Способ определения направления на источник ядерного излучения



Способ определения направления на источник ядерного излучения
Способ определения направления на источник ядерного излучения
Способ определения направления на источник ядерного излучения
Способ определения направления на источник ядерного излучения
Способ определения направления на источник ядерного излучения
Способ определения направления на источник ядерного излучения

 


Владельцы патента RU 2616088:

Каплун Андрей Александрович (RU)

Изобретение относится к способу определения направления на источник ядерного излучения сцинтилляционными детекторами. Способ поиска и обнаружения источников ядерных излучений с использованием сцинтилляционных кристаллов, площадь поперечного сечения которых значительно меньше площади боковой поверхности, заключающийся на сравнении количества зарегистрированных частиц сцинтилляционными кристаллами, находящимися в непосредственной близости друг от друга, но под разными углами, обработки полученной измерительной информации и принятии решения о результате по минимальному зарегистрированному детектором событий каждым отдельным кристаллом. Технический результат – снижение общей массы конструкции детектирующей системы и возможность проведения поиска источника ядерного излучения одним детектором. 4 ил.

 

Изобретение относится к способу определения направления на источник ядерного излучения сцинтилляционными детекторами.

Заявляемый способ относится к области радиационного контроля с использованием сцинтилляционных детекторов и предназначен для поиска и обнаружения источников ядерных излучений по их гамма- и/или нейтронному излучению, утерянных или преднамеренно спрятанных (в случаях незаконного захоронения радиоактивных отходов и т.п.). Заявляемый способ может применяться в носимых портативных или движущихся (например, автомобильных, вертолетных, беспилотных) устройствах радиационного контроля и может быть использован для создания высокоэффективных позиционно-чувствительных сцинтилляционных детекторов.

Известны способы определения направления на источник ядерного излучения с применением коллиматоров, экранирующих излучение, попадающее в сцинтилляционный кристалл со всех сторон кроме выбранного разработчиком направления [1-4].

Известен способ обнаружения источников ядерных излучений (ЯИ) наземными или морскими мобильными комплексами радиационного контроля и стационарными устройствами радиационного контроля для поиска, обнаружения и локализации ЯИ [1]. Сущность изобретения [1] заключается в том, что способ поиска, обнаружения и локализации (определения местоположения) ЯИ путем определения точки пересечения обнаруженных линий-направлений на ЯИ из двух различных мест с использованием устройств детектирования, снабженных экранами-поглотителями излучения, и поворотной платформы.

Известен способ определения направления на источник ЯИ с применением многомодульной системой с анизотропной чувствительностью регистрирующих модулей [2-4]. Модель, предназначенная для ускоренного поиска источников гамма-излучения, включает в себя четыре регистрирующих модуля (сцинтилляционных блока) каждый весом около 3 кг, разделенных ослабляющим излучение экраном. Система детекторов располагается на плоскости. Точечный источник находится на некотором расстоянии от системы детекторов. По интенсивности излучения, регистрируемом каждым регистрирующим модулем отдельно, и с помощью компьютерной обработки результатов, можно определить направления на один или несколько непротяженных источников излучения.

Недостатком обоих описанных способов можно считать то, что, во-первых, в каждом способе используются несколько детекторов, разнесенных на плоскости, во-вторых в этих способах используются экраны-поглотители, ослабляющие излучение, использующиеся для выбора направления на ЯИ и изготовленные из материала с высокой плотностью (например, из свинца), что резко увеличивает массу конечного прибора и уменьшает возможность его широкого применения в мобильном варианте, в-третьих системы обнаружения направления на ЯИ, основанные на вышеописанных способах, работают только на плоскости - при сложном рельефе точные измерения с использованием этих способов провести невозможно.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения общей массы конструкции детектирующей системы и одновременно обеспечивается возможность проводить поиск ЯИ одним детектором.

Предлагаемый способ обнаружения направления на источник ЯИ основан на сравнении количества зарегистрированных частиц сцинтилляционными кристаллами, находящимися в непосредственной близости друг от друга в одной плоскости, но под разными углами, фиг. 1.

При выборе величины L, заведомо большей, чем d, путь, пройденный частицей в регистрирующем элементе, будет явно зависеть от угла, под которым он ориентирован относительно потока частиц, фиг. 2. В таком случае максимальный пробег х частицы для произвольного элемента будет приблизительно равен:

или:

где n - номер элемента, Q - угол раскрытия детектора, N - количество кристаллов в одной группе детектора, лежащих в одной плоскости, фиг. 2. Легко заметить, что при приближении ϕ к величина х будет резко расти, приближаясь к значению L.

