Способ определения количества ядер радиоактивного нуклида частицы, включающий облучение частицы в поле тепловых нейтронов при воздушной среде между частицей и мишенью Российский патент 2020 года по МПК G21F1/10 

Изобретение относится к области ядерной физики и предназначено для определения сверхмалых количеств ядер радиоактивного нуклида частицы.

Известен способ [1] определения количества ядер радиоактивного нуклида частицы, включающий подсчет количества всех треков в процессе обработки изображений, приписанных данной частице и расчет количества ядер радиоактивного нуклида частицы по формуле

где N - количества ядер радиоактивного нуклида частицы

N_a - количество всех треков, приписанных данной частице в процессе обработки изображений

ε - эффективность регистрации актов деления трековым детектором, доли

Ф - флюенс тепловых нейтронов, нейтрон⋅см^-2

σ - сечение деления ядра радиоактивного нуклида частицы в поле тепловых нейтронов, барн

10^-24 - коэффициент перехода от барн к см^-2.

Недостатком этого способа является необходимость подсчета количества всех треков, приписанных данной частице. Указанный недостаток делает его непригодным для использования в случаях, когда доступна лишь часть треков или в случае, если доступны все треки, но часть треков визуально перекрываются друг с другом и не пригодны для счета.

Целью изобретения является расширение применимости метода определения количества ядер радиоактивного нуклида частицы. Как показывает опыт в ЮУрИБФ, для достаточно большого процента встречающихся частиц невозможно по методу [1] получить количество ядер радиоактивного нуклида из-за невозможности подсчитать все треки, приписанные данной частице.

Сущность изобретения заключается в том, что частица, содержащая радиоактивный нуклид помещается над мишенью, среда между частицей и мишенью - воздух, далее происходит облучение частицы и мишени в поле тепловых нейтронов, далее производится химическое проявление треков на мишени. Для определения центра треков, принадлежащих одной частице при неплотном расположении треков друг к другу, проводятся две прямые линии вдоль двух треков, и пересечение этих линий определяет центр треков или, если треки плотно расположены друг к другу, то центр определяется в месте наиболее плотного скопления треков. Из центра треков проводится окружность радиусом, определяемым расстоянием от центра треков до наиболее удаленного трека, выполняется построение сектора кольца, образованного дугами окружностей, выполненными из центра треков радиусами, меньшими радиуса окружности и углом сектора так, чтобы треки в секторе можно сосчитать. При построении возникает неоднозначность в том смысле, что можно построить бесконечное число различных секторов с центром, совпадающим с центром треков и принадлежащем окружности с радиусом, определяемым расстоянием от центра треков до наиболее удаленного трека. Эта неоднозначность решается следующим образом, необходимо построить сектор с максимальной площадью, так как в этом случае неопределенность вычисления количества ядер минимальна. Но выбор сектора влияет лишь на неопределенность вычисления количества ядер, сам результат вычисления количества ядер будет корректен при любом выборе сектора, поэтому в общем случае можно выбирать любой сектор. Далее, выполняется подсчет треков на мишени в построенном секторе кольца и определяется количество ядер радиоактивного нуклида частицы по формуле

где N - количества ядер радиоактивного нуклида частицы

R - радиус окружности, описанной вокруг треков на мишени, принадлежащих одной частице, мкм

r₁, r₂ - два радиуса определяющих кольцо, с центром, совпадающим с радиусом окружности R, описанной вокруг треков на мишени, принадлежащих одной частице, таких, что 0≤r₁<r₂≤R, мкм

γ - угол сектора кольца, определяемого радиусами r₁, r₂, рад

- количество треков на мишени, подсчитанных в процессе обработки изображений в секторе кольца r₁, r₂, γ, где этот подсчет возможен

ϕ - критический угол входа трека в мишень - это угол при превышении которого осколок деления радиоактивного нуклида частицы не оставляет трека в мишени, зависит от материала мишени и технологии химического проявления треков, рад

Ф - флюенс тепловых нейтронов, нейтрон⋅см^-2

σ - сечение деления ядра радиоактивного нуклида частицы в поле тепловых нейтронов, барн

10^-24 - коэффициент перехода от барн к см^-2.

На фиг. 1 показано определение центра треков О, принадлежащих одной частице, при неплотном расположении треков друг к другу, для чего были проведены две прямые линии вдоль двух любых треков и пересечение этих линий определяет центр треков. Если через трек провести прямую, и эта прямая не пройдет через центр треков О, то этот трек не принадлежит данной частице.

На фиг. 2 показано определение центра треков О, принадлежащих одной частице, если треки плотно расположены друг к другу, то центр определяется в месте наиболее плотного скопления треков, для этого вокруг области, где треки сливаются друг с другом проводится окружность. Центр этой окружности и есть искомый центр треков О, принадлежащих одной частице.

На фиг. 3 показано определение центра треков О, принадлежащих одной частице, при неплотном расположении треков друг к другу, для чего были проведены две прямые линии а, b. Затем был найден радиус R, определяемый расстоянием от центра треков О до наиболее удаленного трека. Затем был построен сектор кольца: r₁, r₂ - два радиуса определяющих кольцо, с центром, совпадающим с радиусом окружности R, описанной вокруг треков на мишени, принадлежащих одной частице, таких, что 0≤r₁<r₂≤R, и γ - угол сектора кольца и можно посчитать треки внутри сектора кольца.

Пример осуществления способа

На фиг. 3 - треки от частицы ²³⁹Pu на синтетическом кварце, среда между частицей и мишенью - воздух. Пространство, затемненное в левом нижнем углу, и пространство, выше пунктирной линии в правом верхнем углу для треков было технически недоступно. В расчет взяты треки в светлом секторе. R=263 мкм; r₁=65 мкм; r₂=186 мкм; γ=0,676 рад; N_{r1, r2, γ}=33; ϕ=1.402 рад; σ=750 барн:

Таким образом, N=3021256 ядер ²³⁹Pu в частице.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволило определить количество ядер радиоактивного нуклида частицы в случае недоступности всех треков.

Список использованной литературы:

1. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПЛУТОНИЯ-239, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ АЛЬФА-ИЗЛУЧАЮЩИХ НАНОЧАСТИЦАХ. Свидетельство об аттестации методики радиационного контроля №4390.2.П397 от 27.09.2012. ФР.1.38.2012.13346.

Изобретение относится к области ядерной физики и предназначено для определения сверхмалых количеств ядер радиоактивного нуклида частицы. Способ включает помещение частицы, содержащей радиоактивный нуклид, над мишенью, среда между частицей и мишенью - воздух, далее облучение частицы и мишени в поле тепловых нейтронов, далее химическое проявление треков на мишени и подсчет треков на мишени в процессе обработки изображений лишь в том сегменте кольца, где этот подсчет возможен. Затем, используя формулу зависимости количества ядер радиоактивного нуклида частицы от подсчитанного количества треков, рассчитывают значения количества ядер радиоактивного нуклида частицы. Изобретение позволяет определить количество ядер радиоактивного нуклида частицы в случае недоступности всех треков. 3 ил.

Способ определения количества ядер радиоактивного нуклида частицы, включающий облучение частицы в поле тепловых нейтронов при воздушной среде между частицей и мишенью, отличающийся тем, что для определения центра треков, принадлежащих одной частице при неплотном расположении треков друг к другу проводятся две прямые линии вдоль двух треков и пересечение этих линий определяет центр треков или, если треки плотно расположены друг к другу, то центр определяется в месте наиболее плотного скопления треков, из центра треков проводится окружность радиусом, определяемым расстоянием от центра треков до наиболее удаленного трека, выполняется построение сектора кольца, образованного дугами окружностей, выполненными из центра треков радиусами, меньшими радиуса окружности и углом сектора так, чтобы площадь сектора кольца была максимально возможной и треки в секторе можно сосчитать, и по подсчитанному количеству треков в секторе кольца определяется количество ядер радиоактивного нуклида частицы по формуле

где N - количества ядер радиоактивного нуклида частицы;

R - радиус окружности, описанной вокруг треков на мишени, принадлежащих одной частице, мкм;

r₁, r₂ - два радиуса, определяющих кольцо, с центром, совпадающим с радиусом окружности R, описанной вокруг треков на мишени, принадлежащих одной частице, таких, что 0≤r₁<r₂≤R, мкм;

γ - угол сектора кольца, определяемого радиусами r₁, r₂, рад;

- количество треков на мишени, подсчитанных в процессе обработки изображений в секторе кольца r₁, r₂, γ, где этот подсчет возможен;

ϕ - критический угол входа трека в мишень - это угол, при превышении которого осколок деления радиоактивного нуклида частицы не оставляет трека в мишени, зависит от материала мишени и технологии химического проявления треков, рад;

Ф - флюенс тепловых нейтронов, нейтрон⋅см^-2;

σ - сечение деления ядра радиоактивного нуклида частицы в поле тепловых нейтронов, барн;

10^-24 - коэффициент перехода от барн к см^-2.