Способ определения расстояния до источника гамма-излучения

Изобретение относится к технике измерения ионизирующих излучений, области охраны окружающей среды, поиска и обнаружения радиоактивных источников, в частности источников гамма-излучения, контролю радиационного состояния ядерно-физических объектов. Способ определения расстояния до источника гамма-излучения включает измерение энергетического спектра в областях его характеристического пика полного поглощения и комптоновского рассеяния, выполнение гамма-физических расчетов, определение расстояния по выведенным зависимостям. Гамма-физические расчеты включают определение количества импульсов в пике полного поглощения и выбранной области комптоновского рассеяния, корректировку измерений с учетом функции отклика детектора, алгоритм перехода к величине расстояния. Технический результат – повышение точности и упрощение определения расстояния до источников гамма-излучения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, поиска и обнаружения радиоактивных источников, в частности источников гамма-излучения, а также контролю радиационного состояния объектов.

Может быть использовано для дистанционного обнаружения в полевых условиях источников, испускающих гамма-излучение, определения расстояния от источников до места регистрации, а также повышения уровня безопасности проводимых работ.

Известно техническое решение:

Заявка: 2001113992/282001113992/28, 22.05.2001 г. Способ дистанционного обнаружения радиоактивных объектов. Способ заключается в определении расстояния до источника ионизирующего излучения, по измеренным значениям интенсивностей флуоресценции атмосферного азота в УФ диапазоне спектра на длинах волн 315,9 нм, 337,1 нм и 357,7 нм и по различию ослабления излучения атмосферой на этих длинах волн определяют расстояние до источника радиоактивного загрязнения.

Недостатками известного решения являются невозможность получения информации о виде ионизирующего излучения, а также большая погрешность в определении расстояния.

Известно также техническое решение:

Патент RU 2072531 С1 от 27.01.1997 г. Устройство для определения местоположения точечных источников излучения. Сущность изобретения: устройство содержит три одинаковые одномерные кодирующие маски, расположенные в одной плоскости по сторонам равностороннего или прямоугольного равнобедренного треугольника с m элементами в каждой маске. На расстоянии а от соответствующих масок расположены три одинаковых одномерных позиционно чувствительных детектора с m чувствительными элементами в каждом детекторе. Каждый элемент детектора снабжен детекторным световодом, на выходе которого установлена восстанавливающая маска, состоящая из m элементов, представляющих собой разнесенные по спектру пропускания цветные светофильтры.

Однако устройство сложно в изготовлении, кодирующие маски не могут обеспечить необходимый энергетический диапазон, что существенно снижает область применения

Известно также техническое решение:

Патент RU 2011100561 от 11/01/2011 г. Способ поиска и определения координат источника гамма-излучения. Способ заключается в регистрации излучения несколькими детекторами, расположенными на платформе мобильного робота. При помощи гамма-визора получают совмещенную картину видео и гамма-изображений исследуемой области, содержащей источники излучения.

Однако реализация способа требует громоздкой коллимированной системы детектирования, проведения измерений в нескольких точках. Положение ИИ определяется геометрически, а для совмещения гамма- и видеоизображений требуется разработка и изготовление дополнительного дорогостоящего нестандартного оборудования. Время проведения измерений весьма значительно.

Указанное решение может рассматриваться в качестве прототипа к заявляемому.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании технических средств, с помощью которых можно определить расстояние до источников гамма-излучений при отсутствии предварительной информации о их активности, форме, визуализации; и с одного местоположения.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в универсальности и простоте определения расстояния до источников гамма-излучения, достоверности получаемой информации независимо от спектрального состава и активности источников, использование стандартной спектрометрической аппаратуры, а также отсутствие необходимости проводить измерения в нескольких точках и коллимирования детектора.

Решение указанной технической задачи обеспечивается изложенной ниже совокупностью существенных признаков.

Измеренные спектральные значения интенсивности гамма-излучения используются не в качестве абсолютных значений, а относительных (с определенных диапазонов спектра).

Измерение спектра исследуемого источника гамма-излучения производится на двух энергетических участках:

- в области его характеристического пика полного поглощения (ППП),

- в области энергий его комптоновского рассеяния (КР).

Гамма-физические расчеты, с разработанным алгоритмом перехода от количества зарегистрированных импульсов на выбранных участках спектра, к величине расстояния между источником гамма-излучения и местом проведения измерения, при этом выведена зависимость, связывающая количества зарегистрированных импульсов в указанных энергетических диапазонах с искомым расстоянием:

где

L[м] - расстояние между детектором и источником гамма-излучения,

AL - отношение количеств зарегистрированных импульсов dNкр/dNnnn в исследуемом месте,

А0 - отношение количеств зарегистрированных импульсов dN0кp/dN0nnn на поверхности детектора (L=0),

Ф - коэффициент, зависящий от аппаратурной линии спектрометра,

dNnnn, dNкp, dN0nnn, dN0кp - количества зарегистрированных импульсов в областях пика полного поглощения и комптоновского рассеяния источника гамма-излучения.

Описание сущности предложенного изобретения

При прохождении пучка гамма-излучения через вещество происходит ослабление его интенсивности вследствие взаимодействия с атомами. В диапазоне энергий 0,05…3 МэВ наиболее существенны три процесса взаимодействия гамма-квантов с веществом: комптоновское рассеяние, фотоэффект и образование пары электрон и позитрон [1].

При фотоэффекте (фотоэлектонном поглощении) вся энергия гамма-кванта поглощается атомами, а интенсивность пучка можно определить по соотношению:

где

μ - линейный коэффициент ослабления в веществе, м-1.

В результате комптон-эффекта происходят процессы поглощения и рассеяния.

Интенсивность рассеянного излучения можно определить из соотношения: [2, 4]

Для воздуха в интервале энергий до 3 МэВ процессом образования пар можно полностью пренебречь[1, 4].

Т.о., при прохождении гамма- излучения через слой вещества от определенных изотопных источников излучений (ИИИ) можно выделить на их спектрах 2 энергетические области:

- область пика полного поглощения, характеризующаяся только процессами поглощения;

- область комптоновского рассеяния, характеризующаяся процессами рассеяния и поглощения.

Рассмотрим отношение количества γ-квантов в области КР к их количеству в ППП (dNкp/dNnnn), (Фиг. 1).

Это отношение зависит от:

а) - энергии монолинии (ППП) выбранного изотопа,

б) - характеристик (химический состав форма и размеры) детектора спектрометра (Ф),

в) - характеристик вещества между источником и детектором,

г) - толщине слоя вещества между источником и детектором.

Пункты

а), б), в) - практически всегда известны и постоянны;

г) - отношение dNкр/dNnnn является зависимой от толщины слоя, а для Земной атмосферы расстояния от источника гамма-излучения до места детектирования:

откуда

где

L - расстояние между источником излучения и детектором спектрометра,

Ф - функция аппаратурной линии детектора.

Следовательно, зная энергию ППП изотопа, аппаратурную линию спектрометра, μ воздуха и определив количество импульсов dNnnn и dNкp на выбранных участках спектрограммы (Фиг. 1) можно определить расстояние между ИИИ и детектором.

Для определения искомой зависимости были проведены следующие гамма-физические расчеты:

- моделирование типа и конфигурации детектора гамма- излучения;

- моделирование энергетических спектров гамма-излучения при прохождении через детектор и слой воздуха.

Использовалась программа ООО «LCRM» EffVarke [3], метод Монте-Карло.

На спектрограммах выделялись 2 участка в вышеуказанных энергетических областях (ППП, КР) и определялись отношения количеств зарегистрированных импульсов (Фиг. 1).

Данная зависимость, аппроксимированная функцией экспоненты, имеет вид:

где

L[м] - расстояние между детектором и источником гамма-излучения,

AL - отношение количеств зарегистрированных импульсов dNкp/dNnnn в исследуемом месте,

А0 - отношение количеств зарегистрированных импульсов dN0кp/dN0nnn на поверхности детектора (L=0),

Ф - коэффициент, зависящий от аппаратурной линии спектрометра.

dNnnn, dNкp, dN0nnn, dN0кp - количества зарегистрированных импульсов в областях ППП и КР источника.

Для подтверждения работоспособности предлагаемого способа и адекватности проведенных гамма-физических расчетов была проведена экспериментальная проверка с использованием спектрометра гамма-излучения Гелинюк (Exploranium GR-820) и изотопного источника 137Cs, активноситью 1,1*108 Бк.

Источник устанавливался на расстояниях 0, 10, 40, 80, 100 метров от детектора. Энергетические диапазоны выбирались:

- 630…690кэВ ППП,
- 300…360кэВ КР.

Время набора спектров определялось необходимой статистикой.

А° (при L=0) составило …0.37.

Ф (в энергетическом диапазоне 0.3…1 МэВ) - 1.2.

Результаты представлены на Фиг. 2.

Расхождение с расчетными данными не превысило 20% с вероятностью Р=0,95.