В то же время площадь боковой проекции регистрирующего элемента на поверхность с находящимся на ней источником будет быстро уменьшаться по закону:

или:

Для центрального элемента (ось которого совпадает с направлением на источник) боковой проекции будет равна площади торца, т.е. ~d2, что при условии d << L дает нам значительно меньшую поверхность регистрации. Таким образом, хотя максимальный пробег частицы в детекторе будет возрастать, и большая часть ее энергии будет конвертироваться в фотоны, это будет нивелироваться уменьшением потока частиц через элементы детектора, ориентированные торцом в сторону источника.

Проведенные математические расчеты с применением программного обеспечения GEANT4 приведены на фиг. 3-4.

На фиг. 1 схематически показано размещение кристаллов одной группы, находящихся в единой плоскости, где 1 - регистрирующий элемент, 2 - твердотельный электронный фотоумножитель, 3 - сегмент сферической поверхности как направляющая плоскость размещения регистрирующих элементов, 4 - оси регистрирующих элементов, сходящиеся е едином центре.

На фиг. 2 схематически показано как площадь боковой проекции регистрирующего элемента на поверхность, с находящимся на ней источником, зависит от угла поворота сцинтилляционного кристалла относительно вертикальной оси, где 5 - регистрирующий элемент, а 6 - источник излучения.

На фиг. 3 показано сравнение зарегистрированных детектором, состоящим из 41 кристалла, событий при расположении источника Со60 на оси симметрии детектора. Для расчета использовались следующие параметры: d=6 мм, L=80 мм. Хорошо видно, что число событий, зарегистрированных центральным кристаллом, намного меньше по сравнению с числом событий, зарегистрированных соседними кристаллами.

На фиг. 4 показана зависимость зарегистрированных детектором событий каждым отдельным кристаллом при взаимном смещении детектора и источника ЯИ на 10 м относительно центральной оси детектора таким образом, что источник оказывается на оси кристалла №9, считая от центрального кристалла, имеющего номер 0.

Фиг. 3 и фиг. 4 наглядно подтверждают факт описанных выше утверждений об уменьшении числа зарегистрированных событий при стремлении угла ϕ к .

Принцип поиска источника ЯИ, основанный на представленном способе, сводится к перемещению детектора таким образом, чтобы минимальное число событий регистрировалось центральным кристаллом. Перемещение детектора, учитывая его малый вес, возможно с применением беспилотных летательных аппаратов.

Таким образом, предлагаемый способ обладает рядом существенных признаков, главные из которых таковы:

- при определенном образом подобранных параметрах d, L и N возможно получить различную картину распределения событий в регистрирующих элементах, при d << L в элементах, ориентированных торцом к источнику излучения, наблюдается характерный спад скорости счета импульсов, что позволяет определить координаты источника излучения;

- возможность использовать один многокристальный детектор для обнаружения направления на ЯИ;

- резкое снижение массы детектирующего устройства за счет отказа от использования коллиматоров, экранирующих излучение.

Источники информации

1. Благовещенский М.Н., Кулизнев А.А., Разумова И.Н., Шутов О.Н., «Способ поиска, обнаружения и локализации источников ионизирующих излучений». Патент № RU 2562142 C1, 11.03.2014

2. Лэй Вин, В.В. Кадилин, Г.Л. Деденко, Ней Мьо У, В. Τ. Самосадный. Исследование отклика МИДУ с различными защитными экранами при регистрации потоков γ излучения // Научная сессия МИФИ-2008. Сб. научных трудов. Том 3, М.: МИФИ, 2008, С. 177-179.

3. Лэй Вин, Г.Л. Деденко, В.В. Кадилин, С.В. Исаков, Исследование угловых характеристик многомодульных детектирующих устройств // №4-08, Ядерные измерительно-информационных технологии. С. 25

4. Лэй Вин, В.В. Кадилин, Г.Л. Деденко, Тант Зин, Исследование характеристик панорамного датчика, предназначенного для ускоренного поиска источников γ-излучения // XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008». Сб. тезисов, М.: Физический факультет МГУ, 2008, С. 19-20.

5. Горохова Е.И., Тюрин Г.П., Христич О.А. «Способ обнаружения и регистрации заряженных частиц». Патент № RU 2173469 С2, 14.05.1999 г.

