МЕТОД ЗА ОН-ЛАЙН КАЛИБРИРАНЕ ЗА МНОГОКРИСТАЛНИ СЦИНТИЛАЦИОННИ ГАМА СПЕКТРОМЕТРИ
Цена:
Автори на произведението:
Научно списание:
Година на издаване:
МЕТОД ЗА ОН-ЛАЙН КАЛИБРИРАНЕ ЗА МНОГОКРИСТАЛНИ СЦИНТИЛАЦИОННИ ГАМА СПЕКТРОМЕТРИ
УСТРОЙСТВО И ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ТЕХНИКА, 2008, № 5, стр. 56-61
_ ЯДРЕНА ТЕХНОЛОГИЯ _
МЕТОД ЗА ОН-ЛАЙН КАЛИБРИРАНЕ ЗА МНОГОКРИСТАЛНИ СЦИНТИЛАЦИОННИ ГАМА СПЕКТРОМЕТРИ
Описан е метод за калибриране на y-сцинтилационни спектрометри в мултикристални възли, използвани в редица приложни проблеми. Методът позволява да се калибрира всеки спектрометър в сборка едновременно с оперативните измервания. Това осигурява възможност за автоматично регулиране на работните параметри на спектрометрите при промяна на външни фактори и непрекъснат мониторинг на работата на спектрометричните канали, включително сцинтилаторите.
PACS: 29.40.Ms, 29.30.Kv, 29.25.Rm
Обикновено при y-спектрометрията калибрирането на енергийната скала на спектрометрите и оперативните измервания се извършват отделно. По време на дългосрочни измервания, особено при условия, когато външните фактори, които влияят на характеристиките на оборудването, могат да се променят, техниката на разделно време калибриране и оперативни измервания може да доведе до значителни грешки. Това е особено вярно за редица приложни проблеми, при които се използват сцинтилационни γ-спектрометри, работещи в автоматичен режим като част от многокристални възли с голяма площ, например при радиационно картографиране или мониторинг на територии с помощта на γ-спектрометри, инсталирани на хеликоптери, както и при радиационен мониторинг на големи товарни контейнери с цел откриване на скрито полагане на ядрени материали или експлозиви и др. [1–5].
В зависимост от конкретната задача, броятотделните y-спектрометри в комплекта са различни и могат да бъдат доста големи. За калибриране на такива мултикристални възли се предлага метод, който прави възможно калибрирането на всеки спектрометър с помощта на вградени y-източници едновременно с оперативните измервания. Това осигурява възможност за автоматично регулиране на работните параметри на спектрометрите при промяна на външни въздействащи фактори и непрекъснат мониторинг на работата на спектрометричните канали, включително сцинтилаторите.
2. ПРИНЦИП НА МЕТОДА И ИЗБОР НА ИЗТОЧНИКА ЗА КАЛИБРИРАНЕ
Принципът на предложения метод е следният. Ако радиоактивен източник с чисто позитронна активност (само два y-кванта, излъчвани в противоположни посоки, се образуват по време на анихилацията на позитрон) се постави между два идентични сцинтилационни детектора със 100% ефективност на откриване на тези y-кванти, тогава такъв източник ще бъде видим в режим на съвпадение и невидим в режим на антисъвпадение. Ако електронният път на устройството е проектиран така, че режимът на съвпадение е режимът на калибриране, а режимът на антисъвпадение е режимът на работа, тогава калибрирането на спектрометъра може да се извърши едновременно с работните измервания. На практика е невъзможно да се намери източник с чисто позитронна активност и е технически трудно да се осигури 100% ефективност на регистриране на анихилационни y-кванти в реални спектрометри. Въпреки това, за да се приложи методът, е достатъчно да се осигурят такива условия, при които частта от y-квантите на калибриращия източник, регистрирана в работен режим, ще бъде малка в сравнение с фона [6].
От всички разгледани изотопи най-подходящ за калибриращ източник е натриевият изотоп 22Na с период на полуразпад T1/2 = 2,6 g. Според неговата схема на разпадане (фиг. 1), освенпозитрони, се излъчва друг y-квант с енергия 1,274 MeV, излъчен изотропно. По този начин се наблюдават три пика в спектъра на 22Ni y-лъчение: основният анихилационен пик с енергия 0,511 MeV, пик с енергия 1,274 MeV и пик с обща енергия 1,785 MeV. Наличието на общия пик позволява калибриране в енергиен диапазон над 1,5 MeV. Схемата на разпадане на 22Ka е относително проста
^-улавяне r+ 90,5% 9,5% F
/VW^ Фотон 1,27 MeV
Ориз. 1. Схема на разпадането на 22n.
CsI(Tl) 160 x 160 x 70 мм
Капсула с 22 No 1 Фиг. 2. Геометрия на изчислителния модел.
и е добре проучен, което прави възможно използването на сравнително проста математика за изчисления и експериментални оценки на необходимите характеристики [7].
Необходимо конструктивно условие за прилагането на предложения метод за калибриране на мултикристални y-спектрометри е четен брой идентични сцинтилационни детектори, комбинирани по двойки в спектрометрични модули. Калибриращият източник 22N във всеки модул е разположен симетрично между сцинтилаторите. Активността на източника на калибриране може да бъде доста ниска, тъй като фонът в режим на съвпадение е много по-малък от фона в режим на работа. Критериите за ниска активност на калибриращия източник са допустимата степен на влияние върху фона в работен режим и разумно време за калибриране. За да се оцени фонът в режимите на калибриране и работа, да се изчисли ефективността на спектъра и регистрацията на източника на калибриране, да се определи неговата активност и степента на влияние върху режима на работа по метода на Монте Карло, беше извършено математическо моделиране на работата на y-спектрометричния модул.
3. МАТЕМАТИЧЕСКИ МОДЕЛ
За симулиране на работата на модула бяха избрани два идентични детектора C$1(T1) с правоъгълна форма, монтирани един до друг.приятел. Геометрията на изчислителния модел е показана на фиг. 2. В режим на съвпадение, в резултат на възможното едновременно регистриране на фонов y-квант от двата детектора, ще се появи корелиран фон. За потискането му между детекторите е монтиран защитен екран от олово с прозорец, в центъра на който е монтирана капсула с калибровъчен източник симетрично към двата кристала. Дебелината на стените на капсулата е достатъчна, за да абсорбира позитрони с енергия от 0,5 MeV, произтичаща от разпада на P+ на 22Ni. Дебелината на оловния екран и размерът на прозореца могат да варират.
Фонът в режима на съвпадение има два компонента: корелиран фон и фон на случайни съвпадения. Когато се използват сцинтилатори и структурни материали с ниско ниво на присъщ фон, корелираният фон се определя главно от външния фон. При моделирането на външния фон се приема, че неговият източник е само естествена радиоактивност, главно поради изотопите на серията уран 238U и торий 232Th, изотопа 40K и Ru. Предполага се, че сериите от уран и торий са в състояние на радиоактивно равновесие. За урановата серия бяха изиграни y-квантите на изотопите 214N, 214Pb и 234mPa; за ториевата серия бяха изиграни изотопите 208T1, 228Ac, 212Pb, 212N, 224Na и 228Th. За всички изотопи, като се вземе предвид структурата на нивата на всеки, са създадени подпрограми за моделиране на фонови y-кванти. Приема се, че дозовото натоварване в близост до повърхността на Земята е 10 μR/h, а приносът на изотопите от серията u и TI, както и 40K, към него е същият (3,33 μR/h). Приносът на радоновия компонент е определен при предположението, че концентрацията на U в близост до земната повърхност е 10 Bq/m3 и намалява експоненциално с височината. Въздухът е взет при нормални условия (t = 0°C, p = 760 Torr), което съответства на плътност от 1,293 kg/m3 и състав (по тегло): азот 75,5%, кислород 23,2% иаргон 1,3%. Химическият състав на почвата: кислород 43%, водород 2%, въглерод 11%, алуминий 14%, силиций 20%, титан 1%, желязо 9%. Плътност на почвата 1,625 g/cm3. Радиоактивността се разпределя равномерно в обема на почвата до дълбочина 1,5 m.
При моделиране на спектрите на калибровъчни и работни събития се възприема следният алгоритъм: когато y-квантите се откриват едновременно в двата детектора, събитието се записва в калибровъчния спектър, а когато y-квант се открива само в един от детекторите, се записва в работните спектри на този детектор. За да се оцени величината на външния фон, бяха моделирани характеристиките на потока.
Ефективност на регистриране на източника на калибриране и фона в режимите на съвпадения и антисъвпадения за редица променливи параметри на изчислителния модел
Дебелина на екрана, mm Размер на прозореца, mm Ефективност на откриване на източника на калибриране, % Фон, s 1
режим на съвпадение режим на антисъвпадение корелиран (режим на съвпадение) външен за 1 детектор (режим на антисъвпадение)
Без екран - 50.40 19.80 8.030 582.2
10 Без прозорец 11,86 24,83 1,309 573,1
10 10 x 20 34,07 24,61 1,410 571,5
10 20 x 40 42,66 22,09 1,774 572,9
20 10 x 20 17,25 25,61 0,536 573,8
20 20 x 40 26,70 25,39 0,852 563,8
ka y-кванти във въздуха на височина 1 m: косинусите на енергията и посоката на y-квантите бяха записани при пресичане на равнина, успоредна на нивото на земната повърхност на тази височина. За всеки изотоп са формирани файлове за събития и е определена енергията, предадена от y-квантите на заредени частици във въздуха в диапазона на височина 0,5-1,5 m, която по дефиниция е пропорционална на експозиционната доза. Така за всеки изотоп се получава връзка между характеристиките на потока от у-кванти с известна интегрална плътност и експозициятадоза на височина 1 м. След това се симулира регистрацията на фонови у-кванти в детекторите. Получените файлове бяха използвани със специална програма за изчисляване на фоновите спектри в реално време.
Ориз. Фиг. 3. Спектри на корелирания фон в режим на съвпадение без защитен екран (1) и със защитен екран с дебелина 10 mm с прозорец 10 x 20 mm (2).
преса от съвпадения и антислучайности. Програмата взе предвид приноса на всеки изотоп към натоварването на дозата, сумира приносите и замъгли спектрите в съответствие с определената енергийна разделителна способност.
В резултат на моделиране за редица променливи параметри на изчислителния модел са изчислени спектрите и са получени оценки на външния фон в режим на антисъвпадение и корелирания фон в режим на съвпадение, изчислени са спектрите на източника на калибриране и ефективността на неговата регистрация в двата режима. Получените данни са показани в таблицата.
От получените данни може да се види, че увеличаването на дебелината на екрана и намаляването на площта на прозореца води до намаляване на корелирания фон и ефективността на регистриране на източника на калибриране в режим на съвпадение. Въпреки това, печалбата в големината е корелирана
За по-нататъшно четене на статията трябва да закупите пълния текст. Артикулите се изпращат във форматPDFна пощата, посочена при плащането. Времето за доставка епо-малко от 10 минути. Цената на една статия е150 рубли.
Подобни научни трудове на тема "Физика"
В. Г. Гаранин, В. А. Лабусов, И. Р. Шелпакова — 2012 г
ERONEN T., HUOVELIN J., KETTUNEN H., LEHTI J., PELTONEN J., VALTONEN E., VIRTANEN A., BORODENKO Yu.
М. Б. Амелчаков, Н. В. Ампилогов, Г. И. Бритвич, В. Б. Бруданин, И. Б. Немченок, А. А. Петрухин, А. В. Саламатин и А. П. СолдатовЧЕРНИЧЕНКО С. К., ШЕЙН И. В., ЯШИН И. И. - 2009 г.
ГАСАНОВ А. А., КЛАСЕН Н. В., ОРЛОВ А. Д., СИМУТИН А. С., ЧЕРНОВ М. Ю., ШМУРАК С. З. - 2013 г.