Способ измерения интенсивности излучения


 


Владельцы патента RU 2505841:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (RU)

Изобретение относится к метрологии излучений, а именно к способу измерения интенсивности радиационного излучения, и может быть использовано в мониторных и радиографических сцинтилляционных детекторах рентгеновского и гамма-излучений, а также быстрых нейтронов. Техническим результатом изобретения является измерение вклада фонового излучения в сигнал детектора, повышение точности измерений, обеспечение измерений в сложных радиационных условиях, уменьшение ограничений на размеры детектирующего элемента. Технический результат достигается тем, что для измерения интенсивности излучения источника измеряют пространственное распределение полного сигнала Iполн(х) вдоль направления распространения первичного излучения, нормируют методом наименьших квадратов измеренное и теоретическое распределения до совпадения их значений на начальном участке, находят пространственное распределение фонового сигнала из условия:

Iфон(х)=Iполн(х)-Iтеор(х),

а пространственное распределение полезного сигнала находят как разность между распределениями полного и фонового сигналов, где:

Iтеор(х)=А·ехр[-µ(E)·x] - теоретическое распределение полезного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения,

Iполн(х) - пространственное распределение полного сигнала,

µ(Е) - коэффициент линейного ослабления первичного излучения в веществе сцинтиллятора,

x - направление первичного излучения,

Е - энергия первичного излучения. 1 ил.

 

Изобретение относится к метрологии излучений, а именно к способу измерения интенсивности радиационного излучения, и может быть использовано в мониторных и радиографических сцинтилляционных детекторах рентгеновского и гамма-излучений, а также быстрых нейтронов.

Известно устройство для измерения интенсивности излучения с автоматическим вычитанием фона, содержащее последовательно соединенные детектор излучения и формирователь импульсов соответственно основного и компенсационного каналов, разностный вычислительный блок, интегратор с информационным входом и с выводом обнуления, выходы которого являются выходами устройства, и распределитель импульсов, подключенный входами к выходам формирователей импульсов соответственно основного и компенсационного каналов и выходами к суммирующему и вычитающему входам вычислительного блока, выход которого соединен с информационным входом интегратора, в который введены регистр коэффициента преобразования и элемент ИЛИ, а разностный вычислительный блок выполнен в виде реверсивного счетчика с D-входами установки кода и с S-входом предустановки, подключенными соответственно к выходам регистра установки коэффициента преобразования и к выходу элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с информационным входом и выводом обнуления интегратора (Патент Российской Федерации №1431515, МПК: G01T 1/17, 1995 г.) - Аналог.

Известен способ измерения параметров нейтронного излучения, основанный на замедлении нейтронов с последующей их регистрацией детекторами тепловых нейтронов, в котором с помощью цилиндрического замедлителя и серии детекторов тепловых нейтронов, расположенных на различной глубине вдоль его оси, измеряют распределение замедлившихся нейтронов по глубине замедления при одностороннем облучении замедлителя вначале моноэнергетическими нейтронами различных энергий в диапазоне от тепловых до 14-18 Мэв, а затем нейтронным пучком, параметры которого подлежат определению, и далее по совокупности полученных распределений определяют параметры нейтронного излучения (Авторское свидетельство СССР №513563, МПК: G01T 3/00, 1984 г.) - Прототип.

При регистрации излучения в сигнал детектора помимо первичного излучения вносит вклад излучение, возникающее из-за рассеяния первичного излучения в окружающих детектор предметах, в просвечиваемом образце (в случае радиографии) и в самом детекторе.

Так, в радиографическом детекторе быстрых 14 МэВ нейтронов с пластмассовым сцинтиллятором оптимальной, с точки зрения обеспечения максимальной эффективности регистрации, протяженности вдоль направления нейтронного пучка (около 10 см) вклад от рассеянных в сцинтилляторе нейтронов может достигать 50%.

Вклад фонового излучения, связанного с окружающей средой зависит от условий измерения. Его учет является сложной задачей.

