СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01T3/06 

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 I_полн(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:

I_фон(x)=I_полн(x)-I_теор(x),

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

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

I_полн(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 I_полн(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, I_фон(х), определяют вычитанием из пространственного распределения полного сигнала I_полн(х), измеряемого позиционно-чувствительным фотоприемником 4, теоретического (экспоненциально спадающего) предварительно рассчитанного распределения полезного сигнала:

I_фон(x)=I_полн(x)-I_теор(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 I_фон(х), и полный сигнал I_полн(х), интегрируют по всей длине позиционно-чувствительного фотоприемника 4.

Интегральное значение фонового сигнала определяется выражением:

S_фон=ΣI_фон(x_i)

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

S_фон=ΣI_полн(x_i)

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

S_фон=ΣI_полн(x_i)-S_фон=ΣI_фон(x_i)

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.

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 I_полн(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:

I_фон(х)=I_полн(х)-I_теор(х),

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

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

I_полн(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.

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 I_полн(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
I_фон(х)=I_полн(х)-I_теор(x),
а пространственное распределение полезного сигнала находят как разность между распределениями полного и фонового сигналов, где:
I_теор(х)=А·ехр[-µ(Е)·х] - теоретическое распределение полезного сигнала вдоль направления распространения первичного излучения;
I_полн(х) - пространственное распределение полного сигнала;
µ(Е) - коэффициент линейного ослабления первичного излучения в веществе сцинтиллятора;
х - направление первичного излучения;
Е - энергия первичного излучения.