RU2629948C1 - Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation - Google Patents

Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2629948C1
RU2629948C1 RU2016124900A RU2016124900A RU2629948C1 RU 2629948 C1 RU2629948 C1 RU 2629948C1 RU 2016124900 A RU2016124900 A RU 2016124900A RU 2016124900 A RU2016124900 A RU 2016124900A RU 2629948 C1 RU2629948 C1 RU 2629948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
collimator
size
positron
bremsstrahlung
slit
Prior art date
Application number
RU2016124900A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Борисович Сорокин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2016124900A priority Critical patent/RU2629948C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629948C1 publication Critical patent/RU2629948C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method includes sequential irradiation with bremsstrahlung of a slit collimator made in the form of blocks of heavy metal with a gap between them, for different sizes of the collimator slit, measurement of the positron radiation distributions from the positron radiation detector to the positron converter, located behind the slit collimator, each size of the collimator slit and determining the size of the focal spot from positron radiation distributions as a function of coordinates.
EFFECT: possibility of determining the size of the focal spot of the high-energy part of the brake accelerator radiation.
3 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для использования при разработке источников тормозного излучения на основе ускорителей электронов и при контроле их параметров при использовании в дефектоскопии и промышленной томографии толстостенных объектов.The invention relates to accelerator technology and is intended for use in the development of bremsstrahlung sources based on electron accelerators and in monitoring their parameters when used in flaw detection and industrial tomography of thick-walled objects.

Известен способ определения размеров фокусного пятна источника тормозного излучения, реализуемый устройством для определения размеров фокусных пятен источников тормозного излучения [SU 313185 А1, МПК6 H01J 35/14, опубл. 01.01.1971], который включает облучение тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из тяжелого металла с калиброванной щелью между ними, и детектора в виде рентгеновской пленки, измерение распределения дозы тормозного излучения в детекторе в зависимости от координат и определение размера фокусного пятна по распределению дозы тормозного излучения в детекторе в зависимости от координат.A known method of determining the size of the focal spot of the source of bremsstrahlung, implemented by a device for determining the size of the focal spots of sources of bremsstrahlung [SU 313185 A1, IPC6 H01J 35/14, publ. 01/01/1971], which includes irradiation with bremsstrahlung of a slit collimator made in the form of blocks of heavy metal with a calibrated gap between them, and a detector in the form of an X-ray film, measuring the dose distribution of bremsstrahlung in the detector depending on the coordinates and determining the size of the focal spot using the dose distribution of bremsstrahlung in the detector, depending on the coordinates.

Известен способ определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя [Gambaccini М., Cardarelli P., Taibi A., et al. Measurement of focal spot size in a 5.5 MeV linac. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, v. 269 (2011), p. 1157-1165.], взятый за прототип, который включает последовательное облучение тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из тяжелого металла со щелью между ними, и детектора тормозного излучения при разных размерах щели коллиматора, измерение распределений дозы тормозного излучения детектором тормозного излучения за щелевым коллиматором в зависимости от координат для каждого размера щели коллиматора и определение размера фокусного пятна по распределениям дозы тормозного излучения в зависимости от координат при облучении щелевого коллиматора при разных размерах щели.A known method for determining the size of the focal spot of the brake radiation of the accelerator [Gambaccini M., Cardarelli P., Taibi A., et al. Measurement of focal spot size in a 5.5 MeV linac. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, v. 269 (2011), p. 1157-1165.], Taken as a prototype, which includes sequential irradiation of a slit collimator made by blocks of heavy metal with a gap between them and a bremsstrahlung detector with different sizes of the collimator slit, measuring the bremsstrahlung dose distributions with a bremsstrahlung detector for slotted collimator depending on the coordinates for each size of the collimator slit and determining the size of the focal spot from the dose distribution of bremsstrahlung depending on the coordinates for irradiation of the slit collimator with different sizes of the slit.

Распределение в фокусном пятне тормозного излучения квантов высокоэнергетической части спектра отличается от распределения квантов низкоэнергетической части спектра. При этом значительное преобладание квантов низкой энергии в спектре тормозного излучения приводит фактически к измерению фокусного пятна низкоэнергетической части спектра тормозного излучения, а не к практически важной для контроля толстостенных объектов высокоэнергетической части.The distribution in the focal spot of the bremsstrahlung of quanta of the high-energy part of the spectrum differs from the distribution of quanta of the low-energy part of the spectrum. In this case, the significant predominance of low-energy quanta in the bremsstrahlung spectrum actually leads to the measurement of the focal spot of the low-energy part of the bremsstrahlung spectrum, rather than being practically important for controlling thick-walled objects of the high-energy part.

Задачей настоящего изобретения является определение размеров фокусного пятна высокоэнергетической части спектра тормозного излучения.The objective of the present invention is to determine the size of the focal spot of the high-energy part of the spectrum of bremsstrahlung.

Поставленная задача решена за счет того, что способ определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя, также как в прототипе, включает операции последовательного облучения тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из тяжелого металла со щелью между ними, при разных размерах щели коллиматора, измерения детектором распределений излучения за щелевым коллиматором в зависимости от координат для каждого размера щели коллиматора и определения размера фокусного пятна по распределениям излучения в зависимости от координат при облучении щелевого коллиматора при разных размерах щели.The problem is solved due to the fact that the method of determining the size of the focal spot of the bremsstrahlung of the accelerator, as in the prototype, includes the operation of sequentially irradiating the crevice radiation of the slit collimator, made in the form of blocks of heavy metal with a gap between them, with different sizes of the collimator slit, measurements the radiation distribution detector behind the slotted collimator, depending on the coordinates for each collimator slit size and determining the focal spot size from the radiation distributions depending on the coordinates during irradiation of the slit collimator at different sizes of the gap.

Согласно изобретению измеряют за щелевым коллиматором детектором позитронов распределение позитронного излучения из расположенного за щелевым коллиматором конвертера тормозного излучения в позитронное.According to the invention, the distribution of positron radiation from the bremsstrahlung to positron converter located behind the slotted collimator is measured behind a slotted collimator by a positron detector.

Поскольку выход позитронного излучения является пороговой функцией энергии кванта тормозного излучения, то сигнал детектора позитронов определяется только квантами тормозного излучения с энергией выше пороговой, равной 1.02 МэВ, и значит, по сигналу детектора определяется размер фокусного пятна высокоэнергетической части спектра тормозного излучения.Since the positron radiation output is a threshold function of the energy of the bremsstrahlung quantum, the positron detector signal is determined only by bremsstrahlung quanta with an energy above the threshold equal to 1.02 MeV, which means that the size of the focal spot of the high-energy part of the bremsstrahlung spectrum is determined by the detector signal.

На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя.In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing a method for determining the size of a focal spot of brake radiation of an accelerator.

На фиг. 2 показаны распределения сигнала детектора позитронов по координате X при различных размерах щели щелевого коллиматора.In FIG. Figure 2 shows the distribution of the positron detector signal along the X coordinate for various sizes of the slit of the slot collimator.

На фиг. 3 показана зависимость ширины на полувысоте распределений сигналов детектора позитронов по координате X от размера щели коллиматора.In FIG. Figure 3 shows the half-width dependence of the positron detector signal distributions along the X coordinate on the size of the collimator slit.

Способ определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя осуществляют с помощью устройства, которое содержит основание 1 (фиг. 1), на котором закреплен щелевой коллиматор, выполненный, например, в виде рамки 2 и закрепленных в ней двух блоков 3 из вольфрама с регулируемым расстоянием между их поверхностями, ограничивающими пространство щели с регулируемым размером di в диапазоне, например, от 0,1 до 1,0 мм.The method for determining the size of the focal spot of the brake radiation of the accelerator is carried out using a device that contains a base 1 (Fig. 1), on which a slit collimator is mounted, made, for example, in the form of a frame 2 and two tungsten blocks 3 fixed therein with an adjustable distance between their surfaces bounding the space of the slit with an adjustable size d i in the range, for example, from 0.1 to 1.0 mm

На основании 1 закреплены направляющие 4 платформы перемещения 5, которые расположены перпендикулярно поверхностям блоков 3, ограничивающих пространство щели щелевого коллиматора. На платформе перемещения 5 установлен электромагнит постоянного тока в виде магнитопровода 6 с обмоткой 7 и полюсными наконечниками 8, поверхности которых параллельны направляющим 4 и перпендикулярны входным поверхностям 9 блоков 3 щелевого коллиматора.On the base 1, guides 4 of the displacement platform 5 are fixed, which are perpendicular to the surfaces of the blocks 3, which limit the space of the slit of the slit collimator. A DC electromagnet is mounted on the displacement platform 5 in the form of a magnetic circuit 6 with a winding 7 and pole pieces 8, the surfaces of which are parallel to the guides 4 and perpendicular to the input surfaces 9 of the blocks 3 of the slotted collimator.

Конвертер 10 тормозного излучения в позитронное излучение, выполненный, например, из платиновой проволоки диаметром, например 0.1 мм, расположен перпендикулярно поверхностям полюсных наконечников 8 электромагнита и закреплен на них. Между полюсными наконечниками 8 закреплен детектор позитронов 11, выполненный, например, в виде сцинтилляционного детектора с пластмассовым сцинтиллятором.The converter 10 of bremsstrahlung to positron radiation, made, for example, of a platinum wire with a diameter of, for example 0.1 mm, is perpendicular to the surfaces of the pole pieces 8 of the electromagnet and mounted on them. A positron detector 11 is fixed between the pole pieces 8, made, for example, in the form of a scintillation detector with a plastic scintillator.

В стартовом положении платформы перемещения 5 относительно основания 1 устройство ориентируют относительно мишени 12 ускорителя 13, например, бетатрона, так, чтобы ось пучка тормозного излучения ускорителя находилась в середине щели между блоками 3 щелевого коллиматора и в середине проволочного конвертера. L1 - расстояние между щелевым коллиматором 2 и конвертером 8. L2 - расстояние между мишенью 11 ускорителя 12 и щелевым коллиматором 2.In the starting position of the displacement platform 5 relative to the base 1, the device is oriented relative to the target 12 of the accelerator 13, for example, a betatron, so that the axis of the beam of bremsstrahlung of the accelerator is in the middle of the gap between the blocks 3 of the slot collimator and in the middle of the wire converter. L 1 is the distance between the slotted collimator 2 and the converter 8. L 2 is the distance between the target 11 of the accelerator 12 and the slotted collimator 2.

В каждом импульсе работы ускорителя 12 пучок электронов падает на мишень 11. Выходящее из мишени 12 тормозное излучение создает на расстоянии от мишени, равном (L1+L2), в плоскости положения конвертера 3 поле тормозного излучения, возмущенное щелевым коллиматором 2. Кванты тормозного излучения взаимодействуют с конвертером 8 с образованием выходящих из конвертера 8 электронов, позитронов и вторичных квантов, причем поток позитронов создается только квантами с энергией, превышающей пороговую энергию образования электронно-позитронных пар, равную 1,02 МэВ. Через обмотку электромагнита 7 пропускают постоянный ток от источника постоянного тока и устанавливают его величину, соответствующую, например, максимальному выходному сигналу детектора позитронов 11. В магнитном поле между полюсными наконечниками 8 поток частиц анализируется и на детектор позитронов 11 попадают позитроны с энергией, задаваемой напряженностью магнитного поля (током в обмотке 7 электромагнита), положением детектора позитронов 10 и его размерами. Сигнал детектора позитронов 11, благодаря высокой эффективности регистрации позитронов и низкой эффективности регистрации квантов практически определяется падающими на конвертер 8 квантами тормозного излучения, имеющими энергию более 1.02 МэВ.Each pulse of the accelerator electron beam 12 is incident on the target 11. The target 12 exiting the bremsstrahlung creates a distance from the target is equal to (L 1 + L 2) in a plane position bremsstrahlung converter 3 field perturbed slot collimator 2. bremsstrahlung radiation interact with the converter 8 with the formation of electrons, positrons and secondary quanta emerging from the converter 8, and the positron flux is created only by quanta with an energy exceeding the threshold energy of formation of electron-positron pairs, apparent 1.02 MeV. A direct current from the direct current source is passed through the winding of the electromagnet 7 and its value is set, corresponding, for example, to the maximum output signal of the positron detector 11. In the magnetic field between the pole pieces 8, the particle flux is analyzed and positrons with the energy specified by the magnetic field (current in the winding 7 of the electromagnet), the position of the positron detector 10 and its size. The signal of the positron detector 11, due to the high efficiency of positron registration and low detection efficiency of quanta, is practically determined by the bremsstrahlung quanta 8 incident on the converter and having an energy of more than 1.02 MeV.

Путем перемещения электромагнита вместе с конвертером 10 и детектором позитронов 11 на платформе перемещения 5 вдоль направляющих 4 относительно стартового положения измеряют распределение сигналов детектора позитронов 11 в зависимости от координат положения конвертера 10 по направлению перемещения X, которое соответствует распределению квантов тормозного излучения с энергией, превышающей 1,02 МэВ, вдоль направления перемещения X.By moving the electromagnet together with the converter 10 and the positron detector 11 on the displacement platform 5 along the guides 4 relative to the starting position, the distribution of the signals of the positron detector 11 is measured depending on the coordinates of the position of the converter 10 in the direction of movement X, which corresponds to the distribution of bremsstrahlung quanta with an energy exceeding 1 , 02 MeV, along the direction of movement X.

Измеряют распределения Di (i=1, 2, 3, …, n) сигналов детектора позитронов 11 в зависимости от координат положения конвертера 10 по направлению перемещения X при разных размерах di щели коллиматора, например di=1=0,1 мм, di=2=0,2 мм, di=3=0,3 мм, ..., di=6=1,0 мм.The distributions D i (i = 1, 2, 3, ..., n) of the signals of the positron detector 11 are measured depending on the coordinates of the position of the converter 10 in the direction of movement X for different sizes d i of the collimator slit, for example, d i = 1 = 0.1 mm , d i = 2 = 0.2 mm, d i = 3 = 0.3 mm, ..., d i = 6 = 1.0 mm.

Распределения сигналов детектора позитронов 11 в зависимости от координаты положения конвертера 10 по направлению X при размерах щели коллиматора в диапазоне от 0,1 до 1 мм показаны на фиг. 2.The distributions of the signals of the positron detector 11 depending on the coordinate of the position of the converter 10 in the X direction with collimator slit sizes in the range from 0.1 to 1 mm are shown in FIG. 2.

Зависимость ширины распределений на полувысоте FWHM от размера щели d приведена на фиг. 3. Экстраполяция зависимости к нулевому размеру щели дает ширину на полувысоте нормального распределения квантов по поверхности мишени - эффективный размер фокусного пятна высокоэнергетической части тормозного излучения ускорителя (FWHM_γ).The dependence of the distribution width at half maximum FWHM on the gap size d is shown in FIG. 3. Extrapolation of the dependence on the zero size of the gap gives the width at half maximum of the normal distribution of quanta over the target surface — the effective focal spot size of the high-energy part of the accelerator bremsstrahlung (FWHM_γ).

При необходимости определения размера фокусного пятна в направлении, отличном от X, получают распределение сигнала детектора позитронов 10 при соответствующей ориентации устройства относительно мишени ускорителя.If it is necessary to determine the size of the focal spot in a direction other than X, the signal distribution of the positron detector 10 is obtained with the corresponding orientation of the device relative to the accelerator target.

Предлагаемый способ позволяет определять размер фокусного пятна с практически одинаковой достоверностью для всей высокоэнергетической части спектра тормозного излучения благодаря возрастанию с энергией квантов вероятности рождения электронно-позитронных пар, что компенсирует уменьшение количества квантов с возрастанием их энергии в спектре тормозного излучения.The proposed method allows to determine the size of the focal spot with almost the same reliability for the entire high-energy part of the bremsstrahlung spectrum due to the increase in the quantum energy of the probability of production of electron-positron pairs, which compensates for the decrease in the number of quanta with an increase in their energy in the bremsstrahlung spectrum.

Claims (1)

Способ определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя, включающий последовательное облучение тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из тяжелого металла со щелью между ними, при разных размерах щели коллиматора, измерение детектором распределений излучения за щелевым коллиматором в зависимости от координат для каждого размера щели коллиматора и определение размера фокусного пятна по распределениям излучения в зависимости от координат при облучении щелевого коллиматора при разных размерах щели, отличающийся тем, что измеряют за щелевым коллиматором детектором позитронов распределение позитронного излучения из расположенного за щелевым коллиматором конвертера тормозного излучения в позитронное.A method for determining the size of the focal spot of the accelerator bremsstrahlung, including successive irradiation of the crevice collimator with brake radiation made in the form of blocks of heavy metal with a gap between them, for different sizes of the collimator gap, measuring the radiation distributions behind the crevice collimator with a detector depending on the coordinates for each gap size the collimator and determining the size of the focal spot from the distribution of radiation depending on the coordinates when irradiating the slotted collimator at different x the size of the slit, characterized in that the positron radiation distribution from the bremsstrahlung to positron converter located behind the slit collimator is measured by a positron detector.
RU2016124900A 2016-06-21 2016-06-21 Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation RU2629948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124900A RU2629948C1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124900A RU2629948C1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629948C1 true RU2629948C1 (en) 2017-09-05

Family

ID=59797805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124900A RU2629948C1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629948C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU313185A1 (en) * И. И. Лапицкий, Е. А. Косарев, Г. Г. Карабек В. Е. Фед шев DEVICE FOR DETERMINING THE DIMENSIONS OF FOCAL SPOTS OF SOURCES OF BRAKE RADIATION
US20050279947A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Thomas Feurer Acceleration of charged particles using spatially and temporally shaped electromagnetic radiation
RU2462844C1 (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Deceleration radiation source with small focal spot

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU313185A1 (en) * И. И. Лапицкий, Е. А. Косарев, Г. Г. Карабек В. Е. Фед шев DEVICE FOR DETERMINING THE DIMENSIONS OF FOCAL SPOTS OF SOURCES OF BRAKE RADIATION
US20050279947A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Thomas Feurer Acceleration of charged particles using spatially and temporally shaped electromagnetic radiation
RU2462844C1 (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Deceleration radiation source with small focal spot

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gambaccini М., Cardarelli P., Taibi A., at all. Measurement of focal spot size in a 5.5 MeV linac. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, v. 269 (2011). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10245448B2 (en) Particle beam monitoring systems and methods
Richard et al. Design guidelines for a double scattering compton camera for prompt-$\gamma $ imaging during ion beam therapy: a monte carlo simulation study
US9186525B2 (en) Apparatus for particle therapy verification
Utsunomiya et al. Energy calibration of the NewSUBARU storage ring for laser Compton-scattering gamma rays and applications
KR101206005B1 (en) Gamma-ray detection apparatus and gamma-ray detection method using the same
US9194963B2 (en) Scintillating module, positron emission tomography, ion beam profiler, ion beam filter, and ion beam generating device using scintillating module
Abramov et al. Measurement of the energy of electrons extracted from the VEPP-4M accelerator
JP2014190754A (en) Neutron dosimetry device and neutron capture therapy device
Rosenfeld et al. Edge-on face-to-face MOSFET for synchrotron microbeam dosimetry: MC modeling
Krupka et al. Design of modular multi-channel electron spectrometers for application in laser matter interaction experiments at Prague Asterix Laser System
Zarifi et al. Characterization of prompt gamma ray emission for in vivo range verification in particle therapy: A simulation study
RU2629759C1 (en) Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation
Hai-Bo et al. Monte Carlo simulation for bremsstrahlung and photoneutron yields in high-energy x-ray radiography
JP2010012056A (en) Charged particle beam irradiation system
RU2629948C1 (en) Device for determining sizes of focus spot of accelerator brake radiation
RU182076U1 (en) X-ray fluorescence wire scanner of profiles of beams of ionizing radiation
Volpe et al. Proton radiography of cylindrical laser-driven implosions
Naranjo et al. Compton spectrometer for FACET-II
JP6875265B2 (en) Neutron beam detector
JP2008014816A (en) Nondestructive inspecting method and apparatus capable of precisely measuring presence of heterogeneous materials existing inside surface layer of complex structure in short time
Markov et al. A procedure for determining the absorbed dose in a substance exposed to pulsed heavy ion beams
RU2770409C1 (en) Method for determining the size of the focal spot of the accelerator braking radiation
RU2513641C2 (en) Method of determining spectral and spatial distribution of deceleration radiation photons and corresponding device
Bespalov et al. The Monte Carlo study of techniques for determining bremsstrahlung focal spots
Ball et al. CNGS: Effects of possible alignment errors

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190622