертора от отверстий одного диаметра (для двух групп отверстий) до суммирования; на фиг. 4 - изображение объекта после суммирования и нормировки на диаметры и число отверстий. In FIG. 1 is a diagram of a device that implements the method; in FIG. 2 is an example of the arrangement of collimator holes; in FIG. 3 - distribution of the illumination of the converter from holes of the same diameter (for two groups of holes) to the summation; in FIG. 4 - image of the object after summing and normalizing the diameters and number of holes.

Устройство, реализующее способ, содержит систему отверстий -коллиматоров 1 в защитном экране 2, сцинтилляционный конвертор 3, фотоэлектрический преобразователь 4, систему 5 обработки изображений. Защитный экран 2 с коллиматорами 1 расположен на расстоянии l1(расстояние регистрации) от объекта 6, в составе которого находится идентифицируемый источник 7 излучения. Конвертор 3 находится на расстоянии l2 (база проецирования) от системы отверстий-коллиматоров 1.A device that implements the method includes a system of holes -collimators 1 in the protective screen 2, a scintillation converter 3, a photoelectric converter 4, an image processing system 5. The protective screen 2 with collimators 1 is located at a distance l 1 (recording distance) from the object 6, which includes an identifiable radiation source 7. The converter 3 is located at a distance l 2 (projection base) from the system of holes-collimators 1.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Для получения гамма-нейтронного изображения устройство ориентируют так, чтобы объект 6, центр защитного экрана 2 и центр конвертора 3 находились на одной оси. Если в составе объекта 6 имеется источник 7 гамма-квантов или нейтронов, гамма-нейтронные изображения источника 7 через отверстия-коллиматоры 1 проецируются на поверхность сцинтилляционного конвертора 3, при этом число изображений соответствует числу отверстий-коллиматоров 1. Выбором шага размещения отверстий-коллиматоров обеспечивается формирование отдельных изображений без наложения их друг на друга (фиг. 3). Распределение освещенностей в каждом отдельном изображении определяется по числу актов взаимодействия в соответствующем участке конвертора 3. При небольшой яркости источника 7 каждое отдельное изображение преобразуется сцинтиллятором в конечное число треков, испускающих при энергиях гамма-квантов и нейтронов деления в среднем 103-104 фотонов. При переносе изображений вспышек сцинтилляции на фотокатод э.о.п. светосильной оптикой можно получить достаточное усиление яркости для их регистрации системой 7 обработки (например, телевизионной) с запоминанием координат каждого взаимодействия.To obtain a gamma-neutron image, the device is oriented so that the object 6, the center of the protective screen 2 and the center of the converter 3 are on the same axis. If object 6 contains a source of 7 gamma-quanta or neutrons, gamma-neutron images of source 7 are projected through the collimator holes 1 onto the surface of the scintillation converter 3, while the number of images corresponds to the number of collimator holes 1. The choice of the placement of the collimator holes is provided the formation of individual images without superimposing them on each other (Fig. 3). The distribution of illumination in each individual image is determined by the number of interaction events in the corresponding section of converter 3. With a small brightness of source 7, each individual image is converted by a scintillator into a finite number of tracks emitting an average of 10 3 -10 4 photons at gamma-ray and fission neutron energies. When transferring images of scintillation flashes to the photocathode of the e.p. With high-aperture optics, a sufficient brightness amplification can be obtained for their registration by the processing system 7 (for example, television) with storing the coordinates of each interaction.

В силу статистического характера взаимодействий пространственное распределение числа взаимодействий n(x) в каждом отдельном изображении (фиг. 3) может значительно флуктуировать. Система обработки изображений суммирует число взаимодействий по всем изображениям, полученным с использованием коллиматоров одного диаметра, в единой системе координат х' y' так, что:
N(x' ,y' ) = n(x,y) + n(x + dx, y + dy) + ... +
+ n(x + mx˙dx, y + dx) + n(x + dx, y +
+my˙dy) + ... + n(x + mx˙dx, y +
+my˙dy) = n(x + i˙dx, y + k˙dy), т.е. суммирование производится по всем mx˙my изображениям, где mx, my - число "строк" и "столбцов" отверстий данного диаметра.Due to the statistical nature of the interactions, the spatial distribution of the number of interactions n (x) in each individual image (Fig. 3) can fluctuate significantly. The image processing system summarizes the number of interactions across all images obtained using collimators of the same diameter in a single coordinate system x 'y' so that:
N (x ', y') = n (x, y) + n (x + d x , y + d y ) + ... +
+ n (x + m x ˙d x , y + d x ) + n (x + d x , y +
+ m y ˙d y ) + ... + n (x + m x ˙d x , y +
+ m y ˙d y ) = n (x + i˙d x , y + k˙d y ), i.e. summation is performed over all m x ˙m y images, where m x , m y is the number of "rows" and "columns" of holes of a given diameter.

В результате в системе обработки появляется суммированное распределение освещенностей в единой системе координат, обладающее лучшими статистическими характеристиками, чем одиночное изображение. В частности, яркостное разрешение (точность определения яркости) по сравнению с прототипом при том же расстоянии проецирования l2 улучшается в

Figure 00000001
раз.As a result, a summed distribution of illuminances in a single coordinate system appears in the processing system, which has better statistical characteristics than a single image. In particular, the brightness resolution (accuracy of determining brightness) compared with the prototype with the same projection distance l 2 improves
Figure 00000001
time.

Это обстоятельство иллюстрируется фиг. 4, где изображены сечения яркостей источника (например, активной зоны реактора 7, изображенной на фиг. 1) по осям х и y, полученные при использовании двух групп отверстий разного диаметра, после нормировки на диаметры и число отверстий. Распределения I, полученные при помощи коллиматоров меньшего диаметра, обладают лучшей пространственной, но худшей яркостной точностью по сравнению с распределениями II, полученными с помощью коллиматоров большего диаметра. Таким образом, применение отверстий разного диаметра позволяет расширить диапазон регистрируемых яркостей. Менее яркая область (например, возникшая в результате аварийного расплава и перемещения части топлива активной зоны) при хорошем пространственном разрешении может давать освещенность конвертора, неразличимую из-за фона космических излучений (при проецировании через отверстия малого диаметра). Группа же отверстий большего диаметра позволит такую область зафиксировать. This circumstance is illustrated in FIG. 4, which shows sections of the brightness of the source (for example, the reactor core 7, shown in Fig. 1) along the x and y axes, obtained using two groups of holes of different diameters, after normalizing to the diameters and number of holes. Distributions I obtained using smaller collimators have a better spatial but lower brightness accuracy compared to distributions II obtained using larger collimators. Thus, the use of holes of different diameters allows you to expand the range of recorded brightness. A less bright area (for example, that arises as a result of accidental melt and movement of part of the core fuel) with good spatial resolution can give the illumination of the converter indistinguishable due to the background of cosmic radiation (when projecting through holes of small diameter). A group of holes with a larger diameter will allow this area to be fixed.

Эффективность предложенного решения определяется более полным использованием информационных возможностей конверторов, работающих при малых уровнях освещенности, без увеличения базы проецирования, что делает предлагаемый способ более работоспособным по сравнению с прототипом. The effectiveness of the proposed solution is determined by a more complete use of the information capabilities of converters operating at low light levels, without increasing the projection base, which makes the proposed method more efficient in comparison with the prototype.

Claims (2)

1. СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКА ПРОНИКАЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, состоящий в проецировании его гамма-нейтронного изображения в плоскость конвертора с помощью коллиматора с последующей регистрацией пространственного распределения актов взаимодействий в конверторе и анализом этого распределения, отличающийся тем, что используют коллиматор, выполненный в виде защитного экрана со множеством коллимационных отверстий, расположенных с шагом d, выбранным из условия
d > Dи · l2/l1,
где Dи - размер источника излучения;
l1 - расстояние между объектом и коллиматором;
l2 - расстояние между коллиматором и конвертором,
и дополнительно анализируют изображение путем суммирования отдельных изображений в единой системе координат с шагом
dк = d · (l1 + l2)/l1.1. METHOD OF IDENTIFICATION OF THE SOURCE OF EMERGENCY RADIATION, consisting in projecting its gamma-neutron image into the plane of the converter using a collimator, followed by recording the spatial distribution of the acts of interaction in the converter and analyzing this distribution, characterized in that they use a collimator made in the form of a protective screen with many collimation holes located with a step d selected from the condition
d> D and l 2 / l 1 ,
where D and is the size of the radiation source;
l 1 is the distance between the object and the collimator;
l 2 is the distance between the collimator and the converter,
and further analyze the image by summing the individual images in a single coordinate system in increments
d to = d · (l 1 + l 2 ) / l 1 . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коллимационные отверстия выполняют группами с различными диаметрами, при этом осуществляют суммирование изображений от отверстий с одинаковыми диаметрами и анализируют каждый результат. 2. The method according to claim 1, characterized in that the collimation holes are performed in groups with different diameters, while the summation of the images from the holes with the same diameters is carried out and each result is analyzed.
SU5020883 1992-01-09 1992-01-09 Method of identifying penetrating radiation source RU2029315C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5020883 RU2029315C1 (en) 1992-01-09 1992-01-09 Method of identifying penetrating radiation source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5020883 RU2029315C1 (en) 1992-01-09 1992-01-09 Method of identifying penetrating radiation source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2029315C1 true RU2029315C1 (en) 1995-02-20

Family

ID=21593762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5020883 RU2029315C1 (en) 1992-01-09 1992-01-09 Method of identifying penetrating radiation source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2029315C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012058731A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Crc For Biomedical Imaging Development Ltd Imaging system and method
ES2877772A1 (en) * 2020-05-14 2021-11-17 Consejo Superior Investigacion DETECTION, IDENTIFICATION, QUANTIFICATION AND/OR DEVICE SIMULTANEOUS LOCATION OF GAMMA RADIATION SOURCES AND NEUTRONS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 4167039, кл. G 01T 1/24,1979. (56) *
2. Статистическое пространственное разрешение в импульсной радиографии. Отчет, гос.рег. N Y 37048, ВНИИТФ, 1985. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012058731A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Crc For Biomedical Imaging Development Ltd Imaging system and method
ES2877772A1 (en) * 2020-05-14 2021-11-17 Consejo Superior Investigacion DETECTION, IDENTIFICATION, QUANTIFICATION AND/OR DEVICE SIMULTANEOUS LOCATION OF GAMMA RADIATION SOURCES AND NEUTRONS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3011057A (en) Radiation image device
US8946645B2 (en) Radiation-monitoring diagnostic hodoscope system for nuclear-power reactors
US4531058A (en) Positron source position sensing detector and electronics
EP2138867A1 (en) Radioactive ray detecting method and device utilizing energy and position information
US4804514A (en) Method and apparatus for neutron dosimetry
Yamamoto et al. Development of a high-resolution alpha-particle imaging system for detection of plutonium particles from the Fukushima Daiichi nuclear power plant
US5442180A (en) Apparatus for the field determination of concentration of radioactive constituents in a medium
JP6524484B2 (en) Radiation measurement method and radiation measurement apparatus
CA1152235A (en) Method for monitoring irradiated fuel using cerenkov radiation
US8155258B2 (en) Fission meter
RU2029315C1 (en) Method of identifying penetrating radiation source
US6512232B2 (en) Method and apparatus for improving the sensitivity of a gamma camera
Redus et al. A combined video and gamma ray imaging system for robots in nuclear environments
Moisan et al. Segmented LSO crystals for depth-of-interaction encoding in PET
Redus et al. An imaging nuclear survey system
CN113009548B (en) Detection equipment and radiation azimuth measurement method
JPH07294649A (en) Scintillation camera
RU2333514C1 (en) Spectrometric gamma detector
Vanier et al. Forming images with thermal neutrons
RU2680849C1 (en) Gamma-radiographic introscopy method
Goodman et al. High Resolution Time-Encoded Imaging of Plutonium and MOX using 3-D Position-Sensitive CdZnTe Detectors
Newby et al. Position-Sensitive Organic Scintillators for Nuclear Material Accountancy
Cosentino et al. Particle beam and X-ray imaging with thin CsI scintillating plates
Brandt et al. Optical Simulation Studies of a Highly Granular PET Module
Boo et al. Hand-held dual-particle imager development based on Stilbene array coupled with SiPM array