RU2418306C1 - Method of correcting scintillation detector signals - Google Patents
Method of correcting scintillation detector signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2418306C1 RU2418306C1 RU2010100421/28A RU2010100421A RU2418306C1 RU 2418306 C1 RU2418306 C1 RU 2418306C1 RU 2010100421/28 A RU2010100421/28 A RU 2010100421/28A RU 2010100421 A RU2010100421 A RU 2010100421A RU 2418306 C1 RU2418306 C1 RU 2418306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- detector
- energy
- radiation
- value
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам стабилизации показаний сцинтилляционных детекторов при работе в широкой области изменения температур окружающей среды, в частности при работе в полевых условиях.The invention relates to the field of measuring equipment, and in particular to methods for stabilizing the readings of scintillation detectors when working in a wide range of changes in ambient temperatures, in particular when working in the field.
При разработке высокочувствительной дозиметрической и радиометрической аппаратуры с использованием сцинтилляционных блоков детектирования на основе кристаллов NaI(T1) и фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), предназначенных для работы в широком диапазоне рабочих температур от минус 20°С до плюс 40°С, необходимо предусматривать систему термокомпенсации регистрируемого энергетического спектра.When developing highly sensitive dosimetric and radiometric equipment using scintillation detection units based on NaI (T1) crystals and photomultiplier tubes (PMTs) designed to operate in a wide range of operating temperatures from minus 20 ° С to plus 40 ° С, it is necessary to provide a temperature compensation system for the detected energy spectrum.
Отсутствие термокомпенсации приводит к смещению измеряемого энергетического гамма-спектра при изменении температуры окружающей среды от нормальных условий, что в свою очередь ухудшает метрологические характеристики указанных средств измерений или полностью исключает возможность их применения по назначению в рабочих температурных условиях эксплуатации.The absence of thermal compensation leads to a shift in the measured gamma-ray spectrum when the ambient temperature changes from normal conditions, which in turn worsens the metrological characteristics of these measuring instruments or completely excludes the possibility of their intended use in operating temperature operating conditions.
С этой целью применяются следующие способы:To this end, the following methods are applied:
а) термостатирование измерительного тракта;a) temperature control of the measuring path;
б) электронная стабилизация с использованием светодиода, размещаемого между сцинтиллятором и ФЭУ;b) electronic stabilization using an LED placed between the scintillator and the PMT;
в) электронная стабилизация с помощью реперного радионуклидного источника гамма-излучения, располагаемого вне или внутри сцинтиллятора;c) electronic stabilization using a reference radionuclide source of gamma radiation located outside or inside the scintillator;
г) переградуировка прибора с использованием образцовых спектрометрических радионуклидных источников гамма-излучения при рабочей температуре окружающей среды, отличной от нормальной температуры.d) the instrument is re-calibrated using exemplary spectrometric radionuclide sources of gamma radiation at an ambient operating temperature different from normal temperature.
Термостатирование значительно усложняет конструкцию, требует повышенного энергопотребления, увеличивает стоимость разработки, изготовления и выпуска аппаратуры.Thermostating significantly complicates the design, requires increased energy consumption, increases the cost of development, manufacture and release of equipment.
Электронная стабилизация с помощью светодиода требует закупки дорогостоящего сцинтилляционного блока со встроенным светодиодом, который стабилизирует только электронный тракт и не учитывает температурную зависимость самого сцинтиллятора. К тому же излучение светодиода не является полностью независимым от температуры.Electronic stabilization using an LED requires the purchase of an expensive scintillation unit with a built-in LED, which stabilizes only the electronic path and does not take into account the temperature dependence of the scintillator itself. In addition, the emission of the LED is not completely independent of temperature.
Для эффективной температурной коррекции всего измерительного тракта, включая сцинтиллятор, с помощью радионуклидного источника необходим источник с «жестким» гамма-излучением, желательно монохроматичным, и активностью, обеспечивающей необходимую для коррекции статистическую загрузку. Использование данного метода приводит к увеличению собственного фона прибора и, как следствие, к значительному ухудшению чувствительности прибора, загрубению диапазона измерения.For effective temperature correction of the entire measuring path, including the scintillator, using a radionuclide source, you need a source with "hard" gamma radiation, preferably monochromatic, and activity that provides the statistical load necessary for correction. Using this method leads to an increase in the background of the device and, as a result, to a significant deterioration in the sensitivity of the device, roughening the measurement range.
