Способ определения эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора
Владельцы патента RU 2775538:
Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Изобретение относится к области регистрации радиоактивных излучений. Способ определения эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора, регистрирующего γ-излучение, заключается в том, что строят зависимость коэффициента от толщины сцинтиллятора h, определяют наибольшее превышение полезного сигнала над фоном, который соответствует эффективной толщине сцинтиллятора, при этом определяют функцию отклика сцинтиллятора R(E), нормированного на один γ-квант с энергией E, рассчитывают число зарегистрированных импульсов N в энергетическом диапазоне от E1 до E2 согласно выражению для фонового излучения и источника с использованием энергии γ-линии E и квантового выхода
. Технический результат – повышение эффективность регистрации. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области регистрации радиоактивных излучений, а именно к регистрации γ-излучения, и может быть использовано при определении эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора с учетом спектрального состава фона и источника.
Известен способ определения эффективной толщины сцинтиллятора [1], в котором выбирают толщину сцинтиллятора, соответствующую 90 %-му поглощению γ-излучения согласно выражению
φ(x) = φ0· exp(-ρ·μm·h),
где φ0 – начальный поток;
ρ – плотность вещества, г/см2;
μm – массовый коэффициент взаимодействия, см2/г;
h – толщина сцинтиллятора, см.
Недостатком является неиспользование в расчетах фоновой составляющей, что приводит к завышению толщины сцинтиллятора.
Известен способ выбора толщины сцинтиллятора NaI(Tl), основанный на том, что в качестве критерия принимают толщину сцинтиллятора, при которой достигается максимум отношения вероятность регистрации излучения источника S к вероятности регистрации фонового излучения В 
[2, 3].
Для сцинтиллятора толщиной h вероятность регистрации S определяется согласно выражению:
(1)
где 
– линейный коэффициент ослабления γ-излучения с энергией Ei в веществе сцинтиллятора, см-1;
h – толщина сцинтиллятора, см,
– доля излучения с энергий Ei.
В данном способе используется следующее упрощение: вероятность регистрации фона принимается линейно зависящей от толщины сцинтиллятора:
, (2)
где 
– линейный коэффициент ослабления излучения фона в веществе сцинтиллятора, см-1. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатками данного способа являются представление вероятности регистрации фона, линейно зависящей от толщины сцинтиллятора, что характерно для тонких пластин, отсутствие учета спектральной составляющей излучения, что приводит к неверному результату в случае наличия в спектре мультиплета.
Задачей изобретения является определение эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора с учетом спектрального состава фона и источника, повышение эффективности регистрации.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности регистрации.
Технический результат достигается тем, что определяют наибольшее превышение полезного сигнала над фоном 
. С ростом толщины сцинтиллятора растет эффективность регистрации, одновременно растет и фон. Критерием выбора толщины сцинтиллятора использован коэффициент 
, который показывает превышение полезного сигнала от источника N над фоном 
. С ростом толщины сцинтиллятора растет и коэффициент 
, который при достижении эффективной толщины сцинтиллятора выходит на максимум, а затем идет на спад. Выбирают энергетический диапазон регистрируемых γ-квантов от E1 до E2. Рассчитывают значение функции отклика сцинтиллятора R(E) – число отсчетов от γ-источника, зарегистрированных в сцинтилляторе с энергией E. При таком задании спектра источника S значение R(E) равно числу взаимодействий в сцинтилляторе, нормированному на один γ-квант с энергией E. Источник излучения S определяют заданием энергии γ-линии E и квантового выхода 
. На основе функции отклика R(E) определяют число зарегистрированных импульсов N в энергетическом диапазоне от E1 до E2 согласно выражению 
Фон естественного излучения задают следующими радионуклидами: 40К, 232Th и его ДПР, 235U и 238U и их дочерние продукты распада [4]. Радионуклидный состав и интенсивность γ-линий фона естественного излучения приведен в таблице 1. Строят зависимость коэффициента 
от толщины сцинтиллятора h и определяют максимальное превышение полезного сигнала над фоном, который соответствует эффективной толщине сцинтиллятора.
На фиг. 1 показана зависимость коэффициента от толщины сцинтиллятора h размерами 220×45×h мм. Эффективная толщина при регистрации 133Ba в энергетическом диапазоне от 40 до 400 кэВ для сцинтиллятора CsI(Tl) составила 25 мм, для BGO и CWO 11 и 12 мм соответственно.
Таблица 1
| Нуклид | Е, кэВ | I, с-1 | Нуклид | Е, кэВ | I, с-1 | Нуклид | Е, кэВ | I, с-1 | ||
| 234Th | 63,0 | 1,4 | 214Pb | 242,0 | 0,5 | 214Bi | 665,5 | 0,1 | ||
| 212Pb | 77,1 | 0,9 | 214Pb | 295,2 | 1,1 | 214Bi | 768,4 | 0,2 | ||
| 234Th | 93,0 | 4,8 | 228Ас | 338,3 | 0,5 | 228Ас | 911,2 | 0,1 | ||
| 235U | 143,8 | 1,0 | 214Pb | 353,0 | 1,8 | 228Ас | 969,0 | 0,1 | ||
| 235U | 163,4 | 0,4 | 208Tl | 511,0 | 3,4 | 234mPa | 1001,1 | 0,2 | ||
| 235U+226Ra | 185,7 | 2,7 | 208Tl | 583,2 | 0,3 | 214Bi | 1120,3 | 0,3 | ||
| 212Pb | 238,6 | 0,7 | 214Bi | 609,0 | 1,6 | 40K | 1460,8 | 0,3 |
В таблице 2 представлены эффективные толщины h для сцинтиллятора CsI(Tl) при регистрации γ-излучения от 235U , 133Ba и 60Co рассчитанные с помощью разработанного способа (метод №1) и известного [2, 3] (метод №2).
Таблица 2
| Нуклид | h, мм | ε*, % | |
| метод №1 | метод №2 | ||
| 235U | 8 | 6 | 15 |
| 133Ba | 25 | 18 | 18 |
| 60Co | 100 | 50 | 33 |
* ε – отношение эффективности регистрации.
Источники информации
1. Рыжиков В.Д., Сохин В.П. Оптимизация толщины сцинтиллятора при регистрации рентгеновского и γ-излучения в широком энергетическом диапазоне // ПТЭ, 1988, № 5, с. 177.
2. Косицын В.Ф., Шумаков А.В. Повышение надежности контроля несанкционированного передвижения малого количества делящихся и других радиоактивных материалов // Атомная энергия, Т.75, вып. 2, март 1993, с. 103.
3. Косицын В.Ф., Рагимов Т.К., Шумаков А.В. Рекомендации по выбору толщины кристалла NaI(Tl) при обнаружении слабых кратковременных потоков фотонов// Атомная энергия, Т.71, вып. 4, март 1991, с. 343.
4. Лабораторный спецпрактикум «Низкофоновая установка РЭУС-II-15» Ростов-на-Дону, 2008, с. 66.
Способ определения эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора, регистрирующего 
-излучение, заключающийся в том, что строят зависимость коэффициента 
от толщины сцинтиллятора h, определяют наибольшее превышение полезного сигнала над фоном, который соответствует эффективной толщине сцинтиллятора, отличающийся тем, что определяют функцию отклика сцинтиллятора R(E), нормированного на один 
-квант с энергией E, рассчитывают число зарегистрированных импульсов N в энергетическом диапазоне от E1 до E2 согласно выражению 
для фонового излучения и источника с использованием энергии 
-линии E и квантового выхода 
.