В процессе реализации предложенный способ заключается в том, что:

1. предварительно, для используемого спектрометра гамма-излучения и определенных изотопных источников расчетно или экспериментально определяют

А0=dN0кр/dN0nnn, (L=0) на участках спектра ППП и КР;

2. устанавливают гамма-спектрометрическую аппаратуру на исследуемом участке местности и проводят набор спектра;

3. определяют количество зарегистрированных импульсов в выбранных диапазонах dNnnn, dNкp и вычисляют их отношение

AL=dNкp/dNnnn;

4. по предлагаемому в «способе…» соотношению и полученным значениям AL и А0 определяют расстояние между источником гамма-излучения и местом проведения измерений:

где

L[м] - расстояние между детектором и источником гамма-излучения,

AL - отношение количеств зарегистрированных импульсов dNкp/dNnnn в исследуемом месте,

А0 - отношение количеств зарегистрированных импульсов dN0кp/dN0nnn на поверхности детектора (L=0),

Ф - коэффициент, зависящий от аппаратурной линии спектрометра,

dNnnn, dNкp, dN0nnn, dN0кp - количества зарегистрированных импульсов в областях ППП и КР источника.

Таким образом, применение данного способа позволяет определять расстояние до источников гамма-излучений при отсутствии предварительной информации о их активности, форме, визуализации и с одного местоположения. Необходимые данные берутся целиком с полученной спектрограммы стандартной спектрометрической аппаратуры, при отсутствии необходимости проведения измерений в нескольких точках и коллимирования детектора.

Литература

1. Практикум по ядерной физике / И.А. Антонов, А.Н Бояркин и др. М.: Изд-во Московского университета, 1988.

2. Израэль Ю.А., Стукин Е.Д. Гамма-излучение радиоактивных выпадений. Атомиздат, М., 1967.

3. Программа ООО «LCRM» EffVarke, метод Монте-Карло. URL:http://www.lcm.ru

4. Машкович В.П., Кудрявцева А.В. Защита от ионизирующих излучений.

Способ определения расстояния до источника гамма-излучения, включающий измерение энергетического спектра в областях его пика полного поглощения и комптоновского рассеяния, отличающийся тем, что определяют количество импульсов в пике полного поглощения и выбранной области комптоновского рассеяния, затем вычисляют их отношение, а искомое расстояние определяют по зависимости, связывающей расстояние с вычисленным отношением:

где

L[м] - расстояние между детектором и источником гамма-излучения,

AL - отношение количеств зарегистрированных импульсов dNnnn/dNкр в исследуемом месте,

A0 - отношение количеств зарегистрированных импульсов dN0nnn/dN0кр на поверхности детектора (L=0),

Фд - коэффициент, зависящий от аппаратурной линии спектрометра,

dNnnn, dNкр, dN0nnn, dN0кр - количества зарегистрированных импульсов в областях пика полного поглощения и комптоновского рассеяния источника гамма-излучения.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицинской визуализации, а именно к позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Система ПЭТ содержит память, сконфигурированную с возможностью непрерывной записи обнаруживаемых совпадающих пар событий, обнаруживаемых ПЭТ-детекторами, опору субъекта для поддержки субъекта и перемещения в режиме непрерывного движения через поле видения ПЭТ-детекторов, группирующий блок для группировки записанных совпадающих пар в каждый из множества пространственно ограниченных виртуальных кадров на основании времяпролетной информации, при этом обнаруженные события некоторых из обнаруженных совпадающих пар событий расположены в двух разных виртуальных кадрах, и группирующий блок распределяет совпадающую пару событий одному из двух виртуальных кадров, и блок реконструкции сгруппированных совпадающих пар каждого виртуального кадра в изображение кадра и объединения изображений кадров в общее удлиненное изображение.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам рентгеновского сканирования. Способ, включающий сбор данных фона без испускания рентгеновских лучей, сбор данных воздушной среды при испускании рентгеновских лучей и без сканируемого объекта в исследуемом канале, сканирование объекта для сбора исходных данных сканирования, и предварительную обработку исходных данных сканирования на основании данных фона и данных воздушной среды с тем, чтобы получить данные сканированного изображения, где стадия предварительной обработки исходных данных сканирования на основании данных фона и данных воздушной среды с тем, чтобы получить данные сканированного изображения, дополнительно включает сегментирование области сканирования на занимаемую объектом область, внутри которой находится объект, и занимаемую воздушной средой область без объекта на основании исходных данных сканирования, и поиск данных воздушной среды для конкретных данных воздушной среды, ближайших к значению исходных данных сканирования для занимаемой воздушной средой области, и осуществление коррекции усиления для исходных данных сканирования на основании данных фона и ближайших данных воздушной среды с тем, чтобы получить данные сканированного изображения.

Изобретение относится к датчикам для измерения тока электронного пучка и может найти применение в исследовательских и промышленных установках. Позиционно-чувствительный датчик для измерения амплитудно-временных параметров и профиля плотности тока импульсного электронного пучка содержит нижнюю коллекторную пластину, трансформаторы тока, надетые на стержневые тоководы, нижние концы которых соединены с нижней коллекторной пластиной, верхнюю коллекторную пластину с отверстиями, соосными с верхними концами тоководов, расположенными компланарно верхней коллекторной пластине, при этом в качестве преобразователей измеряемого тока в напряжение используются миниатюрные трансформаторы тока, изолированные от силовой (первичной) электрической цепи и подключенные к регистрирующей аппаратуре по симметричной схеме.

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано в ускорительной технике для измерения распределения ионизирующих частиц в поперечном сечении импульсных пучков.

Изобретение относится к способам определения «жесткости геомагнитного обрезания» (ЖГО) - одного из геофизических параметров, который используется для мониторинга радиационной обстановки и распространения коротких радиоволн в магнитосфере и ионосфере высоких авроральных широт после мощных солнечных вспышек в период повышенного аномального поглощения радиоволн в полярных районах (в период так называемого «Поглощения типа Полярной Шапки» - ППШ).

Использование: для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Сущность изобретения заключается в том, что устройство ПЭТ включает в себя детекторную матрицу, включающую в себя отдельные детекторы, которые принимают события излучения из области визуализации.

Изобретение относится к формированию спектральных изображений. Сущность изобретения заключается в том, что система формирования изображений содержит источник излучения, который испускает излучение, которое проходит область обследования и часть субъекта в ней; детекторную матрицу, которая обнаруживает излучение, которое проходит через область обследования и часть субъекта в ней, и генерирует сигнал, указывающий на это; дающее рекомендации по параметрам объемного сканирования устройство, которое рекомендует, по меньшей мере, одно значение параметра спектрального сканирования для объемного сканирования части субъекта на основе спектрального разложения первой и второй 2D проекций, полученных с помощью источника излучения и детекторной матрицы, причем первая и вторая 2D проекции имеют разные спектральные характеристики; и консоль, которая использует рекомендованное, по меньшей мере, одно значение параметра спектрального сканирования для выполнения объемного сканирования части субъекта.

Изобретение относится к области регистрации излучения. Способ детектирования излучения содержит этапы, на которых регистрируют событие; генерируют инициирующий сигнал, ассоциированный с регистрацией события; генерируют первую метку (TS1) времени для инициирующего сигнала с использованием первого аналого-цифрового преобразователя времени (TDC); генерируют вторую метку (TS2) времени для инициирующего сигнала с использованием второго TDC, имеющего фиксированное смещение по времени относительно первого TDC; и связывают метку времени с событием на основе первой метки времени, второй метки времени и сравнения разницы по времени между второй меткой времени и первой меткой времени и фиксированного смещения по времени.

Изобретение относится к системам позитронной эмиссионной томографии (PET), в частности с использованием калибровки сканера PET. При калибровке сканера позитронной эмиссионной томографии (PET) радиоактивный калибровочный фантом сканируют в течение периода нескольких времен полураспада, чтобы получить множество кадров данных сканирования.

Изобретение относится к позитронной эмиссионной томографии (PET) и, в частности, к обнаружению совпадающих событий в процессе времяпролетной (TOF) PET. Сущность изобретения заключается в том, что детектор первого сигнала генерирует первый выходной сигнал, если сигнал фотоприемника удовлетворяет первому критерию сигнала; причем критерий первого сигнала распознает сигнал фотоприемника как показывающий первоначальные во времени сцинтилляционные фотоны, генерируемые сцинтиллятором в ответ на полученные фотоны излучения; детектор второго сигнала генерирует второй выходной сигнал, если сигнал фотоприемника альтернативно удовлетворяет критерию второго сигнала, причем критерий второго сигнала распознает сигнал фотоприемника как показывающий последующие во времени сцинтилляционные фотоны, генерируемые сцинтиллятором в ответ на полученные фотоны излучения; и детектор сигнала излучения оценивает первый и второй выходные сигналы для определения того, получен ли второй выходной сигнал в пределах временного окна приема, причем полученный первый выходной сигнал определяет начальную точку временного окна приема, и если второй выходной сигнал получен в пределах временного окна приема, детектор сигнала излучения распознает сигналы фотоприемника, показывающие излучение, полученное сцинтиллятором; и если второй выходной сигнал не получен в пределах временного окна приема, детектор сигнала излучения не распознает сигналы фотоприемника, показывающие излучение, полученное сцинтилятором.

Изобретение относится к технике измерения ионизирующих излучений, области охраны окружающей среды, поиска и обнаружения радиоактивных источников, в частности источников гамма-излучения, контролю радиационного состояния ядерно-физических объектов. Способ определения расстояния до источника гамма-излучения включает измерение энергетического спектра в областях его характеристического пика полного поглощения и комптоновского рассеяния, выполнение гамма-физических расчетов, определение расстояния по выведенным зависимостям. Гамма-физические расчеты включают определение количества импульсов в пике полного поглощения и выбранной области комптоновского рассеяния, корректировку измерений с учетом функции отклика детектора, алгоритм перехода к величине расстояния. Технический результат – повышение точности и упрощение определения расстояния до источников гамма-излучения. 2 ил.

Наверх