Переградуировка может осуществляться только в стационарных условиях эксплуатации, при условии возможности ее проведения и наличия в комплекте поставки необходимого набора радионуклидных источников. В полевых условиях эта процедура невозможна в силу их условий эксплуатации.Re-grading can only be carried out under stationary operating conditions, provided that it can be carried out and that the necessary set of radionuclide sources is included in the package. In the field, this procedure is not possible due to their operating conditions.
Известен способ температурной коррекции показаний сцинтилляционных детекторов (патент США №7592587, опубл. 22.09.2009), включающий поглощение ионизирующего излучения на сцинтилляторе, преобразование светового излучения в последовательность электрических импульсов, параметры которых пропорциональны энергии поглощенного излучения, определение калибровочного коэффициента из параметра формы импульса по заданной математической функции, представляющей собой полином, определение истинного значения энергии поглощенного кванта с учетом полученного калибровочного коэффициента, генерирование выходного сигнала, основанного на откалиброванном сигнале детектора.A known method of temperature correction of scintillation detector readings (US patent No. 7592587, publ. 09/22/2009), including the absorption of ionizing radiation on a scintillator, converting light radiation into a sequence of electrical pulses whose parameters are proportional to the energy of absorbed radiation, determining the calibration coefficient from the pulse shape parameter by a given mathematical function, which is a polynomial, determining the true value of the energy of the absorbed quantum, taking into account the Nogo calibration factor to generate an output signal based on the calibrated signal detector.
При этом математическая функция должна вычисляться индивидуально для каждого детектора.In this case, the mathematical function must be calculated individually for each detector.
Данный способ является наиболее близким к предложенному по технической сущности.This method is the closest to the proposed technical essence.
Недостатком способа является отсутствие стабильности качества коррекции, поскольку за счет естественного процесса старения кристалла происходит изменение параметров формы импульса. К такому же эффекту приводит эксплуатация кристалла в условиях повышенной радиационной нагрузки. Кроме того, при длительной эксплуатации происходит изменение параметров электронного тракта, и в первую очередь, характеристики ФЭУ. Поэтому использование в течение длительного времени в процессе коррекции выходного сигнала детектора первоначально измеренных параметров формы импульса приводит к снижению качества коррекции.The disadvantage of this method is the lack of stability of the quality of the correction, since due to the natural process of aging of the crystal, a change in the parameters of the pulse shape occurs. The operation of the crystal under conditions of increased radiation load leads to the same effect. In addition, during prolonged operation, a change in the parameters of the electronic path occurs, and first of all, the characteristics of the PMT. Therefore, the use for a long time in the process of correction of the output signal of the detector of the initially measured parameters of the pulse shape leads to a decrease in the quality of correction.
Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности качества коррекции выходного сигнала детектора.The technical result of the invention is to ensure the stability of the quality of the correction of the output signal of the detector.
Указанный технический результат достигается тем, что способ коррекции зависящих от температуры сигналов, генерируемых сцинтилляционным детектором, включает поглощение ионизирующего излучения на сцинтилляторе, преобразование светового излучения в последовательность электрических импульсов, измерение аппаратного значения их амплитуды, пропорциональной энергии поглощаемого излучения, одновременное измерение температуры внутри детектора, вычисление среднего значения температуры за время измерения, определение калибровочного коэффициента, с учетом средней температуры, по заданной математической функции, представляющей собой полином, с предварительно определенными параметрами, определение истинного значения энергии поглощенного излучения с учетом полученного калибровочного коэффициента, генерирование на его основе выходного сигнала детектора.The specified technical result is achieved by the fact that the method of correction of temperature-dependent signals generated by a scintillation detector includes the absorption of ionizing radiation on a scintillator, converting light radiation into a sequence of electrical pulses, measuring the hardware value of their amplitude proportional to the energy of absorbed radiation, simultaneously measuring the temperature inside the detector, calculation of the average temperature during the measurement, determination of the calibration coefficient coefficient, taking into account the average temperature, for a given mathematical function, which is a polynomial, with predefined parameters, determining the true value of the energy of absorbed radiation, taking into account the obtained calibration coefficient, generating the detector output signal based on it.
При этом для определения параметров полинома используется величина относительного смещения положения пиков полного поглощения в энергетическом спектре в зависимости от температуры внутри детектора, измеряемой термодатчиком.In this case, to determine the polynomial parameters, the relative displacement of the positions of the total absorption peaks in the energy spectrum is used depending on the temperature inside the detector measured by the temperature sensor.
Основной отличительной особенностью способа является использование при расчете калибровочного коэффициента непосредственно измеряемого значения температуры, не связанного с временным изменением свойств сцинтиллятора и параметров электронной схемы, что и обеспечивает стабильность качества коррекции выходного сигнала детектора.The main distinguishing feature of the method is the use of a directly measured temperature value in the calculation of the calibration coefficient, which is not associated with a temporary change in the properties of the scintillator and the parameters of the electronic circuit, which ensures the stability of the correction quality of the detector output signal.
Предложенный способ может быть реализован в детекторах, которые наряду с типовыми узлами, такими как сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и средства преобразования и обработки данных, содержат термодатчик (например, АД-7314), устанавливаемый непосредственно после ФЭУ, максимально близко к продольной оси устройства.The proposed method can be implemented in detectors, which, along with typical nodes, such as a scintillator, photomultiplier tube (PMT), and data conversion and processing tools, contain a temperature sensor (for example, AD-7314) installed directly after the PMT, as close as possible to the longitudinal axis devices.
При этом средства преобразования и обработки данных содержат, по крайней мере, усилители, амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) и контроллер, конструктивно располагаемый в самом детекторе или выполненный в виде внешнего блока управления (например, ПЭВМ).At the same time, the means for converting and processing data contain at least amplifiers, an amplitude-to-digital converter (ADC), and a controller structurally located in the detector itself or made in the form of an external control unit (for example, a PC).
Экспериментальным путем было установлено, что при изменении температуры в диапазоне от -20°С до +40°С происходит смещение аппаратного значения энергии пиков полного поглощения, которое может достигать ±10% от положения пиков при нормальной температуре (20±5°С).It was established experimentally that when the temperature changes in the range from -20 ° С to + 40 ° С, the hardware value of the energy of the total absorption peaks shifts, which can reach ± 10% of the positions of the peaks at normal temperature (20 ± 5 ° С).
Исследования проводились с использованием детекторов гамма-излучения ПГИ-1.Studies were conducted using gamma-ray detectors PGI-1.
Были определены положения (Еизм.) пяти пиков полного поглощения энергий: 122 кэВ по кобальту-57, 662 кэВ по цезию-137, 898 и 1836 кэВ по иттрию-88 и 2614 кэВ по торию-232 в регистрируемых энергетических спектрах и средние показания термодатчика при восьми значениях температуры в термокамере (минус 20°С, минус 10°С, 0°, плюс 10°С, плюс 20°С, плюс 25°С, плюс 30°С и плюс 40°С).The positions ( Еmeasurements ) of the five peaks of total energy absorption were determined: 122 keV for cobalt-57, 662 keV for cesium-137, 898 and 1836 keV for yttrium-88 and 2614 keV for thorium-232 in the recorded energy spectra and average readings temperature sensor at eight temperatures in the heat chamber (minus 20 ° С, minus 10 ° С, 0 °, plus 10 ° С, plus 20 ° С, plus 25 ° С, plus 30 ° С and plus 40 ° С).
Затем были вычислены отклонения Еизм. относительно известных значений энергии пиков полного поглощения (Еист.), определенных при температуре 20±1°С.Then the deviations E meas. relative to known full energy absorption peak values (F ist.), determined at a temperature of 20 ± 1 ° C.
Результаты эксперимента приведены в таблице 1, из которой видно, что значения относительного отклонения энергии пиков полного поглощения для каждой температуры одинаковы для всего энергетического диапазона 0,1-3 мэВ.The experimental results are shown in table 1, from which it can be seen that the values of the relative deviations of the energy of the total absorption peaks for each temperature are the same for the entire energy range of 0.1-3 meV.
Дальнейшая обработка полученных данных позволила получить усредненные значения калибровочных коэффициентов К=Еизм./Еист. для всего интервала температур и значения максимальной погрешности определения калибровочного коэффициента ΔК/К (%) для каждой температуры, приведенные в таблице 2, из которой следует, что для каждой температуры значение калибровочного коэффициента можно считать постоянным для всего энергетического диапазона, поскольку погрешность его измерения не превышает 1,1%.Further processing of the obtained data made it possible to obtain the averaged values of the calibration coefficients K = E meas. / E source for the entire temperature range and the value of the maximum error in determining the calibration coefficient ΔK / K (%) for each temperature, are given in table 2, from which it follows that for each temperature the value of the calibration coefficient can be considered constant for the entire energy range, since its measurement error is not exceeds 1.1%.
По полученным калибровочным коэффициентам методом наименьших квадратов были определены параметры аналитической функции KТ=f(Т), не зависящей от энергии гамма-излучения. Она с точностью 1-2% может быть представлена следующим полиномом третьего порядкаUsing the obtained calibration coefficients, the least squares method was used to determine the parameters of the analytical function K T = f (T), which was independent of the energy of gamma radiation. It can be represented with an accuracy of 1-2% by the following polynomial of the third order
где Т - показание термодатчика, усредненное за время измерения энергетического спектра, °С.where T is the temperature sensor averaged during the measurement of the energy spectrum, ° C.
Экспериментально полученная формула (1) заносится в память устройства обработки данных и используется в процессе измерений для температурной коррекции выходного сигнала детектора.The experimentally obtained formula (1) is stored in the memory of the data processing device and used in the measurement process for temperature correction of the detector output signal.
Конкретные значения коэффициентов полинома и его степень определяются заданным диапазоном рабочих температур и конструктивными особенностями детектора.The specific values of the coefficients of the polynomial and its degree are determined by the specified range of operating temperatures and the design features of the detector.
Аналогичные эксперименты были проведены на трех детекторах ПГИ-1. Полученные данные свидетельствуют о том, что параметры полинома могут быть определены на головных образцах серии и при сохранении элементной базы и конструкции распространены на все детекторы, изготовленные по единой технологии.Similar experiments were carried out on three PGI-1 detectors. The data obtained indicate that the parameters of the polynomial can be determined on the lead samples of the series and, while maintaining the elemental base and design, are extended to all detectors made using the same technology.
С учетом изложенного предлагаемый способ коррекции зависящих от температуры сигналов, генерируемых сцинтилляционным детектором, осуществляется следующим образом.In view of the foregoing, the proposed method for correcting temperature-dependent signals generated by a scintillation detector is as follows.
При включении детектора в среде, предполагающей наличие ионизирующего, например гамма-излучения, происходит его поглощение сцинтиллятором, преобразование посредством ФЭУ полученного светового излучения в последовательность электрических импульсов, их усиление, преобразование в цифровую форму АЦП и измерение контроллером аппаратного значения их амплитуды, пропорциональной энергии поглощаемых квантов.When the detector is turned on in an environment suggesting the presence of ionizing, for example, gamma radiation, it is absorbed by the scintillator, the received light is converted by a photomultiplier into a sequence of electrical pulses, amplified, digitalized by the ADC and the controller measures the hardware value of their amplitude proportional to the energy absorbed quanta.
Одновременно, с периодичностью измерения 1-2 секунды, производится измерение температуры внутри детектора посредством установленного в нем термодатчика. В контроллере производится вычисление средней температуры за время измерения и определение калибровочного коэффициента с учетом измеренной температуры по заданной математической функции (1), представляющей собой полином, в данном случае третьего порядка, с предварительно определенными по вышеописанной процедуре параметрами. С учетом полученного калибровочного коэффициента определяется истинное значение энергии поглощенных квантов и генерируется выходной сигнал, основанный на откалиброванном сигнале детектора.At the same time, with a measurement frequency of 1-2 seconds, the temperature inside the detector is measured by means of a temperature sensor installed in it. The controller calculates the average temperature during the measurement and determines the calibration coefficient, taking into account the measured temperature according to a given mathematical function (1), which is a polynomial, in this case, of the third order, with parameters predefined by the above procedure. Taking into account the obtained calibration coefficient, the true value of the energy of the absorbed quanta is determined and an output signal is generated based on the calibrated detector signal.
Поскольку в заявляемом способе для расчета калибровочных коэффициентов используются только значения энергии поглощенных квантов и температуры, не зависимые от характеристик сцинтиллятора и параметров электронного тракта, предлагаемый способ коррекции обеспечивает стабильность результатов независимо от продолжительности использования детектора.Since the claimed method uses only the energy of absorbed quanta and temperature, which are independent of the scintillator characteristics and electronic path parameters, to calculate calibration coefficients, the proposed correction method ensures the stability of the results regardless of the duration of use of the detector.
Таким образом, предложенный способ коррекции позволяет достаточно корректно проводить учет влияния температуры на показания приборов радиационного контроля.Thus, the proposed correction method allows fairly correctly to take into account the influence of temperature on the readings of radiation monitoring devices.
Практическое применение предложенного способа показало снижение величины погрешности, вносимой изменением температуры, с 10% до 1,5%.The practical application of the proposed method showed a decrease in the error introduced by the temperature change from 10% to 1.5%.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010100421/28A RU2418306C1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Method of correcting scintillation detector signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010100421/28A RU2418306C1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Method of correcting scintillation detector signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2418306C1 true RU2418306C1 (en) | 2011-05-10 |
Family
ID=44732795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010100421/28A RU2418306C1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Method of correcting scintillation detector signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2418306C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2557329C2 (en) * | 2013-12-06 | 2015-07-20 | Федеральное государственное казенное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Measuring method of dose rate of ionising radiation in wide range of working temperatures |
-
2010
- 2010-01-11 RU RU2010100421/28A patent/RU2418306C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2557329C2 (en) * | 2013-12-06 | 2015-07-20 | Федеральное государственное казенное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Measuring method of dose rate of ionising radiation in wide range of working temperatures |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7642518B1 (en) | Stabilization of a scintillation detector | |
RU2554313C2 (en) | Automatic gain stabilisation and temperature compensation for organic and/or plastic scintillation devices | |
US7339173B2 (en) | Method for stabilizing the temperature dependency of light emission of an LED | |
JP6978125B2 (en) | Gain correction device and method for scintillation detector | |
EP3278143B1 (en) | Detector and method of operation | |
US20160363672A1 (en) | Performance Stabilization For Scintillator-Based Radiation Detectors | |
US20190212458A1 (en) | System and method of stabilization of a gamma and neutron detecting device | |
CN115443419A (en) | X-ray apparatus with ambient temperature detector | |
KR101524453B1 (en) | A Scintillation Detector with Temperature Compensation Funtion and Control Method thereof | |
Pausch et al. | Stabilizing scintillation detector systems by exploiting the temperature dependence of the light pulse decay time | |
RU2418306C1 (en) | Method of correcting scintillation detector signals | |
RU2007144189A (en) | SYSTEM AND METHOD FOR STABILIZING RADIOACTIVITY MEASUREMENT | |
JP4928501B2 (en) | Liquid scintillation counter | |
JP2019095402A (en) | Measuring method of light emission attenuation time-constant of scintillator, measuring apparatus of the same, and measuring method of activator concentration of scintillator | |
JP6031857B2 (en) | Radiation measurement method | |
Budden et al. | Gain stabilization and pulse-shape discrimination in a thermally-variant environment for a hand-held radiation monitoring device utilizing Cs 2 LiYCl 6: Ce 3+(CLYC) scintillator | |
KR101523319B1 (en) | A METHOD FOR ILLIMINATING INTERNAL NOISE OF LaBr3 SCINTILLATING DETECTOR | |
RU136591U1 (en) | RADIOMETER-SPECTROMETER | |
JP7168531B2 (en) | Radiation monitor | |
Pausch et al. | Stabilizing scintillation detector systems: determination of the scintillator temperature exploiting the temperature dependence of the light pulse decay time | |
Ianakiev et al. | Effect of temperature on counting measurements in a uranium enrichment monitor based on a NaI (Tl) spectrometer and transmission source | |
EA035318B1 (en) | Method for temperature stabilization of parameters of a scintillation detector based on a silicon photoelectron multiplier to record gamma radiation, and device for implementing the same | |
KR101192175B1 (en) | Energy Calibration Method of Gamma Ray Scintillation Counter | |
KR20230041175A (en) | Method for temperature compensation of radiation spectrum |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |