RU2317571C1 - Method and system for evaluating bremsstrahlung or high-energy gamma-rays of high-power pulse sources - Google Patents
Method and system for evaluating bremsstrahlung or high-energy gamma-rays of high-power pulse sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2317571C1 RU2317571C1 RU2006124900/28A RU2006124900A RU2317571C1 RU 2317571 C1 RU2317571 C1 RU 2317571C1 RU 2006124900/28 A RU2006124900/28 A RU 2006124900/28A RU 2006124900 A RU2006124900 A RU 2006124900A RU 2317571 C1 RU2317571 C1 RU 2317571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- detector
- detectors
- energy
- coefficients
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области ядерной и радиационной физики и может быть использовано для определения характеристик тормозного или жесткого гамма-излучения с энергией до 40 МэВ мощных импульсных источников, далее просто излучения, в частности (терминология характеристик излучения соответствует [1. Методические указания. Внедрение и применение ГОСТ 8.417-81 "ГСИ. Единицы физических величин" в области ионизирующих излучений. РД 50-454-84. М.: Издательство стандартов, 1984]):The present invention relates to the field of nuclear and radiation physics and can be used to determine the characteristics of bremsstrahlung or hard gamma radiation with an energy of up to 40 MeV of powerful pulsed sources, then simply radiation, in particular (the terminology of radiation characteristics corresponds to [1. Methodological instructions. Introduction and application of GOST 8.417-81 "GSI. Units of physical quantities" in the field of ionizing radiation. RD 50-454-84. M: Publishing house of standards, 1984]):
- плотности потока энергии квантов излучения (далее по тексту, плотности потока энергии);- energy flux density of radiation quanta (hereinafter, energy flux density);
- плотности потока квантов излучения (далее по тексту, плотности потока квантов);- flux density of radiation quanta (hereinafter, the quantum flux density);
- средней энергии квантов излучения (далее по тексту, средней энергии квантов). - the average energy of radiation quanta (hereinafter referred to as the average energy of quanta).
Излучение исследуемого типа, в частности тормозное излучение (ТИ) высокой интенсивности с энергией квантов до 40 МэВ, формируется при торможении на мишени мощного электронного потока, генерируемого электронными ускорителями типа линейного индукционного ускорителя ЛИУ-30 [2. Пунин В.Т., Савченко В.А., Завьялов Н.В., Гордеев B.C., Герасимов А.И., Смирнов И.Г., Воинов М.А., Кошелев А.С., Кувшинов М.И. Мощные линейные индукционные ускорители электронов и облучательные комплексы на их основе для радиационных исследований. ВАНТ. Серия ФРВРЭА, 2000, №3-4, С.95-99]. ТИ, формируемое с участием ускорителей, используется в облучательных и исследовательских экспериментах.The radiation of the type under study, in particular, high-intensity bremsstrahlung (TI) with a quantum energy of up to 40 MeV, is generated when a powerful electron beam generated by electron accelerators such as the linear induction accelerator LIU-30 is braked on the target [2. Punin V.T., Savchenko V.A., Zavyalov N.V., Gordeev B.C., Gerasimov A.I., Smirnov I.G., Voinov M.A., Koshelev A.S., Kuvshinov M.I. Powerful linear induction electron accelerators and irradiation complexes based on them for radiation research. VANT. Series FRVREA, 2000, No. 3-4, S.95-99]. TI formed with the participation of accelerators is used in irradiation and research experiments.
Тормозное или гамма-излучение мощных импульсных источников характеризуется спектрально-энергетическим, пространственно-угловым и временным распределением. Важным параметром излучения является средняя энергия квантов, характеризующая его энергетический спектральный состав, а также интегральное воздействие излучения на исследуемые объекты. Временная зависимость средней энергии определяется как отношение плотности потока энергии излучения в данной точке к плотности потока квантов:The bremsstrahlung or gamma radiation of high-power pulsed sources is characterized by spectral-energy, spatial-angular and temporal distribution. An important parameter of radiation is the average energy of quanta, which characterizes its energy spectral composition, as well as the integral effect of radiation on the objects under study. The time dependence of the average energy is defined as the ratio of the radiation energy flux density at a given point to the quantum flux density:
где Е - текущая энергия квантов, φ(Е)- энергетическая плотность потока квантов излучения [1], φw(t) - плотность потока энергии, φ(t)- плотность потока квантов.where E is the current energy of quanta, φ (E) is the energy density of the flux of radiation quanta [1], φ w (t) is the energy flux density, φ (t) is the density of the quantum flux.
При регистрации излучения высокой интенсивности применяемые детекторы не различают отдельные кванты, а регистрируют импульс излучения в целом.When registering high-intensity radiation, the applied detectors do not distinguish individual quanta, but record the radiation pulse as a whole.
Как частный случай, в левой части формулы (1) могут фигурировать средняя энергия за импульс, а в правой части - флюенс энергии излучения Фw и флюенс квантов излучения Ф. Флюенс энергии излучения и флюенс квантов излучения являются интегралами по времени от плотности потока энергии и плотности потока квантов, соответственно [1].As a special case, the average energy per pulse can appear on the left side of formula (1), and the fluence of radiation energy Ф w and the fluence of radiation quanta F. can appear on the right side. The fluence of radiation energy and the fluence of radiation quanta are time integrals of the energy flux density and quantum flux densities, respectively [1].
Способ регистрации характеристик излучения должен обеспечивать временное разрешение несколько наносекунд и чувствительность в максимально широком диапазоне поглощенных доз вплоть до нижнего предела в доли рад.A method for recording radiation characteristics should provide a temporary resolution of several nanoseconds and sensitivity in the widest possible range of absorbed doses up to the lower limit in fractions of rad.
Известен калориметрический способ определения энергетических характеристик (локальной энергии и флюенса энергии) электронного излучения [3. Москалев В.А., Сергеев Г.И. Измерение параметров пучков заряженных частиц. М.: Энергоатомиздат, 1991, С.31], основанный на поглощении энергии электронов, заключающийся в регистрации связанного с этим теплового эффекта.Known calorimetric method for determining the energy characteristics (local energy and energy fluence) of electron radiation [3. Moskalev V.A., Sergeev G.I. Measurement of parameters of charged particle beams. M .: Energoatomizdat, 1991, P.31], based on the absorption of electron energy, which consists in registering the associated thermal effect.
Известен детектор типа калориметр [3, С.32] для измерения локальной энергии и флюенса энергии электронного излучения. Измерение энергии калориметром основано на полном поглощении энергии излучения и повышении температуры рабочего тела детектора. Изменение температуры детектора ΔT измеряется термопарой и связывается через теплоемкость и коэффициенты поглощения с энергией излучения. При делении поглощенной энергии в детекторе ΔЕ на площадь детектора S определяется флюенс энергии Фw. Известен детектор, измеряющий флюенс (или локальное число) электронов. Измерение флюенса электронов основано на полном поглощении их в устройстве типа цилиндра Фарадея и измерении поглощенного заряда путем регистрации тока через сопротивление [3, С.11]. При совместном использовании калориметра и цилиндра Фарадея возможно определение средней энергии электронов.A known calorimeter type detector [3, C.32] for measuring local energy and fluence of electron radiation energy. Calorimeter energy measurement is based on the complete absorption of radiation energy and an increase in the temperature of the detector’s working fluid. The change in the temperature of the detector ΔT is measured by a thermocouple and is connected through the heat capacity and absorption coefficients with the radiation energy. When dividing the absorbed energy in the detector ΔE by the area of the detector S, the energy fluence Φ w is determined. A known detector that measures the fluence (or local number) of electrons. The measurement of electron fluence is based on their complete absorption in a device such as a Faraday cup and measurement of the absorbed charge by detecting the current through the resistance [3, C.11]. When using the calorimeter and the Faraday cylinder together, the average electron energy can be determined.
Недостатком описанных способа и детекторов является их неприменимость для измерения характеристик излучения квантов с энергиями несколько десятков МэВ, что связано с большими пробегами квантов (например, ~ 20 см в бетоне) и неполным поглощением их в детекторах. Кроме того, кванты не имеют заряда и флюенс квантов невозможно измерить детектором типа цилиндра Фарадея.The disadvantage of the described method and detectors is their inapplicability for measuring the emission characteristics of quanta with energies of several tens of MeV, which is associated with large ranges of quanta (for example, ~ 20 cm in concrete) and their incomplete absorption in the detectors. In addition, quanta have no charge and the fluence of quanta cannot be measured with a Faraday type detector.
Известен калориметрический способ (прототип) [4. Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Энергоатомиздат, 1988] определения характеристик тормозного или гамма-излучения импульсных источников, состоящий в регистрации излучения посредством детектирования отклика с детектора, характеризующегося линейной спектральной характеристикой. Откликом является изменение температуры детектора. Измерение этой величины используют при определении локальной энергии излучения (или флюенса энергии) различного спектрального состава.The known calorimetric method (prototype) [4. Ivanov V.I. Dosimetry course. M .: Energoatomizdat, 1988] determining the characteristics of the bremsstrahlung or gamma radiation of pulsed sources, consisting in detecting radiation by detecting the response from a detector characterized by a linear spectral characteristic. The response is a change in detector temperature. The measurement of this quantity is used in determining the local radiation energy (or energy fluence) of various spectral composition.
Существует детектор (прототип) типа калориметр для регистрации гамма-излучения, описанный в [4, С.228]. Чувствительным элементом данного детектора с откликом, пропорциональным поглощенной энергии, является поглотитель, подвешенный на подвесках и помещенный в термостат. Излучение, проходящее через диафрагму, поглощается в поглотителе и нагревает его. Локальную энергию излучения (или флюенс энергии) различного спектрального состава определяют, измеряя повышение температуры поглотителя.There is a detector (prototype) type calorimeter for registering gamma radiation, described in [4, C.228]. The sensitive element of this detector with a response proportional to the absorbed energy is an absorber suspended on suspensions and placed in a thermostat. Radiation passing through the diaphragm is absorbed in the absorber and heats it. The local radiation energy (or fluence energy) of different spectral composition is determined by measuring the increase in temperature of the absorber.
Недостаток этого детектора - калориметра состоит в необходимости существенного увеличения его чувствительного элемента (в несколько длин пробегов квантов) для обеспечения условий полного поглощения излучения при измерении флюенса энергии излучения с энергией квантов ~ 40 МэВ. Однако увеличение габаритов чувствительного элемента детектора приводит к возникновению градиента температуры по глубине детектора и неоднозначности измерения температуры.The disadvantage of this detector - calorimeter is the need to significantly increase its sensitive element (several paths of quanta) to ensure conditions for the complete absorption of radiation when measuring the fluence of radiation energy with a quantum energy of ~ 40 MeV. However, an increase in the dimensions of the sensitive element of the detector leads to a temperature gradient along the depth of the detector and the ambiguity of the temperature measurement.
Другие недостатки калориметра состоят в том, что нагрев рабочего тела является инерционным процессом, вследствие чего калориметры интегрально измеряют поток излучения и не способны измерять временную форму импульса. Калориметры с тепловым измерением дозы имеют низкую чувствительность. Повышение температуры тела при поглощении дозы ТИ в 1 рад составляет 2×10-6 градусов. Такие изменения температуры практически не регистрируются.Other disadvantages of the calorimeter are that the heating of the working fluid is an inertial process, as a result of which the calorimeters integrally measure the radiation flux and are not able to measure the temporal shape of the pulse. Thermal dose calorimeters have low sensitivity. An increase in body temperature upon absorption of a dose of TI of 1 rad is 2 × 10 -6 degrees. Such temperature changes are practically not recorded.
Недостаток способа состоит в его сложности при определении флюенса квантов или их средней энергии, связанной с необходимостью привлечения дополнительной информации о спектрах излучения, полученной с использованием других методов.The disadvantage of this method is its difficulty in determining the fluence of quanta or their average energy associated with the need to attract additional information about the emission spectra obtained using other methods.
Задача состоит в повышении информативности способа за счет получения в одном эксперименте комплексной информации о характеристиках излучения, включая плотность потока энергии, плотность потока квантов и среднюю энергию квантов, спектральный состав которых меняется в разных импульсах.The task is to increase the information content of the method by obtaining in one experiment complex information about the characteristics of the radiation, including the energy flux density, quantum flux density and average quantum energy, the spectral composition of which varies in different pulses.
Техническим результатом является упрощение процесса определения искомых характеристик излучения (плотности потока энергии, плотности потока квантов и средней энергии квантов) за счет использования информации, полученной в рамках данного способа в одном эксперименте. Это делает способ «самоценным», в том числе в опытах с разным спектральным составом излучения. При этом способ реализуется в устройстве, позволяющем производить требуемые измерения с помощью детекторов с компактными габаритами за счет сохранения габаритов чувствительного элемента.The technical result is to simplify the process of determining the desired radiation characteristics (energy flux density, quantum flux density and average quantum energy) by using the information obtained in the framework of this method in one experiment. This makes the method "self-valuable", including in experiments with different spectral composition of radiation. The method is implemented in a device that allows you to make the required measurements using detectors with compact dimensions by maintaining the dimensions of the sensitive element.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа определения характеристик тормозного или гамма-излучения импульсных источников, состоящего в регистрации излучения детектором с линейной спектральной характеристикой (СХ), в предлагаемом способе подбирают детектор, характеризующийся линейной СХ, описываемой выражением в виде суперпозиции двух составляющих η1 (E)=a1+b1E, где Е - энергия излучения, a1, b1 - постоянные коэффициенты, определяемые в результате расчета СХ в рабочем энергетическом диапазоне и градуировки чувствительности детекторов на источнике излучения с известными параметрами,The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the known method for determining the characteristics of inhibitory or gamma radiation of pulsed sources, which consists in registering radiation with a detector with a linear spectral characteristic (CX), in the proposed method a detector is selected that is characterized by a linear CX, described by the expression in the form of a superposition of two components η 1 (E) = a 1 + b 1 E, where E - energy radiation, a 1, b 1 - constant coefficients determined by calculating the SC in the operating energy range and graduation sensitivity of the detectors to the source of radiation with known parameters,
- при регистрации производят одновременное с вышеназванным детектирование излучения по меньшей мере одним добавочным детектором, подобранным таким образом, чтобы его линейная СХ, представляемая также в виде суперпозиции двух составляющих ηi(E)=аi+biE, где Е - энергия излучения, i=2...n - порядковый номер дополнительного детектора, аi, bi - постоянные коэффициенты, определяемые аналогично коэффициентам первого детектора, отличалась своими коэффициентами от СХ первого и других детекторов, причем при детектировании в качестве отклика с каждого из детекторов измеряют токи Ii,- when registering, the radiation is simultaneously detected with the aforementioned at least one additional detector, selected so that its linear CX, also represented as a superposition of two components η i (E) = а i + b i E, where E is the radiation energy , i = 2 ... n is the serial number of the additional detector, and i , b i are constant coefficients, determined similarly to the coefficients of the first detector, differed in their coefficients from the CX of the first and other detectors, and when detected as a response from each from the detectors measure currents I i
- используют измеренные значения токов при решении векторного уравнения- use the measured currents when solving the vector equation
где I - вектор откликов с n детекторов,where I is the response vector from n detectors,
i=1, 2, 3,...n,i = 1, 2, 3, ... n,
М - матрица чувствительностей детекторов, составляемая из коэффициентов СХ детекторов,M is the sensitivity matrix of the detectors, composed of the coefficients of the CX detectors,
G - вектор характеристик поля измеряемого излучения, определяемый как:G is the vector of the field characteristics of the measured radiation, defined as:
где φ, φw - соответственно плотность потока квантов и плотность потока энергии;where φ, φ w are the flux density of quanta and the energy flux density, respectively;
- определяют характеристики излучения по компонентам вектора откликов как результат решения векторного уравнения.- determine the radiation characteristics by the components of the response vector as a result of solving the vector equation.
Технический результат в устройстве достигается тем, что в отличие от известной системы регистрации тормозного или гамма-излучения для определения его характеристик, включающей детектор с откликом, пропорциональным поглощенной энергии излучения, предлагаемая система снабжена следующим за источником излучения коллиматором с отверстием, а установленный в зоне за коллиматором вышеназванный детектор дополнен по меньшей мере одним добавочным детектором с откликом, пропорциональным поглощенной энергии излучения, при этом спектральные характеристики детекторов различны.The technical result in the device is achieved by the fact that, in contrast to the known registration system of bremsstrahlung or gamma radiation for determining its characteristics, including a detector with a response proportional to the absorbed radiation energy, the proposed system is equipped with a collimator with a hole next to the radiation source, and installed in the zone the collimator, the above detector is supplemented by at least one additional detector with a response proportional to the absorbed radiation energy, while the spectral characteristics The characteristics of the detectors are different.
Кроме того, в системе вдоль оси отверстия коллиматора за ним может быть размещен конвертор излучения, а различие спектральных характеристик детекторов обеспечено их взаимным положением и положением относительно введенного в систему конвертора.In addition, in the system along the axis of the hole of the collimator, a radiation converter can be placed behind it, and the difference in the spectral characteristics of the detectors is ensured by their relative position and the position relative to the converter introduced into the system.
В системе детектор может быть установлен напротив отверстия коллиматора, при этом конвертор образован чувствительным элементом детектора и размещенным перед ним слоем материала с толщиной, обеспечивающей поглощение энергии в чувствительном элементе в условиях, близких к электронному равновесию, а направление установки каждого из добавочных детекторов и следующего за коллиматором детектора образует угол с осью отверстия коллиматора, обеспечивающий регистрацию излучения с конвертора.In the system, the detector can be installed opposite the collimator hole, and the converter is formed by the detector’s sensitive element and a layer of material with a thickness placed in front of it, which ensures energy absorption in the sensitive element under conditions close to electronic equilibrium, and the installation direction of each of the additional detectors and the next the collimator of the detector forms an angle with the axis of the hole of the collimator, providing registration of radiation from the converter.
В системе конвертором может служить слой материала, направление размещения каждого из детекторов и конвертора образует угол с осью отверстия коллиматора, обеспечивающий регистрацию излучения с конвертора.In the system, a layer of material can serve as a converter, the direction of placement of each of the detectors and the converter forms an angle with the axis of the hole of the collimator, providing registration of radiation from the converter.
Также система может отличаться тем, что добавочный детектор снабжен фильтром. Физические принципы, заложенные в основу предлагаемого способа таковы. В прототипе при его работе как идеального калориметра имеет место полное поглощение падающей на него энергии излучения во всем рабочем диапазоне энергий квантов. Если рассматривать кванты с энергией Е, тоAlso, the system may differ in that the additional detector is equipped with a filter. The physical principles underlying the proposed method are as follows. In the prototype, when it operates as an ideal calorimeter, there is a complete absorption of the incident radiation energy in it over the entire working range of quantum energies. If we consider quanta with energy E, then
где ΔЕ - поглощенная энергия в детекторе, Е - энергия квантов, Ф - флюенс квантов, S -площадь детектора-калориметра.where ΔЕ is the absorbed energy in the detector, E is the energy of quanta, Φ is the fluence of quanta, S is the area of the detector-calorimeter.
Создаваемый калориметром отклик А в условных единицах определяется поглощенной энергией ΔЕ. Определим чувствительность η калориметра как отношение отклика детектора к флюенсу квантов в месте его установки.The response A generated by the calorimeter in arbitrary units is determined by the absorbed energy ΔE. We define the sensitivity η of the calorimeter as the ratio of the response of the detector to the quantum fluence at the installation site.
где b - постоянный коэффициент связи.where b is a constant coupling coefficient.
Зависимость чувствительности детектора от энергии квантов излучения называется спектральной характеристикой детектора - СХ [5. Веретенников А.И., Горбачев В.М., Предеин Б.А. Методы исследования импульсных излучений. М.: Энергоатомиздат, 1985, С.9].The dependence of the sensitivity of the detector on the energy of the radiation quanta is called the spectral characteristic of the detector - CX [5. Veretennikov A.I., Gorbachev V.M., Predein B.A. Research methods for pulsed radiation. M .: Energoatomizdat, 1985, p. 9].
Идеальный детектор-калориметр регистрирует флюенс энергии независимо от спектра квантов и является "всеволновым" по флюенсу энергии. СХ идеального детектора-калориметра имеет вид прямой линии, идущей из нуля и характеризуется одним коэффициентом связи (параметром) b.An ideal detector-calorimeter detects the energy fluence regardless of the spectrum of quanta and is an “all-wave” energy fluence. The CX of an ideal detector-calorimeter has the form of a straight line starting from zero and is characterized by a single coupling coefficient (parameter) b.
Другим вариантом идеального гипотетического детектора является детектор с чувствительностью, независимой от энергии квантов:Another option for an ideal hypothetical detector is a detector with sensitivity independent of the quantum energy:
где а - некоторое постоянное значение.where a is a constant value.
Детектор с чувствительностью (8), независимой от энергии, является "всеволновым" по флюенсу квантов.A detector with a sensitivity (8) independent of energy is “all-wave” in terms of the quantum fluence.
Два таких детектора с СХ вида (7) и (8), поставленные в паре, обеспечили бы измерение флюенса энергии, флюенса квантов и определение средней энергии по формуле (1).Two such detectors with a CX type (7) and (8), placed in pairs, would provide a measurement of the energy fluence, quantum fluence and determination of the average energy by formula (1).
Однако у реальных детекторов СХ отличаются от идеальных вида (7), (8). Для калориметра конечных размеров СХ будет отличаться от (7). Детектор же, являющийся всеволновым по флюенсу квантов для области энергий квантов до ~ 40 МэВ, авторам не известен.However, in real detectors, CX differ from the ideal form (7), (8). For a calorimeter of finite dimensions, CX will differ from (7). The detector, which is an all-wave in quantum fluence for the region of quantum energies up to ~ 40 MeV, is not known to the authors.
Рассмотрим характеристики детекторов предлагаемого метода.Consider the characteristics of the detectors of the proposed method.
Возьмем для однозначности такие дифференциальные по времени детекторы, откликом которых является ток I(t) (или заряд Q - интеграл тока по времени в частном случае).Let us take for definiteness such time-differential detectors whose response is current I (t) (or charge Q is the current integral over time in a particular case).
Эти детекторы также характеризует чувствительность η[А/(кв/см2c)], которая определяется как отношение тока с детектора к плотности потока квантов в месте его установкиThese detectors are also characterized by the sensitivity η [A / (sq / cm 2 s)], which is defined as the ratio of the current from the detector to the flux density of quanta at the installation site
Предлагаются к использованию способ и система, базирующиеся на детекторах, СХ которых будут учитывать неидеальность реальных зависимостей детекторов и включать в себя поправки во всеволновые зависимости. Такие СХ представляются в более общем, чем СХ прототипа (7), линейном виде, выражающемся суперпозицией двух составляющих, использующим два постоянных коэффициента:A method and system based on detectors whose CX will take into account the non-ideality of the real dependences of the detectors and include corrections to the all-wave dependencies are proposed for use. Such SCs are represented in a more general way than the SC of the prototype (7), a linear form, expressed as a superposition of two components, using two constant coefficients:
где a, b - коэффициенты, характеризующие постоянную и прямо пропорциональную энергии части СХ.where a, b are coefficients characterizing a constant and directly proportional to the energy of the part of the CX.
Для реализации заявляемого подхода требуется обеспечить определенное различие значений этих коэффициентов для первого и последующего детекторов.To implement the proposed approach, it is required to provide a certain difference in the values of these coefficients for the first and subsequent detectors.
При представлении СХ детекторов в виде (10) их отклик на воздействие излучения, имеющего распределение квантов по энергии, с учетом (1) определяется как:When representing CX detectors in the form of (10), their response to the effect of radiation having a quantum distribution in energy, taking into account (1), is defined as:
где φ - плотность потока квантов в импульсе, в месте установки детекторов;where φ is the density of the flux of quanta in the pulse at the installation site of the detectors;
φw - плотность потока энергии в импульсе;φ w is the energy flux density in the pulse;
φ(Е) - энергетическая плотность потока квантов излучения.φ (E) is the energy density of the flux of radiation quanta.
Здесь и далее в большинстве формул нами для краткости опускаются временные аргументы.Hereinafter, in most formulas, we omit temporary arguments for brevity.
Из выражения (11) следует, что отклик детектора, имеющего СХ вида (10), на воздействие излучения является суммой двух частей, одна из которых пропорциональна плотности потока энергии в месте установки детекторов, а вторая - плотности потока квантов.It follows from expression (11) that the response of a detector having a CX of the form (10) to radiation is the sum of two parts, one of which is proportional to the density of the energy flux at the installation site of the detectors, and the second to the density of the quantum flux.
Зависимости вида (10) представляют собой уточненное приближение для реальных СХ детекторов. Такое представление СХ открывает возможности для выбора и использования при определении характеристик излучения в разных редакциях измерений более широкого круга детекторов.Dependences of the form (10) represent a refined approximation for real CX detectors. Such a representation of CX opens up possibilities for selection and use in determining the characteristics of radiation in different versions of measurements of a wider range of detectors.
Линейный характер СХ детекторов сохраняет независимость результата в виде суммы (11) от спектра квантов.The linear nature of the CX detectors preserves the independence of the result in the form of the sum (11) from the spectrum of quanta.
У идеального детектора-калориметра СХ можно формально представлять в общем линейном виде, при этом а=0.For an ideal detector-calorimeter, CX can be formally represented in a general linear form, with a = 0.
Предложенная математическая модель метода представляет собой следующее.The proposed mathematical model of the method is as follows.
Вводится вектор характеристик поля излучения G, определяемый как:A vector of characteristics of the radiation field G is introduced, defined as:
Для определения характеристик поля в нашем распоряжении должно как минимум два детектора с зависимостью вида (10). Эти детекторы должны устанавливаться в одном потоке излучения.To determine the field characteristics, we must have at least two detectors with a dependence of the form (10). These detectors must be installed in a single radiation stream.
Вводится матрица чувствительностей детекторов М, определяемая как:A sensitivity matrix of detectors M is introduced, defined as:
Индексы 1, 2 относятся, соответственно, к первому и второму детекторам.Indices 1, 2 relate, respectively, to the first and second detectors.
Матрица М находится следующим образом. Проводится расчет, как правило, методом Монте-Карло [6. Донской Е.Н. Методика и программа ЭЛИЗА решения методом Монте-Карло задач совместного переноса γ-излучения, электронов и позитронов // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 1993. Вып.1. С.3-6], спектральных характеристик детекторов. В расчетах обычно определяется только относительная зависимость СХ. Для перевода СХ в абсолютные токовые единицы проводится градуировка детекторов на источнике излучения с известными параметрами, например Со60 или другом источнике. Градуировка детекторов может производиться разными способами, путем установки детекторов на своих рабочих местах или в помещении градуировочного источника. После проведения градуировки СХ детекторов переводятся в токовые единицы.Matrix M is as follows. Calculation is carried out, as a rule, by the Monte Carlo method [6. Donskoy E.N. ELISA technique and program for solving the Monte Carlo method of the problems of joint transport of γ-radiation, electrons, and positrons // VANT. Ser. Mathematical modeling of physical processes. 1993. Issue 1. C.3-6], the spectral characteristics of the detectors. In calculations, usually only the relative dependence of the CX is determined. To convert the CX into absolute current units, the detectors are calibrated at the radiation source with known parameters, for example, Co 60 or another source. Detectors can be calibrated in different ways, by installing detectors in their workplaces or in the premises of a calibration source. After calibration, the CX detectors are converted to current units.
Далее производится линеаризация СХ. Линеаризация СХ детекторов и определение коэффициентов a, b осуществляется методом максимального правдоподобия (методом наименьших квадратов) [7. Худсон Д. Статистика для физиков. Пер. с англ. М.: МИР, 1967] на энергетическом отрезке, охватывающем максимально возможную часть спектра квантов. Матрица М составляется из коэффициентов аi, bi детекторов. Коэффициенты аi, bi являются постоянными величинами, не зависящими от времени и энергии.Next is the linearization of the CX. Linearization of the CX detectors and determination of the coefficients a, b are carried out by the maximum likelihood method (least squares method) [7. Hudson D. Statistics for Physicists. Per. from English M .: MIR, 1967] on the energy segment, covering the maximum possible part of the spectrum of quanta. The matrix M is composed of the coefficients a i , b i of the detectors. The coefficients a i , b i are constant values that are independent of time and energy.
Далее проводится регистрация откликов с детекторов. Как правило, регистрация проводится с помощью современных цифровых регистраторов с определенным временным шагом дискретизации. Пусть I1(t), I2(t) - временные зависимости токов в импульсе, измеряемые на выходе с двух детекторов, установленных рядом, и соответствующий вектор результатов измерений I представляет собой:Further registration of responses from detectors is carried out. As a rule, registration is carried out using modern digital recorders with a specific time step of sampling. Let I 1 (t), I 2 (t) be the time dependences of the currents in the pulse, measured at the output from two detectors installed side by side, and the corresponding vector of measurement results I is:
При необходимости проводится операция коррекции формы зарегистрированных импульсов с помощью импульсных характеристик каналов регистрации [5].If necessary, an operation is performed to correct the shape of the registered pulses using the pulse characteristics of the registration channels [5].
Токи с детекторов связаны с характеристиками поля излучения следующим уравнением:The currents from the detectors are related to the characteristics of the radiation field by the following equation:
Для определения характеристик поля излучения решается векторное уравнение (15) в различные моменты времени, соответствующие моментам дискретизации. Векторное уравнение (15) решается стандартными методами, например, через определители матриц.To determine the characteristics of the radiation field, the vector equation (15) is solved at various time instants corresponding to the sampling instants. Vector equation (15) is solved by standard methods, for example, through matrix determinants.
Как известно, для решения уравнения (15) коэффициенты а2, b2 второго детектора должны существенно отличаться от коэффициентов для первого детектора. Эти отличия должны обеспечивать ненулевое значение детерминанта Δ матрицы (13)As is known, for solving equation (15), the coefficients a 2 , b 2 of the second detector should differ significantly from the coefficients for the first detector. These differences should provide a nonzero value of the determinant Δ of matrix (13)
что эквивалентно условиюwhich is equivalent to the condition
и существование решения уравнения в целом.and the existence of a solution to the equation as a whole.
Характеристики поля излучения - временные зависимости φ(t) и φw(t) определяются в виде массивов по результатам измерений токов с двух детекторов и решения векторного уравнения (15).The characteristics of the radiation field - the time dependences φ (t) and φ w (t) are determined in the form of arrays according to the results of measurements of currents from two detectors and the solution of the vector equation (15).
Временная зависимость средней энергии квантов определяется как частное от деления значений плотности потока энергии φw на значения плотности потока квантов (по формуле (1) в различные моменты времени.The time dependence of the average energy of quanta is defined as the quotient of dividing the values of the energy flux density φ w by the values of the flux density of quanta (according to formula (1) at different points in time.
При выборе детекторов для данного способа оценивается погрешность представления реальных СХ в линейном виде и проводятся расчетные исследования влияния этой погрешности на определение характеристик излучения. Если ожидаемые погрешности линеаризации соответствуют требованиям эксперимента, то детектор принимается к использованию для измерений излучения.When choosing detectors for this method, the error in representing the real CX in a linear form is estimated and computational studies of the effect of this error on the determination of radiation characteristics are carried out. If the expected linearization errors correspond to the experimental requirements, the detector is accepted for use for radiation measurements.
В данном способе для повышения точности измерений можно использовать третий и последующие детекторы с линейными различающимися СХ и включать их в совместную обработку для определения характеристик поля излучения. Вектор I и матрица М в этом случае выглядят как:In this method, to improve the accuracy of measurements, you can use the third and subsequent detectors with linear differing CX and include them in joint processing to determine the characteristics of the radiation field. Vector I and matrix M in this case look like:
где i - номер детектора, i=1, 2, 3...n.where i is the detector number, i = 1, 2, 3 ... n.
В этом случае связь векторов I и G также определяется уравнением (15), в котором вектор I и матрица М выражаются в виде (18), (19). In this case, the connection of the vectors I and G is also determined by equation (15), in which the vector I and the matrix M are expressed in the form (18), (19).
Уравнение (11) можно представить в видеEquation (11) can be represented as
Введем новые обозначения:We introduce new notation:
Тогда уравнение (20) записывается в виде:Then equation (20) is written as:
Уравнение (22) представляет собой уравнение прямой линии в координатах Y, Х с двумя параметрами φ и φw. Если у нас есть набор таких уравнений, то параметры уравнений φ, φw определяются стандартными методами, например методом максимального правдоподобия.Equation (22) is a straight line equation in the coordinates Y, X with two parameters φ and φ w . If we have a set of such equations, then the parameters of the equations φ, φ w are determined by standard methods, for example, the maximum likelihood method.
В общем случае уравнение (15) с двумя неизвестными решается стандартным методом через определители в случае двух детекторов или методом максимального правдоподобия в случае трех и более детекторов.In the general case, equation (15) with two unknowns is solved by the standard method through determinants in the case of two detectors or by the maximum likelihood method in the case of three or more detectors.
Детекторы заявляемого способа должны существенно отличаться друг от друга по отношениям параметровThe detectors of the proposed method should differ significantly from each other in terms of the parameters
Таким образом, выбранная физическая модель позволила в предложенном способе упростить процедуру определения комплекса энергетических характеристик измеряемого излучения с использованием информации, полученной в рамках данного способа (самодостаточный метод), без привлечения дополнительной информации о спектре, полученной другими методами.Thus, the selected physical model made it possible in the proposed method to simplify the procedure for determining the complex of energy characteristics of the measured radiation using the information obtained in the framework of this method (self-sufficient method) without involving additional information about the spectrum obtained by other methods.
Система регистрации, в основу которой заложен вышеизложенный физический принцип, обеспечивает возможность сохранения компактных габаритов чувствительных элементов детекторов при определении характеристик излучения в исследуемом диапазоне энергий, в частности, плотности потока энергии, и создает принципиальную возможность определения плотности потока квантов и средней энергии квантов в одном эксперименте. Это обусловлено тем, что используются как минимум два детектора (основной и добавочный) с откликом, пропорциональным поглощенной энергии излучения, подобранных таким образом, что их различные спектральные характеристики представляются в общем линейном виде с двумя отличающимися коэффициентами. Причем предложен конкретный подход к обеспечению различия спектральных характеристик. Это различие достигается путем задания взаимного положения детекторов и их положения относительно конвертора. Функции конвертора в этом случае может выполнять независимо расположенный слой материала или совместно с чувствительным элементом детектора слой материала, с толщиной, обеспечивающей поглощение энергии в чувствительном элементе в условиях, близких к электронному равновесию. При этом конвертор необходимо размещать в прямом потоке излучения (за отверстием коллиматора вдоль оси отверстия). Для задания положения детекторов важным является требование размещения их под углом к направлению распространения прямого потока, позволяющим регистрацию конвертированного излучения. Все это создает условия, позволяющие реализовать выбранную физическую модель и обеспечивающие измерение флюенса энергии излучения с энергией квантов до 40 МэВ, что невозможно в прототипе с сохранением габаритов чувствительного элемента детектора и точности определения отклика, а также измерение флюенса квантов. Кроме того, в случае выполнения детектора сцинтилляционным со сцинтиллятором на основе полистирола, обеспечивается возможность измерять временную форму импульса. Уровни доз при этом могут варьироваться в широких пределах, от нижнего предела в ~ доли рад до верхнего предела в ~ крад.The registration system, which is based on the above physical principle, makes it possible to preserve the compact dimensions of the sensitive elements of the detectors when determining the radiation characteristics in the energy range under study, in particular, the energy flux density, and creates the fundamental possibility of determining the quantum flux density and the average quantum energy in one experiment . This is due to the fact that at least two detectors (primary and secondary) are used with a response proportional to the absorbed radiation energy, selected in such a way that their various spectral characteristics are presented in a general linear form with two different coefficients. Moreover, a specific approach is proposed to ensure differences in spectral characteristics. This difference is achieved by setting the relative position of the detectors and their position relative to the converter. In this case, the functions of the converter can be performed by an independently located material layer or, together with a detector sensitive element, a material layer with a thickness providing energy absorption in the sensitive element under conditions close to electronic equilibrium. In this case, the converter must be placed in a direct radiation stream (behind the collimator hole along the axis of the hole). To set the position of the detectors, it is important to place them at an angle to the direction of propagation of the direct flow, which allows registration of converted radiation. All this creates the conditions that make it possible to realize the selected physical model and provide measurements of the radiation energy fluence with a quantum energy of up to 40 MeV, which is not possible in the prototype while maintaining the dimensions of the detector’s sensitive element and the accuracy of determining the response, as well as measuring the quantum fluence. In addition, in the case of a scintillation detector with a polystyrene based scintillator, it is possible to measure the temporal shape of the pulse. In this case, the dose levels can vary widely, from the lower limit of ~ a fraction of rad to the upper limit of ~ crad.
На фиг.1 схематично изображена сборка в геометрии измерений, где 1 - детектор прямого потока Дп, в котором обозначены 2 - чувствительный элемент детектора 1, 3 - слой материала перед чувствительным элементом детектора 1, 4 - фотоэлемент, 5 - детектор второго варианта установки Дк (добавочный детектор), 6 - чувствительный элемент детектора 5, 7 - детектор третьего варианта установки Дкф (второй добавочный детектор), 8 - чувствительный элемент детектора 7, 9 - фильтр, 10 - свинцовая защита, 11 - бетонная стена биологической защиты толщиной 260 см, 12 - отверстие в бетонной стене, ⌀=10 см, 13 - мишень или источник излучения.Figure 1 schematically shows the assembly in the geometry of measurements, where 1 is the direct flow detector D p , in which 2 are the sensitive element of the detector 1, 3 is the material layer in front of the sensitive element of the detector 1, 4 is a photocell, 5 is the detector of the second installation option Д к (additional detector), 6 - sensitive element of the
На фиг.2 схематично изображена сборка в геометрии измерений, в которой 14 - конвертор в виде отдельно расположенного слоя материала.Figure 2 schematically shows the assembly in the geometry of measurements, in which 14 is a Converter in the form of a separate layer of material.
На фиг.3 изображены зависимости чувствительности детекторов - спектральные характеристики от энергии квантов ТИ. Figure 3 shows the dependence of the sensitivity of the detectors - spectral characteristics of the energy of the quanta TI.
----- Детектор Дк, угол установки 25°, 
На фиг.4 изображена зависимость чувствительности детектора Дп от энергии квантов ТИ - спектральная характеристика и ее линеаризация.Figure 4 shows the dependence of the sensitivity of the detector D p on the energy of the TI quanta — the spectral characteristic and its linearization.
----- Расчет МК,
На фиг.5 изображена зависимость чувствительности детектора Дкф от энергии квантов ТИ - спектральная характеристика и ее линеаризация.Figure 5 shows the dependence of the sensitivity of the detector D kf on the energy of the TI quanta — the spectral characteristic and its linearization.
----- Расчет МК,
При реализации заявляемого способа была использована сборка, схемы которой приведены на фиг.1, 2.When implementing the proposed method, an assembly was used, the diagrams of which are shown in figures 1, 2.
На фиг.1 указаны три варианта установки детекторов при заявляемом способе регистрации. В первом варианте детектор 1, характеризующийся откликом, пропорциональным поглощенной энергии излучения, с чувствительным элементом 2 расположен в прямом потоке излучения квантов источника излучения 13 напротив отверстия 12 в бетонном коллиматоре. Перед чувствительным элементом детектора размещен слой материала 3 из алюминия толщиной 3 см, образующий совместно с чувствительным элементом конвертор. Этот детектор обозначен Дп (детектор прямого потока). Алюминиевый слой 3 формирует поглощенную дозу в детекторе в условиях, близких к электронному равновесию до энергий квантов не менее 40 МэВ и обеспечивает линейный вид спектральной характеристики. Во втором и третьем вариантах установки оба добавочных детектора 5, 7 с откликом, пропорциональным поглощенной энергии, устанавливаются за бетонной стеной (коллиматором) вне пятна отверстия в области регистрации конвертированного излучения каждый под определенным углом (к оси отверстия коллиматора (характеризующей направление распространения прямого потока регистрируемого излучения от источника), что исключает воздействие первичного излучения на детекторы. То есть взаимное положение детекторов и их положение относительно конвертора позволяет регистрировать конвертированное излучение и обеспечивает различие СХ детекторов. Далее угол θi, образуемый осью отверстия коллиматора и линией вдоль направления, соединяющего конвертор и каждый i-й добавочный детектор, и соответствующий углу вылета конвертированного излучения, регистрируемого добавочным детектором, назван также углом установки детектора.Figure 1 shows three options for installing detectors with the inventive registration method. In the first embodiment, the detector 1, characterized by a response proportional to the absorbed radiation energy, with the sensing element 2 is located in a direct radiation stream of quanta of the
Изменение коэффициентов a, b CX детекторов второго и третьего вариантов по сравнению с коэффициентами СХ детектора Дп в рабочем диапазоне энергий квантов достигается за счет относительного расположения детекторов при регистрации преобразованного размещенным за отверстием коллиматора конвертором 3-2 излучения, состоящего из рассеянных квантов, а также сопутствующих вторичных электронов и позитронов.The change in the coefficients a, b CX of the detectors of the second and third options compared with the coefficients of the CX of the detector D p in the working range of quantum energies is achieved due to the relative location of the detectors during registration of the radiation converter 3-2, which is located behind the collimator’s hole, consisting of scattered quanta, and associated secondary electrons and positrons.
Преобразование квантов (фиг.1) происходит на конверторе, образованном алюминиевым слоем 3 (слоем материала с толщиной, обеспечивающей поглощение энергии в чувствительном элементе в условиях, близких к электронному равновесию) и сцинтиллятором 2 (чувствительным элементом) первого детектора. Детекторы второго и третьего вариантов установки (добавочные детекторы) обладают измененной СХ применительно к плотности потока первичных квантов в точке установки Дп.The conversion of quanta (Fig. 1) takes place on a converter formed by an aluminum layer 3 (a layer of material with a thickness that provides energy absorption in the sensitive element under conditions close to electronic equilibrium) and a scintillator 2 (sensitive element) of the first detector. The detectors of the second and third installation options (additional detectors) have a modified CX as applied to the flux density of primary quanta at the installation point, D p .
Детектор второго варианта 5, регистрирующий конвертированное излучение, на фиг.1 обозначен Дк, детектор третьего варианта 7 - Дкф, он снабжен фильтром 9.The detector of the
В данной реализации использованы сцинтилляционные детекторы с чувствительным элементом в виде сцинтиллятора на основе полистирола (химический состав (СН)n) и фотоприемников. Размеры сцинтилляторов детекторов составляют ⌀10×5 см для детектора Дп и ⌀5×10 см для детекторов второго и третьего вариантов. Временное разрешение детекторов составляет ~5 нс. Сцинтилляционные детекторы могут регистрировать излучения с нижним пределом поглощенных доз в доли рад.In this implementation, scintillation detectors with a sensitive element in the form of a polystyrene-based scintillator (chemical composition (CH) n ) and photodetectors were used. The dimensions of the scintillators of the detectors are ⌀10 × 5 cm for the detector D p and ⌀5 × 10 cm for the detectors of the second and third options. The time resolution of the detectors is ~ 5 ns. Scintillation detectors can detect radiation with a lower limit of absorbed doses in fractions of rad.
СХ данных детекторов определяются поглощенной энергией и являются сложной функцией всех параметров редакции измерений. СХ детекторов определены расчетами по методу Монте-Карло и приведены на фиг.3. Для удобства сопоставления приведенные СХ детекторов нормированы на значение при энергии квантов 1.25 МэВ.The CX of these detectors is determined by the absorbed energy and is a complex function of all parameters of the measurement edition. CX detectors are determined by Monte Carlo calculations and are shown in Fig.3. For convenience of comparison, the presented CX detectors are normalized to a value at a quantum energy of 1.25 MeV.
Выбор оптимального вида СХ дополнительных детекторов Дк, Дкф по сравнению с СХ первого детектора достигается подбором параметров редакции измерений - угла установки θ, толщины фильтра и зазора. В конкретном случае углы θ установки второго детектора изменялись в диапазоне 25°-135°, фиг.1.The choice of the optimal type of CX of additional detectors D k , D kf compared to the CX of the first detector is achieved by selecting the parameters of the measurement edition — installation angle θ, filter thickness and clearance. In a specific case, the installation angles θ of the second detector varied in the range of 25 ° -135 °, FIG. 1.
Детектор Дк не имеет фильтра или этот фильтр тонкий, ~ единицы миллиметров. Поглощенная доза в детекторе Дк формируется, в основном, вторичными электронами и позитронами. СХ этого детектора имеет более крутой наклон по сравнению с детектором Дп, фиг.3.Detector D k does not have a filter or this filter is thin, ~ a few millimeters. The absorbed dose in the detector D to is formed mainly by secondary electrons and positrons. CX of this detector has a steeper slope compared to the detector D p , Fig.3.
Третий вариант установки детектора предполагает наличие на детекторе Дкф алюминиевого фильтра толщиной свыше 3 см с определенным зазором, который максимально уменьшается вклад вторичных электронов и позитронов и этот детектор регистрирует преимущественно рассеянные кванты.The third embodiment involves a detector installation presence detector D of 3 kp cm thick aluminum filter with a certain gap, which minimizes the contribution of secondary electrons and positrons and the detector detects primarily scattered photons.
Для квантов с энергией несколько МэВ и выше основными процессами взаимодействия являются, во-первых, комптоновское рассеяние, в котором образуется также электрон отдачи. Во-вторых, идет процесс поглощения первичного кванта и образования пары электрон-позитрон. Зависимость дифференциального сечения комптоновского рассеяния спадает с ростом энергии квантов [8. Гусев Н.Г., Климанов В.А., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений. Том 1, М.: Энергоатомиздат, 1989]. Энергии рассеянных квантов меньше энергии первичных квантов и выходят на постоянный уровень в пределе больших энергий первичных квантов. Предельные энергии рассеянных квантов для углов рассеяния 25°, 45°, 60°, 90°, равны, соответственно, 4.8; 1.67; 0.995; 0.5 МэВ.For quanta with energies of several MeV and higher, the main interaction processes are, firstly, Compton scattering, in which a recoil electron is also formed. Secondly, there is a process of absorption of the primary quantum and the formation of an electron-positron pair. The dependence of the differential cross section for Compton scattering decreases with increasing quantum energy [8. Gusev N.G., Klimanov V.A., Mashkovich V.P., Suvorov A.P. Protection against ionizing radiation. Volume 1, Moscow: Energoatomizdat, 1989]. The energies of scattered quanta are less than the energy of primary quanta and reach a constant level in the limit of high energies of primary quanta. The limiting energies of scattered quanta for scattering
Если детектор в основном регистрирует рассеянные кванты излучения, то перечисленные свойства рассеянных квантов приводят к уменьшению наклона СХ детектора по сравнению с наклоном СХ детектора Дп. При использовании этого детектора характеристики поля излучения определяются с наименьшей погрешностью.If the detector mainly registers scattered radiation quanta, then the listed properties of scattered quanta lead to a decrease in the slope of the CX detector as compared to the slope of the CX detector D p . When using this detector, the characteristics of the radiation field are determined with the least error.
Примеры линеаризации СХ для двух детекторов Дп и Дкф приведены на фиг.4, 5. При линеаризации СХ определяются коэффициенты матрицы (13) - a1, b1, a2, b2.Examples of CX linearization for two detectors D p and D kf are shown in Figs . 4 and 5. In the linearization of CX, the coefficients of the matrix are determined (13) - a 1 , b 1 , a 2 , b 2 .
Для измерения характеристик поля излучения данным способом можно использовать любую пару детекторов из описанных выше или три детектора совместно. Если используется пара детекторов Дк-Дкф, то для них должен устанавливаться конвертор излучения 14 в виде отдельно расположенного в прямом потоке слоя материала. Схема измерений, соответствующая данному варианту, приведена на фиг.2. Конвертор должен иметь толщину, обеспечивающую достаточную для регистрации детекторами плотность потока конвертированного излучения, и изготавливаться из материала с малым Z.To measure the characteristics of the radiation field in this way, you can use any pair of detectors from the above or three detectors together. If a pair of detectors D to -D kf is used , then a
В приведенных СХ детекторов второго и третьего вариантов имеют место отклонения от прямой линии, достигающие до ±10% в отдельных точках. Тем не менее, линеаризация СХ и определение средней энергии квантов данным способом приводит к определению средних энергий квантов с приемлемой погрешностью. Для спектров излучения со средней энергией 
Приведем пример реализации способа для измерения характеристик поля ТИ с помощью двух детекторов - Дп и Дкф, фиг.1. Рассмотрим для простоты случай определения интегральных характеристик излучения - флюенсов энергии Фw и флюенса квантов Ф.Here is an example of the implementation of the method for measuring the characteristics of the field TI using two detectors - D p and D kf , figure 1. For simplicity, we consider the case of determining the integral characteristics of radiation - fluences of energy Ф w and fluence of quanta F.
Первый детектор - детектор прямого потока Дп является сцинтилляционным с чувствительным элементом в виде сцинтиллятора на основе полистирола. Слой, образующий конвертор совместно с чувствительным элементом, выполнен из алюминия толщиной 3 см. В детекторе использован в качестве фотоприемника фотоэлемент СДФ-7 [5, С.75]. СХ обоих детекторов рассчитываются методом Монте-Карло в единицах удельной поглощенной энергии МэВ/г при задании реальной геометрии установки двух детекторов. Чувствительность первого детектора к гамма-излучению, определенная на источнике Со60, равна 5×10-17 Кл/(кв/см2). На основании этого значения чувствительности СХ первого детектора переводится в зарядовые единицы.The first detector is a direct flow detector D p is scintillation with a sensitive element in the form of a polystyrene based scintillator. The layer that forms the converter together with the sensitive element is made of 3 cm thick aluminum. The detector used an SDF-7 photocell as a photodetector [5, P.75]. The CX of both detectors is calculated by the Monte Carlo method in units of specific energy absorbed MeV / g when setting the real installation geometry of two detectors. The sensitivity of the first detector to gamma radiation, as determined on a Co 60 source, is 5 × 10 −17 C / (sq / cm 2 ). Based on this sensitivity value, the CX of the first detector is converted to charge units.
Производится линеаризация СХ первого детектора. В линейном виде СХ представляется так:The CX of the first detector is linearized. In a linear form, CX is represented as follows:
Здесь энергия выражена в МэВ. Для зависимости (24)Here, energy is expressed in MeV. For addiction (24)
В соответствии с градуировкой первого детектораIn accordance with the calibration of the first detector
Второй детектор - Дкф имеет чувствительный элемент, аналогичный первому, снабжен фильтром из алюминия толщиной 3.5 см. Угол установки второго детектора θ составляет 45°. Во втором детекторе в качестве фотоприемника используется фотоумножитель. Для определения чувствительности второго детектора производится совместная градуировка детекторов, установленных на своих рабочих местах, с помощью импульсного источника излучения с известными параметрами. При этом экспериментально определяется коэффициент усиления второго детектора относительно первого. С помощью этого коэффициента и расчетных поглощенных энергий СХ второго детектора переводится в зарядовые единицы и после линеаризации представляется какThe second detector - Д кф has a sensitive element similar to the first one; it is equipped with an aluminum filter 3.5 cm thick. The installation angle of the second detector θ is 45 °. In the second detector, a photomultiplier is used as a photodetector. To determine the sensitivity of the second detector, a joint calibration of detectors installed at their workplaces is carried out using a pulsed radiation source with known parameters. In this case, the gain of the second detector relative to the first is experimentally determined. Using this coefficient and the calculated absorbed energies, the CX of the second detector is converted into charge units and, after linearization, is represented as
Для зависимости (27)For addiction (27)
Составляется матрица М (13) из коэффициентов а и b СХ детекторов (25), (28):The matrix M (13) is compiled from the coefficients a and b of the CX detectors (25), (28):
Регистрация токов с детекторов производится с помощью цифрового осциллографа TDS 3054. В импульсе ускорителя ЛИУ-30 были зарегистрированы токовые отклики с детекторов, которые после обработки дали следующие значения зарядов с детекторов:The currents from the detectors are recorded using a TDS 3054 digital oscilloscope. In the pulse of the LIU-30 accelerator, current responses from the detectors were recorded, which after processing gave the following values of the charges from the detectors:
Вектор откликов с детекторов выглядит следующим образом:The vector of responses from the detectors is as follows:
Составляется система уравнений (15) для определения вектора флюенса энергии Фw и флюенса квантов Ф:The system of equations (15) is compiled to determine the vector of the energy fluence Ф w and the quantum fluence Ф:
Значения коэффициентов матрицы (29) обеспечивают ненулевое значение детерминанта матрицы, равноеThe values of the coefficients of matrix (29) provide a nonzero value of the determinant of the matrix equal to
и однозначное решение системы (32).and a unique solution to system (32).
Решение этой системы дает следующие значения флюенсов:The solution to this system gives the following fluences:
Значение средней энергии за импульс ускорителя определяется в соответствии с формулой (1)The average energy per accelerator pulse is determined in accordance with formula (1)
В результате измерений данным способом и обработки результатов нами получены характеристики поля ТИ - значения Ф, Фw и
Таким образом, выбор физической модели процесса позволяет при ее технической реализации обеспечить при сохранении габаритов чувствительного элемента детектора возможность получения комплекса характеристик регистрируемого излучения в рамках одного эксперимента и добиться заявляемого технического результата.Thus, the choice of the physical model of the process allows, with its technical implementation, to ensure, while maintaining the dimensions of the sensitive element of the detector, the possibility of obtaining a set of characteristics of the detected radiation in one experiment and achieve the claimed technical result.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124900/28A RU2317571C1 (en) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | Method and system for evaluating bremsstrahlung or high-energy gamma-rays of high-power pulse sources |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124900/28A RU2317571C1 (en) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | Method and system for evaluating bremsstrahlung or high-energy gamma-rays of high-power pulse sources |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2317571C1 true RU2317571C1 (en) | 2008-02-20 |
Family
ID=39267323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124900/28A RU2317571C1 (en) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | Method and system for evaluating bremsstrahlung or high-energy gamma-rays of high-power pulse sources |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2317571C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470326C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственнная корпорация по атомной энергетики "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Method of calibrating relative sensitivities of detectors for detecting characteristics of hard gamma- and deceleration radiation |
| RU2758419C1 (en) * | 2021-02-18 | 2021-10-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for measuring the upper limit of integral and dynamic characteristics of high-energy brake or gamma radiations of powerful pulse sources |
| RU2809943C1 (en) * | 2023-07-06 | 2023-12-19 | Михаил Викторович Яковлев | Method for online monitoring of position of beam of charged particles in real time during radiation therapy operations |
-
2006
- 2006-07-11 RU RU2006124900/28A patent/RU2317571C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470326C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственнная корпорация по атомной энергетики "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Method of calibrating relative sensitivities of detectors for detecting characteristics of hard gamma- and deceleration radiation |
| RU2758419C1 (en) * | 2021-02-18 | 2021-10-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for measuring the upper limit of integral and dynamic characteristics of high-energy brake or gamma radiations of powerful pulse sources |
| RU2809943C1 (en) * | 2023-07-06 | 2023-12-19 | Михаил Викторович Яковлев | Method for online monitoring of position of beam of charged particles in real time during radiation therapy operations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Boson et al. | A detailed investigation of HPGe detector response for improved Monte Carlo efficiency calculations | |
| Arneodo et al. | Scintillation efficiency of nuclear recoil in liquid xenon | |
| US7964848B2 (en) | Skin contamination dosimeter | |
| Seo et al. | Development of double-scattering-type Compton camera with double-sided silicon strip detectors and NaI (Tl) scintillation detector | |
| Bircher et al. | Use of internal scintillator radioactivity to calibrate DOI function of a PET detector with a dual‐ended‐scintillator readout | |
| Jäderström et al. | True coincidence summing correction and mathematical efficiency modeling of a well detector | |
| Yalcin et al. | Calculation of total counting efficiency of a NaI (Tl) detector by hybrid Monte-Carlo method for point and disk sources | |
| CN108535758B (en) | Pulse shape discrimination algorithm | |
| Ghal-Eh et al. | A quantitative PGNAA study for use in aqueous solution measurements using Am–Be neutron source and BGO scintillation detector | |
| Androulakaki et al. | Efficiency calibration for in situ γ-ray measurements on the seabed using Monte Carlo simulations: Application in two different marine environments | |
| RU2317571C1 (en) | Method and system for evaluating bremsstrahlung or high-energy gamma-rays of high-power pulse sources | |
| Chiozzi et al. | Practical applicability of field γ-ray scintillation spectrometry in geophysical surveys | |
| Damulira et al. | Application of Bpw34 photodiode and cold white LED as diagnostic X-ray detectors: A comparative analysis | |
| Hamzawy et al. | New numerical simulation method to calibrate the regular hexagonal NaI (Tl) detector with radioactive point sources situated non-axial | |
| Shao et al. | A novel method to calibrate DOI function of a PET detector with a dual‐ended‐scintillator readout | |
| Barrera et al. | Theoretical determination of gamma spectrometry systems efficiency based on probability functions. Application to self-attenuation correction factors | |
| Tripathy | Neutron spectrometry and dosimetry using CR-39 detectors | |
| d'Aillon et al. | Simulation and experimental results on monolithic CdZnTe gamma-ray detectors | |
| KR101221291B1 (en) | Differential density measuring device using radiation and collimator for an asphalt pavement and method thereof | |
| Appleby et al. | Efficiency corrections for variable sample height in well-type germanium gamma detectors | |
| Åbro et al. | A radiation transport model as a design tool for gamma densitometers | |
| Maučec et al. | Determination of correction factors for borehole natural gamma-ray measurements by Monte Carlo simulations | |
| Taforeau et al. | Fluence measurement of fast neutron fields with a highly efficient recoil proton telescope using active pixel sensors | |
| Luszik-Bhadra et al. | A wide-range direction neutron spectrometer | |
| Yakubova et al. | Application of Geant4 simulation for analysis of soil carbon inelastic neutron scattering measurements |