RU2497157C1 - Способ определения энергетического спектра гамма-квантов - Google Patents
Способ определения энергетического спектра гамма-квантов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2497157C1 RU2497157C1 RU2012123624/28A RU2012123624A RU2497157C1 RU 2497157 C1 RU2497157 C1 RU 2497157C1 RU 2012123624/28 A RU2012123624/28 A RU 2012123624/28A RU 2012123624 A RU2012123624 A RU 2012123624A RU 2497157 C1 RU2497157 C1 RU 2497157C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sources
- gamma rays
- gamma
- radiation
- gamma quanta
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области спектрометрии гамма-квантов и может быть использовано в различных областях физических исследований, в т.ч. при испытаниях изделий электронной техники на радиационную стойкость. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью известных дозиметров измеряют экспозиционные дозы гамма-квантов сначала от одного источника излучений, затем последовательно от двух, трех и т.д. до n-источников, от которых определяется искомый спектр гамма-квантов, при постоянной схеме их размещения относительно дозиметра, рассчитывают вклад (ξ) гамма-квантов от разных источников в показания дозиметров путем решения системы рекурентных уравнений, в правой части которых представлены формулы для расчета поглощенных доз гамма-квантов в воздухе, а в левой - результаты измерений экспозиционных доз. По значениям ξ определяют энергетические спектры гамма-квантов. Технический результат - упрощение методики определения спектра гамма-квантов в полях излучений от разных источников, возможность применения способа в слабых и в интенсивных полях излучений, на статических и импульсных установках. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области спектрометрии гамма-квантов и может быть использовано в различных областях физических исследований, в т.ч. при испытаниях изделий электронной техники на радиационную стойкость.
Известен способ [1] определения энергетического спектра импульсного ионизирующего излучения малой длительности по функции пропускания тонкого пучка в газе, определяемой путем измерения времен дрейфа ионов в камере от места их образования до собирающего электрода. Однако способ не применим на установках, работающих в статическом режиме.
Способ спектрометрии гамма-излучения [2] по регистрации потоков гамма-квантов с помощью набора детекторов, отградуированных на источниках с известными энергиями гамма-линий трудоемок и неоперативен, т.к. требует длительного проведения градуировочных операций на реперных источниках. Кроме того, способ трудно реализуем в интенсивных полях излучений, например, на исследовательских ядерных реакторах.
Определение энергии гамма-квантов с использованием полупроводникового кремниевого детектора [3] осуществляется путем регистрации вторичных электронов, образующихся при взаимодействии квантов с материалом детектора. Недостаток способа заключается в том. что использование Si детектора сужает определяемый энергетический спектр гамма-излучения, т.к. объем чувствительной области кремния не велик, и использовать его можно для спектрометрии частиц с небольшим пробегом. Этим способом можно получить энергетические спектры импульсов только от комптоновских электронов, следовательно, имеются ограничения по регистрируемым энергиям квантов. Кроме того, некоторые типы полупроводниковых детекторов требуют охлаждения до очень низких температур, что усложняет методику измерений.
Известен способ определения энергетического спектра рентгеновского излучения с помощью сцинтилляционного анализатора [4]. К недостаткам этого способа следует отнести невозможность использования сцинтилляционных детекторов в интенсивных полях излучений, а также в счетном режиме работы аппаратуры, что связано с ограниченным быстродействием детекторов и электрических схем обработки импульсов. Кроме того, обработка аппаратурного спектра требует больших затрат времени.
Энергетические спектры гамма-квантов вблизи источников излучений, например, активных зон реакторов, могут быть определены путем решения уравнения переноса гамма-квантов методом Монте-Карло [5-6]. Основной проблемой здесь является подготовка ядерно-физических констант и расчетной модели, на уточнение которой в базовых экспериментах уходит много времени.
Наиболее близким по техническому решению задачи (прототипом изобретения) является способ, основанный на измерении экспозиционной дозы квантового излучения термолюминесцентными или другими дозиметрами за поглощающими фильтрами различной толщины [7].
Экспозиционная доза (Di) за фильтрами связана с искомым спектром φ(Е) квантового излучения следующим соотношением:
где Gi(E) - энерговыделение в детекторе за фильтром i-толщины для кванта с энергией Е;
n - число фильтров, используемых при измерениях.
Для определения φ(Е) необходимо решить систему интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода, где левая часть представляет собой результаты измерений доз гамма-квантов за фильтрами различной толщины. Эта задача относится к классу так называемых некорректных задач и решается методом регуляризации А.Н.Тихонова с учетом априорных сведений об искомом спектре, полученных в косвенных экспериментах [8]. Следует отметить, что точность восстановления спектрального распределения в методе поглощающих фильтров непосредственно зависит от достоверности априорных сведений об измеряемом спектре. Кроме того, в процессе реализации данного способа возникают методические проблемы, связанные с возможным разрушением детекторов осколками мишени, а также со сложностями извлечения детекторов из контейнера.
Техническим результатом изобретения является упрощение методики определения спектра гамма-квантов в полях излучений от разных источников и расширение области применения способа.
Технический результат достигается тем, что экспозиционные дозы гамма-квантов измеряют сначала от одного источника, затем последовательно от двух, трех и т.д. до n-источников при постоянной схеме их размещения относительно дозиметра, рассчитывают вклад (ξi-1) гамма-квантов от i-1 группы источников в поглощенную дозу гамма-квантов от i-источников путем решения системы рекурентных уравнений
где Di и Di-1 - результаты измерений экспозиционных доз гамма-квантов соответственно от i и i-1 групп источников;
Ji-1 и J1 - расчетные значения поглощенных доз гамма-квантов в воздухе соответственно от i-1 источников и источника, не входящего в группу i-1;
n - количество источников, от которых определяется искомый спектр гамма-квантов.
Энергетический спектр гамма-квантов φi(Е) в поле излучений от i-источников определяют по формуле
где φi-1(E) и φ1(Е) - энергетические спектры гамма-квантов соответственно от i-1 источников и источника, не входящего в группу i-1.
Поглощенную дозу гамма-квантов в воздухе (J) рассчитывают по формуле
где φ(Е) - энергетический спектр гамма-квантов;
µ(Е) - массовый коэффициент поглощения кванта с энергией Е.
Условия, при которых возможна реализация предлагаемого способа:
- количество источников гамма-квантов, от которых формируется искомый спектр, должно быть не менее двух, максимальное количество источников не ограничивается;
- необходима справочная информация о спектральном составе гамма-квантов от каждого источника, которая доступнее и надежнее, чем априорная информация об искомом спектре, используемая в способе-прототипе, сведения о других характеристиках излучений не требуются;
- при проведении серии измерений от разных групп источников должна соблюдаться постоянная схема их размещения относительно дозиметра;
- выбранные средства измерений должны обеспечивать надежную регистрацию экспозиционных доз гамма-квантов с учетом мощностных и дозовых характеристик используемых источников.
Последовательность выполнения операций выглядит следующим образом.
На первом этапе в исследуемой точке пространства измеряют экспозиционную дозу гамма-квантов сначала от одного, затем от двух источников, а также рассчитывают поглощенные дозы в воздухе от каждого из этих источников по формуле (4). Используя уравнение (2). рассчитывают вклад гамма-квантов от первого источника в показания дозиметров от двух источников, а затем по уравнению (3) определяют спектр гамма-квантов от двух источников.
На втором этапе (при наличии более двух источников) подключают к измерениям и расчетам третий источник. В этом случае решают уравнение (4) раздельно для определения J от первых двух источников со спектром гамма-квантов, вычисленным на первом этапе, и от третьего источника (J1). Подставляя эти значения в уравнение (2), определяют вклад гамма-квантов от первых двух источников в показания дозиметров от трех источников. Количество измерений равно числу источников, от которых определяется требуемый спектр гамма-квантов.
Проверка способа проводилась в поле излучений от двух источников гамма-квантов: исследовательского ядерного реактора ПРИЗ-М (12 ЦНИИ МО РФ) и устройства, конвертирующего нейтроны в гамма-кванты, применяемого для увеличения вклада дозы гамма-квантов в испытательном объеме реактора. Устройства-конверторы представляют собой набор пластин водородосодержащего материала (плексигласа), чередующихся с пластинами кадмия [9]. В результате замедления нейтронов на ядрах водорода и радиационного захвата тепловых нейтронов кадмием образуется вторичное гамма-излучение, спектральный состав которого существенно отличается от энергетического спектра гамма-излучения реактора. В процессе радиационных исследований необходимо определить спектр гамма-квантов в смешанном поле излучений от этих источников. Мощные реакторные поля излучений не всегда позволяют использовать для этой цели известные способы-аналоги. Поэтому был применен предлагаемый способ.
Экспозиционные дозы гамма-квантов при работе реактора с конвертором (Dp+к) и без конвертора (Dp) измерялись дозиметрами СГД-8 с широким диапазоном измерения доз (100-106) Р. По результатам измерений определено отношение Dp+к/Dp, которое в данном случае равно 4, 3. Затем по формуле (2) вычислен вклад гамма-квантов от реактора в показания дозиметров от двух источников, который равен 0,32. Информация о спектрах гамма-квантов от реактора и кадмиевого конвертора, а также значения µ(Е) взяты из справочной литературы [10-12]. Результаты определения энергетического спектра гамма-квантов предложенным способом (строка 1) и методом статистических испытаний по программе Geant-4 (строка 2) приведены в таблице, где спектр представлен в виде потока гамма-квантов в разных энергетических группах в относительных единицах.
Спектральный состав гамма-квантов (в относительных единицах) в смешанном поле излучений от реактора ПРИЗ-М и кадмиевого конвертора | ||||||
ΔЕ, МэВ | 0,1-0,5 | 0,5-2,0 | 2,0-3,0 | 3,0-5,0 | 5,0-6,0 | 6,0-10,0 |
1 | 0,133 | 0,378 | 0,204 | 0,189 | 0,052 | 0,044 |
2 | 0,152 | 0,405 | 0,214 | 0,148 | 0,042 | 0,039 |
Из таблицы следует, что расхождение приведенных данных, полученных разными методами, не превышает 27%. Этот факт свидетельствуют о высокой надежности результатов определения энергетического спектра гамма-квантов предложенным способом.
Применение предлагаемого изобретения позволит упростить методику определения энергетического спектра гамма-квантов в полях излучений от разных источников. Для реализации способа не требуется сложной и дорогостоящей спектрометрической аппаратуры и априорных сведений об искомом спектре гамма-квантов. Способ может быть применим как в слабых, так и в интенсивных полях излучений, на статических и импульсных установках.
Источники информации
1. В.К. Ляпидевский. Способ определения энергетического спектра импульсного ионизирующего излучения малой длительности. Патент РФ, №2189613, 2002.
2. Е.С. Кучурин, Н.Я. Шабалин и др. Способ гамма-спектрометрии. Патент РФ, №2159451, 2000.
3. Е.С. Матусевич, В.П. Семенов, Л.А. Трыков Способ определения энергетического спектра гамма-излучения. Патент РФ, №2067306, 1996.
4. Е.П. Боголюбов, В.И. Микеров и др. Рентгеновский анализатор. Патент РФ, №2388015, 2010.
5. Б.А. Брискман, В.Д. Бондарев, А.Н. Захаров Расчет спектра гамма-излучения водо-водяного реактора методом Монте-Карло. Атомная энергия, 1974, т.37, вып.3, с.208-211.
6. Geant 4. Developments and Application, J. Allison et al., IEEE Transactions on Nuclear Science. 2006, No.1, p.270-278.
7. E.H. Волков, А.Ф. Коростелев, В.К. Петин и др. Методика измерения энергетического спектра импульсного тормозного излучения ускорителей в диапазоне энергий 50-3000 кэВ. Институт сильноточной электроники СО АН СССР, 1991.
8. А.И. Веретенников, В.М. Горбачев, Б.А. Предеин. Методы исследования импульсных излучений, Москва. Энергоатом издат, 1985, с.108.
9. Г.Л. Пикапов, А.И. Рымарь, С.В. Костяев, И.С. Краснокутский. Формирование поля гамма-нейтронного излучения на реакторе ПРИЗ-М для испытаний крупногабаритной техники на радиационную стойкость. Сборник «ВАНТ», серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, вып.2. 2011. с.62-64.
10. А.П. Пышко. Л.А. Трыков. И.П. Гомонов и др. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по спектрам нейтронного и гамма-излучений в окрестности статического реактора. Техническая справка. ГНЦ ФЭИ, 2008.
11. В.П. Маликович, А.В. Кудрявцева. Защита от ионизирующих излучений. Справочник. Москва. Энергоатомиздат, 1995.
12. Э. Сторм, X. Исраэль. Сечения взаимодействия гамма-излучения (для энергий 0,001-100 МэВ и элементов с 1 до 100). Справочник. Москва. Атомиздат 1973.
Claims (1)
- Способ определения энергетического спектра гамма-квантов от нескольких источников излучений, основанный на измерении экспозиционной дозы и расчете поглощенной дозы гамма-квантов в воздухе, отличающийся тем, что экспозиционные дозы гамма-квантов измеряют сначала от одного источника излучений, затем последовательно от двух, трех и т.д. до n-источников при постоянной схеме их размещения относительно дозиметра, рассчитывают вклад гамма-квантов от i-1 группы источников в поглощенную дозу гамма-квантов от i-источников путем решения системы рекурентных уравнений
где Di и Di-1 - результаты измерений экспозиционных доз гамма-квантов соответственно от i и i-1 групп источников;
Ji-1 и J1 - значения поглощенных доз гамма-квантов в воздухе соответственно от i-1 источников и источника, не входящего в группу i-1, вычисляемые по формулам
φi-1(E) и φ1(E) - энергетические спектры гамма-квантов соответственно от i-1 источников и источника, не входящего в группу i-1;
µ(E) - массовый коэффициент поглощения кванта с энергией Е;
ξi-1 - вклад гамма-квантов от i-1 группы источников в поглощенную дозу гамма-квантов от i-источников;
n - количество источников, от которых определяется искомый спектр гамма-квантов,
а энергетический спектр гамма-квантов φi(E) от i-источников излучений определяют по формуле
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123624/28A RU2497157C1 (ru) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | Способ определения энергетического спектра гамма-квантов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123624/28A RU2497157C1 (ru) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | Способ определения энергетического спектра гамма-квантов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2497157C1 true RU2497157C1 (ru) | 2013-10-27 |
Family
ID=49446852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012123624/28A RU2497157C1 (ru) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | Способ определения энергетического спектра гамма-квантов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2497157C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2613594C1 (ru) * | 2015-12-04 | 2017-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Радиационные технологии" (ООО "РадТех") | Способ измерения мощности дозы в смешанном аппаратурном спектре гамма-излучения |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU441491A1 (ru) * | 1972-10-11 | 1974-08-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии | Устройство дл спектрометрии мощных импульсных потоков рентгеновского излучени |
RU2067306C1 (ru) * | 1993-10-11 | 1996-09-27 | Экспериментальный научно-исследовательский и методологический центр "Моделирующие системы" | Способ определения энергетического спектра гамма-излучения |
RU2297647C1 (ru) * | 2005-11-14 | 2007-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Способ определения характеристик жесткого гамма-излучения мощных импульсных источников |
US20120114100A1 (en) * | 2010-04-20 | 2012-05-10 | ICx Radiation, Inc. | Directional gamma radiation detector system |
-
2012
- 2012-06-08 RU RU2012123624/28A patent/RU2497157C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU441491A1 (ru) * | 1972-10-11 | 1974-08-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии | Устройство дл спектрометрии мощных импульсных потоков рентгеновского излучени |
RU2067306C1 (ru) * | 1993-10-11 | 1996-09-27 | Экспериментальный научно-исследовательский и методологический центр "Моделирующие системы" | Способ определения энергетического спектра гамма-излучения |
RU2297647C1 (ru) * | 2005-11-14 | 2007-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Способ определения характеристик жесткого гамма-излучения мощных импульсных источников |
US20120114100A1 (en) * | 2010-04-20 | 2012-05-10 | ICx Radiation, Inc. | Directional gamma radiation detector system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2613594C1 (ru) * | 2015-12-04 | 2017-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Радиационные технологии" (ООО "РадТех") | Способ измерения мощности дозы в смешанном аппаратурном спектре гамма-излучения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Caresana et al. | Intercomparison of radiation protection instrumentation in a pulsed neutron field | |
Agodi et al. | Precise measurement of prompt photon emission from 80 MeV/u carbon ion beam irradiation | |
Cooper et al. | Radiative β decay of the free neutron | |
Civinini et al. | Towards a proton imaging system | |
Alnour et al. | New approach for calibration the efficiency of HpGe detectors | |
RU2657296C2 (ru) | Способ измерения дозы посредством детектора излучения, в частности детектора рентгеновского излучения или гамма-излучения, используемого в спектроскопическом режиме, и система для измерения дозы с применением такого способа | |
Yücel et al. | A novel approach in voltage transient technique for the measurement of electron mobility and mobility-lifetime product in CdZnTe detectors | |
CN108267775A (zh) | 一种基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统及方法 | |
RU2497157C1 (ru) | Способ определения энергетического спектра гамма-квантов | |
Shikaze et al. | Development of highly efficient proton recoil counter telescope for absolute measurement of neutron fluences in quasi-monoenergetic neutron calibration fields of high energy | |
RU2613594C1 (ru) | Способ измерения мощности дозы в смешанном аппаратурном спектре гамма-излучения | |
Moros et al. | Characterization and calibration of a triple-GEM detector for medical dosimetry | |
Pan et al. | Characterization of a novel large area microdosimeter system for low dose rate radiation environments | |
Penn et al. | A low-noise 3He ionization chamber for measuring the energy spectrum of a cold neutron beam | |
Knyazev et al. | Tl concentration and its variation in a CsI (Tl) crystal for the CALIFA detector | |
Döhler et al. | Characterization of a fiber optic radiation sensor prototype for nuclear dismantling | |
Granja et al. | Composition and Spectral Characterization of Mixed-Radiation Fields with Enhanced Discrimination by Quantum Imaging Detection | |
Murata et al. | The performance of a prototype device designed to evaluate quality parameters of radiological equipment: Complementary study | |
Bernstein et al. | Summary of recent measurements of the Compton effect | |
Spurný et al. | Aircrew exposure assessment by means of a Si-diode spectrometer | |
Alburger et al. | Spin and Parity of C 15 | |
Behera et al. | Cosmic ray measurements using the ISMRAN setup in a non-reactor environment | |
Xu et al. | Design studies on the 4π γ-ray calorimeter for the ETF experiment at HIRFL-CSR | |
Tanimura et al. | Evaluation of target photon dose mixed in mono-energetic neutron fields using 7Li (p, n) 7Be reaction | |
Calviania et al. | Beam monitoring of high energy proton flux by the activation foil technique |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170609 |