Техническим результатом изобретения является измерение вклада фонового излучения в сигнал детектора, повышение точности измерений, обеспечение измерений интенсивности источника излучения в сложных радиационных условиях, уменьшение ограничений на размеры детектирующего элемента, упрощение технической реализации.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения интенсивности излучения, основанном на измерении распределения сигнала по глубине при одностороннем облучении, для измерения интенсивности источника излучения с помощью сцинтиллятора, протяженного вдоль направления первичного пучка, на боковой поверхности которого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник, снабженный матричным коллиматором, измеряют пространственное распределение полного сигнала Iполн(х) вдоль направления распространения первичного излучения, нормируют методом наименьших квадратов измеренное и теоретическое распределения до совпадения их значений на начальном участке, находят пространственное распределение фонового сигнала из условия:

Iфон(x)=Iполн(x)-Iтеор(x),

а пространственное распределение полезного сигнала находят как разность между распределениями полного и фонового сигналов, где:

Iтеор(x)=A·exp[-µ(E)·x] - теоретическое распределение полезного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения,

Iполн(х) - пространственное распределение полного сигнала,

µ(Е) - коэффициент линейного ослабления первичного излучения в веществе сцинтиллятора,

x - направление первичного излучения,

Е - энергия первичного излучения.

Сущность изобретения поясняется чертежом на примере детектора со сцинтилляционным детектирующим элементом, где: 1 - источник моноэнергетического излучения, 2 - сцинтиллятор, 3 - матричный коллиматор, 4 - позиционно-чувствительный фотоприемник.

Источник моноэнергетического излучения 1 и сцинтиллятор 2 расположены на достаточно большом расстоянии, чтобы на сцинтиллятор 2 падал направленный пучок излучения.

Первичное излучение источника моноэнергетического излучения 1, попадающее в сцинтиллятор 2, взаимодействует с ним, образуя сцинтилляционные фотоны, распространяющиеся изотропно во все стороны. В результате взаимодействия излучения со сцинтиллятором 2 интенсивность первичного излучения и вызываемого им сцинтилляционного сигнала падает по мере удаления от торцевой поверхности сцинтиллятора 2, обращенной к источнику моноэнергетического излучения 1, по экспоненциальному закону с известной константой спада, определяемой видом и энергией излучения, а также материалом сцинтиллятора 2.

Рассеянное и/или фоновое излучение отличаются от излучения источника энергией, направлением распространения или типом. Вследствие чего спад вызываемого ими сцинтилляционного сигнала происходит не экспоненциально и обычно значительно быстрее по сравнению с сигналом от первичного излучения.

Сцинтилляционные фотоны, вызванные рассеянным и/или фоновым излучением, распространяются также изотропно во все стороны, в том числе, и через боковую поверхность сцинтиллятора 2 на позиционно-чувствительный фотоприемник 4. Фотоны, выходящие через боковые поверхности сцинтиллятора 2 в направлении, близком к перпендикулярному, несут информацию о пространственном распределении полного сигнала состоящего из полезного сигнала и сигнала, вызванного рассеянным и/или фоновым излучением. Пространственное распределение полного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения Iполн(х) измеряют с помощью позиционно-чувствительного фотоприемника 4, снабженного матричным коллиматором 3 с непрозрачными для света стенками. Матричный коллиматор 3 обеспечивает избирательную по углу регистрацию сцинтилляционных фотонов, в телесном угле с осью, перпендикулярной направлению распространения первичного излучения и обеспечивает тем самым измерение пространственного распределения сцинтилляционного сигнала. Величина телесного угла определяет пространственное разрешение позиционно-чувствительного фотоприемника 4. Пространственное разрешение можно регулировать, в частности за счет изменения отношения поперечного размера матричного коллиматора 3 к его длине. В простейшем случае в качестве матричного коллиматора 3 служит волоконно-оптическая шайба.

Пространственное распределение сигнала, вызванного рассеянным и/или фоновым излучением, Iфон(х), определяют вычитанием из пространственного распределения полного сигнала Iполн(х), измеряемого позиционно-чувствительным фотоприемником 4, теоретического (экспоненциально спадающего) предварительно рассчитанного распределения полезного сигнала:

Iфон(x)=Iполн(x)-Iтеор(x)

Для этого оба распределения совмещают (нормируют) таким образом, чтобы их значения совпадали по методу наименьших квадратов на начальном участке, где можно пренебречь вкладом от рассеянного и/или фонового излучения, а также вкладом шумового сигнала фотоприемника. Сигнал, вызванный рассеянным и/или фоновым излучением Iфон(х), и полный сигнал Iполн(х), интегрируют по всей длине позиционно-чувствительного фотоприемника 4.

Интегральное значение фонового сигнала определяется выражением:

Sфон=ΣIфон(xi)

где xi - i-й пиксель позиционно-чувствительного фотоприемника, Интегральное значение полного сигнала определяется выражением:

Sфон=ΣIполн(xi)

Значение полезного сигнала детектора S находят как разность между интегральными значениями полного сигнала и сигнала, вызванного рассеянным и/или фоновым излучением:

Sфон=ΣIполн(xi)-Sфон=ΣIфон(xi)

Вычитание сигнала, обусловленного рассеянным и/или фоновым излучением, обеспечивает уменьшение влияния этих излучений на измеряемую интенсивность монохроматического излучения, повышает точность измерения полезного сигнала, обеспечивает проведение измерений в условиях высокого уровня фоновых излучений, уменьшает ограничения на поперечные размеры сцинтиллятора 2, которые обычно накладываются для уменьшения вклада рассеянного в сцинтилляторе 2 излучения, упрощает техническую реализацию измерений.

Способ измерения интенсивности излучения, основанный на измерении распределения сигнала по глубине при одностороннем облучении, отличающийся тем, что для измерения интенсивности излучения источника с помощью сцинтиллятора, протяженного вдоль направления первичного пучка, на боковой поверхности которого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник, снабженный матричным коллиматором, измеряют пространственное распределение полного сигнала Iполн(x) вдоль направления распространения первичного излучения, нормируют методом наименьших квадратов измеренное и теоретическое распределения до совпадения их значений на начальном участке, находят пространственное распределение фонового сигнала из условия
Iфон(х)=Iполн(х)-Iтеор(x),
а пространственное распределение полезного сигнала находят как разность между распределениями полного и фонового сигналов, где:
Iтеор(х)=А·ехр[-µ(Е)·х] - теоретическое распределение полезного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения;
Iполн(х) - пространственное распределение полного сигнала;
µ(Е) - коэффициент линейного ослабления первичного излучения в веществе сцинтиллятора;
х - направление первичного излучения;
Е - энергия первичного излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно, тепловых нейтронов, содержащему по меньшей мере одну первую секцию (102) с высокой способностью к поглощению нейтронов и по меньшей мере одну вторую секцию (101) с низкой способностью к поглощению нейтронов, причем вторая секция содержит гамма-лучевой сцинтиллятор, материал гамма-лучевого сцинтиллятора содержит неорганический материал с длиной ослабления менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-лучей для энергичных гамма-лучей во второй секции, где материал первой секции выбран из группы материалов, высвобождающих энергию, сообщаемую первой секции за счет захвата нейтрона, в основном, посредством гамма-излучения, и где вторая секция окружает первую секцию таким образом, что существенный участок первой секции покрыт второй секцией, устройство дополнительно содержит детектор света (103) 1, оптически соединенный со второй секцией для детектирования количества света во второй секции, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем это приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением второй секции, где оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная энергия гамма-кванта E (sum) выше 2,614 МэВ.

Изобретение относится к устройству для детектирования нейтронного излучения, предпочтительно тепловых нейтронов, содержащему гамма-лучевой сцинтиллятор, упомянутый сцинтиллятор содержит неорганический материал с длиной ослабления Lg менее 10 см, предпочтительно, менее 5 см для гамма-лучей с энергией 5 МэВ для обеспечения высокой способностью торможения гамма-излучения для энергичных гамма-лучей в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем гамма-лучевой сцинтиллятор дополнительно содержит компоненты, для которых умножение сечения захвата нейтрона на концентрацию дает длину поглощения Ln для тепловых нейтронов, которая больше 0,5 см, но меньше пятикратной длины ослабления Lg, предпочтительно, меньше двукратной длины ослабления Lg для гамма-лучей с энергией 5 МэВ в сцинтилляторе, причем нейтронпоглощающие компоненты гамма-лучевого сцинтиллятора высвобождают энергию, сообщенную возбужденным ядрам после захвата нейтрона, в основном посредством гамма-излучения, причем гамма-лучевой сцинтиллятор имеет диаметр или длину края по меньшей мере 50% Lg, предпочтительно, по меньшей мере Lg, для поглощения существенной части энергии гамма-лучей, выделяемой после захвата нейтрона в сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит детектор света, оптически соединенный с гамма-лучевым сцинтиллятором для детектирования количества света в гамма-лучевом сцинтилляторе, устройство дополнительно содержит оценивающее приспособление, соединенное с детектором света, причем приспособление способно определять количество света, детектируемого детектором света для одного события сцинтилляции, причем это количество находится в известном соотношении с энергией, сообщаемой гамма-излучением в гамма-лучевом сцинтилляторе, причем оценивающее приспособление выполнено с возможностью классифицировать детектируемое излучение как нейтроны, когда измеренная полная гамма-энергия Esum выше 2,614 МэВ.

Изобретение может быть использовано в медицинских томографах, при неразрушающем контроле в промышленности, для обеспечения безопасности при осмотре личного имущества, в физике высоких энергий.

Изобретение относится к области детекторов радиоактивного излучения сцинтилляционного типа для использования в скважинном каротажном инструменте. .

Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам для регистрации ионизирующих излучений, обнаружения источников излучений, определения направления на них и их идентификации, для измерения спектра быстрых нейтронов.

Годоскоп // 2416112
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения радиоактивных материалов и источников. .

Изобретение относится к детектору нейтронов для детектирования нейтронов в областях с существенным - или -излучением, содержащему чувствительный к нейтронам кристалл-сцинтиллятор (10), обеспечивающий сигнал захвата нейтрона, который сильнее сигнала захвата -излучения, с энергией 3 МэВ, полупроводниковый фотодетектор, оптически соединенный с кристаллом-сцинтиллятором, причем кристалл-сцинтиллятор и полупроводниковый фотодетектор (20) выбирают таким образом, чтобы время сбора полного заряда для сигналов сцинтиллятора в полупроводниковом фотодетекторе превышало время сбора полного заряда для сигналов, генерируемых непосредственно детектированием ионизирующего излучения в полупроводниковом фотодетекторе, детектор нейтронов также содержит устройство сэмплирования сигналов детектора, устройство (35) обработки цифровых сигналов, средство, которое отличает сигналы непосредственно из полупроводникового фотодетектора, индуцированные - или -излучением и по меньшей мере частично поглощаемые полупроводниковым фотодетектором, от сигналов света, поступающих в полупроводниковый фотодетектор, испускаемые кристаллом-сцинтиллятором после захвата по меньшей мере одного нейтрона, путем разделения по форме импульса, используя различие между временем сбора полного заряда для сигналов сцинтиллятора от времени сбора полного заряда для сигналов, генерируемых прямым детектированием ионизирующего излучения в полупроводниковом фотодетекторе, и средство, которое отличает индуцированные нейтронами сигналы от индуцированных -излучением сигналов в кристалле-сцинтилляторе путем разделения разных сигналов по высоте их импульса, используя различие между количеством фотонов, сгенерированных нейтроном и -излучением, в интересующей области.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения и идентификации опасных материалов как активными, так и пассивными методами на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, пунктах таможенного досмотра, публичных местах и т.д.

Изобретение относится к фотоприемным устройствам для черенковских РИЧ-детекторов (RICH-Ring Imaging Cherenkov), регистрирующих кольцевое черенковское излучение, и может быть использовано в экспериментах в области физики элементарных частиц высоких энергий (ионов, каонов и протонов) для определения их зарядов и скоростей в широком диапазоне их импульсов и для их идентификации.

Изобретение может быть использовано при изготовлении систем визуализации в компьютерных томографах. Сцинтилляционный материал содержит модифицированный оксисульфид гадолиния (GOS), в котором приблизительно от 25% до 75% гадолиния (Gd) замещено лантаном (La) или приблизительно не более 50% гадолиния (Gd) замещено лютецием (Lu). Часть гадолиния (Gd) дополнительно может быть замещена по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, состоящей из иттрия (Y) и лютеция (Lu). GOS дополнительно содержит цериий (Се) и/или празеодим (Pr) в качестве примеси. Керамический GOS является кристаллическим. Устройство визуализации содержит по меньшей мере, один радиационный источник и радиационный детектор, содержащий указанный сцинтилляционный материал, а также оптически связанный с ним фотодетектор. Между сцинтилляционным материалом и фотодетектором расположен спектральный фильтр для блокирования света с длиной волны, превышающей примерно 900 нм, или инфракрасный свет, испускаемый сцинтилляционным материалом. Изобретение позволяет уменьшить послесвечение сцинтилляционного материала. 6 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений, в частности нейтронов. Сцинтилляционное стекло получают из композиции SiO2, Li2CO3, MgO, Al2O3, AlF3, CeO2, а для подавления окисления ионов церия в стекло вводят добавку металлического кремния (Si) в количестве 0,001-10 мас.%. Техническим результатом является понижение температуры варки стекла, улучшенный выход сцинтилляций, оптическая однородность. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит корпус, в котором размещены композиционный сцинтиллятор, спектросмещающие волокна, спектр поглощения которых находится в области спектра высвечивания композиционного сцинтиллятора и, по крайней мере, один фотоприемник, с которым оптически соединены торцы спектросмещающих волокон, при этом композиционный сцинтиллятор выполнен в виде отдельных гранул, которые расположены, по крайней мере, в один слой вокруг спектросмещающих волокон. Технический результат - повышение эффективности регистрации нейтронов. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения нейтронного излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Детектор нейтронов содержит фотоприемник и пластины из прозрачного водородосодержащего пластика, которые чередуются со слоями материала, содержащего сцинтиллятор и конвертор тепловых нейтронов, при этом дополнительно содержит спектросмещающее волокно, намотанное в один слой на торцевую поверхность пластин, концы которого оптически соединены с фотоприемником. Технический результат - повышение эффективности регистрации нейтронов. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов. Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор содержит множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, при этом сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон. Технический результат - определение направления, под которым излучение приходит на детектор в плоскости, перпендикулярной оси корпуса прибора, т.е. обеспечение азимутального углового разрешения. 1 ил.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Сцинтилляционный детектор содержит сборку сцинтиллирующих волокон для регистрации гамма-излучения, тепловых и быстрых нейтронов в форме кольца, а также два фотоприемника, расположенные на противоположных торцах сборки сцинтиллирующих волокон в оптическом контакте с ними, при этом сборка сцинтиллирующих волокон выполнена в виде одного или нескольких лежащих друг на друге кольцевых слоев с общей осью, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, расположены по окружности, сцинтиллирующие волокна для регистрации разных видов излучений располагаются в разных кольцевых слоях, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены оптически с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон. Технический результат - обеспечение пространственного разрешения детектора. 1 ил.

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения. Детектор мононаправленного нейтронного излучения содержит изготовленные из материалов с близкими эффективными атомными номерами корпус, металлический коллектор, водородосодержащую и не содержащую водород диэлектрические пластины, при этом коллектор выполнен в виде двух пластин, которые разделены электростатическим экраном толщиной, равной пробегу образуемых гамма-излучением вторичных электронов, и подключены через схему вычитания к электроизмерительному прибору, причем между каждой из пластин коллектора и корпусом расположены диэлектрические пластины из водородосодержащего материала, а между пластинами коллектора и электростатическим экраном расположены диэлектрические пластины из материала, не содержащего водород. Технический результат - снижение чувствительности детектора мононаправленного нейтронного излучения к сопутствующему гамма-излучению при работе в полях смешанного гамма-нейтронного излучения. 2 ил.

Изобретение относится к области радиационных измерений и может быть использовано для регистрации плотности потока мононаправленного нейтронного излучения при работе на ядерно-физических установках различного типа и назначения. Устройство для регистрации мононаправленного нейтронного излучения, при наличии сопутствующего гамма-фона, содержит два сцинтилляционных кристалла, выполненные из водородосодержащего материала толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, расположенные в корпусе последовательно по направлению облучения, разделенные между собой слоем металла толщиной, значительно меньшей величины пробега протонов отдачи, и два фотоэлектронных умножителя, связанные оптически со сцинтилляционными кристаллами и подключенные через схему вычитания к электроизмерительному прибору, а кристаллы, разделяющие их слои металла, фотокатоды фотоэлектронных умножителей и корпус устройства изготовлены из материалов с близкими эффективными атомными номерами, при этом содержит третий сцинтилляционный кристалл, который выполнен из материала, не содержащего водород, расположен за вторым кристаллом, имеет равную с ним толщину и отделен от него слоем металла толщиной, равной длине пробега наиболее высокоэнергетических протонов отдачи, а фотоэлектронные умножители имеют оптическую связь со вторым и третьим сцинтилляционными кристаллами. Технический результат - повышение чувствительности устройства для регистрации мононаправленного нейтронного излучения при наличии сопутствующего гамма-фона. 2 ил.
Наверх