6. Jobst J.Ε., A history of aerial surveys radiological incidents and accidents: CONF-860932. - 1987, p.79-84.

7. V.D. Pal'shina, Yu. Ε. Charikova, R.L. Aptekar, S.V. Golenetskii, A.A. Kokomov, D.S. Svinkin, Z. Ya. Sokolova, M.V. Ulanova, D.D. Frederiks and A.E. Tsvetkova, Konus-Wind and Helicon-Coronas-F Observations of Solar Flares, GEOMAGNETISM AND AERONOMY Vol. 54, № 7, 2014

Способ поиска и обнаружения источников ядерных излучений с использованием сцинтилляционных кристаллов площадь поперечного сечения которых значительно меньше площади боковой поверхности, заключающийся на сравнении количества зарегистрированных частиц сцинтилляционными кристаллами, находящимся в непосредственной близости друг от друга, но под разными углами, обработки полученной измерительной информации и принятии решения о результате по минимальному из зарегистрированных детектором событий каждым отдельным кристаллом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ядерного приборостроения, а именно к способам измерения мощности поглощенной дозы гамма-излучения с помощью сцинтилляционных детекторов.

Изобретение относится к новым неорганическим кристаллическим сцинтилляционным материалам на основе бромида лантана, легированного церием, и может быть использовано для регистрации ионизирующего излучения – гамма-квантов, рентгеновского излучения, космических излучений, элементарных частиц в фундаментальной физике, технике и медицине.

Изобретение относится к устройству обнаружения для обнаружения излучения. Устройство обнаружения для обнаружения излучения содержит вещество оксисульфид гадолиния (GOS) для формирования сцинтилляционного света в зависимости от обнаруженного излучения, оптический фильтр для снижения интенсивности части сцинтилляционного света, имеющего длину волны более 650 нм, блок обнаружения для обнаружения фильтрованного сцинтилляционного света.
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для изготовления недорогих сцинтилляционных детекторов в самом широком диапазоне габаритных размеров и толщин.

Использование: для регистрации рассеянного рентгеновского излучения при контроле объекта посредством рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что не разбитый на пиксели объем сцинтилляционной среды преобразует энергию падающего проникающего излучения в сцинтилляционный свет, извлекаемый из области извлечения сцинтилляционного света посредством множества оптических волноводов, выровненных по существу параллельно друг другу в области извлечения сцинтилляционного света, примыкающей к не разбитому на пиксели объему сцинтилляционной среды, для направления света, извлеченного из сцинтилляционного света, и регистрации фотонов, направленных указанным множеством волноводов, с возможностью генерирования сигнала, характеризующего падающий поток рентгеновского излучения.

Изобретение относится к сцинтилляторному блоку, который может быть использован в рентгеновской детекторной матрице для компьютерной томографии (СТ). Сцинтилляторный блок содержит матрицу пикселей сцинтиллятора, причем каждый из пикселей сцинтиллятора имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и боковые поверхности и причем пиксели сцинтиллятора размещены так, что боковые поверхности соседних пикселей сцинтиллятора обращены друг к другу, и поглощающую рентгеновские лучи оболочку, содержащую электрически изолирующий, сильно поглощающий рентгеновские лучи материал, причем сильно поглощающий рентгеновские лучи материал имеет атомное число больше чем 50; причем поглощающая рентгеновские лучи оболочка размещена на нижней поверхности пикселей сцинтиллятора; поглощающая рентгеновские лучи оболочка содержит частицы сильно поглощающего рентгеновские лучи материала, причем частицы включены в связующий материал; 90% частиц имеют размер между 1 и 50 мкм; и поглощающая рентгеновские лучи оболочка покрывает по меньшей мере 80% нижней поверхности каждого из пикселей сцинтиллятора.

Изобретение относится к области компьютерной томографии (КТ). Система визуализации содержит источник излучения и матрицу чувствительных к излучению детекторов, включающую в себя матрицу сцинтилляторов и матрицу фотодатчиков, оптически связанную с матрицей сцинтилляторов, причем матрица сцинтилляторов включает в себя Gd2O2S:Pr,Tb,Се, причем количество Tb3+ равно или меньше, чем пятьдесят мольных частей на миллион.

Изобретение относится к детектору излучения, используемому в устройствах визуализации медицинской радиологии. Детектор излучения включает в себя трехмерный многослойный сцинтиллятор, который включает в себя множество блоков сцинтиллятора, упорядоченных в матрицу трехмерным образом так, чтобы сформировать призму, в которой вложенные слои, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления блоков сцинтиллятора, и/или имеющие характеристику поглощения или рассеяния света, излученного блоками сцинтиллятора, расположены на граничных поверхностях между множеством блоков сцинтиллятора, причем эти граничные поверхности проходят в направлении, перпендикулярном направлению высоты призмы, и светоизолирующие слои, которые изолируют передачу света, излученного сцинтиллятором, расположены на, по меньшей мере, некоторых граничных поверхностях, проходящих в направлении, параллельном направлению высоты призмы, и блок определения позиции, который определяет позицию излучения света в направлении высоты призмы на основе отношения величин энергии света, падающего на упомянутые два элемента приема света, образующих пару.

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген.

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению в режиме мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта. Способ мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта содержит этапы, на которых выполняют регистрацию альфа-излучения продуктов распада радона, накопленных внутри установленной на поверхность грунта накопительной камеры, в корпусе которой выполнены отверстия для частичного выхода почвенного газа, при этом предварительно на месте установки накопительной камеры производят измерение плотности потока радона и торона с помощью радиометра, определяют количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада NTn, затем устанавливают накопительную камеру на поверхность грунта и производят непрерывные последовательные измерения количества импульсов с длительностью одного измерения τ от 60 до 900 с закрепленным внутри накопительной камеры сцинтилляционным альфа-детектором, чувствительная поверхность которого расположена не менее чем на 0,10 м выше поверхности грунта, определяют поправочный коэффициент KRn для перевода скорости счета импульсов от радона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада в единицы измерения плотности потока радона, а плотность потока радона определяют из выражения: где qRn(t) - плотность потока радона с поверхности грунта в момент времени t, Бк м-2 с-1;KRn - поправочный коэффициент, (Бк м-2 с-1)/(имп. с-1);NRn+Tn(t) - суммарное количество зарегистрированных за длительность одного измерения τ импульсов от радона, торона и альфа-излучающих дочерних продуктов их распада в момент времени t, имп.;NTn - количество импульсов от торона и альфа-излучающих дочерних продуктов его распада за длительность одного измерения τ, имп.;τ - длительность одного измерения, с.Технический результат – упрощение способа проведения мониторинга, повышение достоверности полученных результатов. 3 ил.

Изобретение относится к детекторам ионов на космических аппаратах и в области ускорительной атомной масс-спектрометрии - с улучшенными характеристиками по степени идентификации ионов. Предложен детектор, работающий в условиях вакуума, состоящий из корпуса, заполненного благородным газом (Ar, Kr, Xe, Ne или He) при низком (около 0.01-0.5 атм) давлении, входного окна для пропуска ионов внутрь детектора, дрейфового объема, сформированного катодом из проводящей сетки и полеформирующими электродами, электролюминесцентного зазора (ЭЛ зазора), сформированного двумя проводящими параллельными сетками, фотоприемниками для регистрации пропорциональной электролюминесценции в ЭЛ зазоре, согласно изобретению фотоприемником является многоканальная сборка гейгеровских лавинных фотодиодов (ГЛФД) в виде матрицы, чувствительных в видимой и ближней инфракрасной (ИК) области спектра или в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ), а плоскость ЭЛ зазора расположена либо перпендикулярно плоскости входного окна, т.е. вдоль трека иона и с поперечным дрейфом электронов первичной ионизации по отношению к треку, либо параллельно плоскости входного окна, т.е. поперек трека иона и с продольным дрейфом электронов первичной ионизации по отношению к треку. Детектор способен эффективно регистрировать отдельные ионы, т.е. работать в режиме счета ионов при их полной остановке в детекторе, и идентифицировать ионы путем измерения одновременно их полной энергии, а также ионизационных потерь (dE/dx) вдоль трека путем его сегментации на сектора измерения как с достаточно высоким пространственным разрешением вдоль трека (Δx<1 см), так и с высоким энергетическим разрешением для каждого из сегментов трека (σ/Е<2%). Заявляемая совокупность признаков позволяет регистрировать и идентифицировать ионы с энергией выше порядка 1 МэВ, причем с достаточно высоким пространственным (<1 см) и энергетическим (<2%) разрешением, что позволит повысить способность к идентификации ионов по сравнению с другими детекторами ионов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх