Способ измерения мощности дозы импульсного тормозного излучения с использованием дозиметров гамма-излучения со счетчиками Гейгера-Мюллера Российский патент 2023 года по МПК G01T1/29 

Изобретение относится к способу использования существующих и разрабатываемых дозиметров и может быть использовано для измерения мощности дозы (дозы) импульсного тормозного излучения.

Существующие способы для измерения импульсного тормозного излучения основаны на использовании сцинтилляционных детекторов (дозиметр рентгеновского и гамма-излучения ДКС-АТ1123, свидетельство об утверждении типа средств измерений ОС.С.38.999.А №75466), детекторов на основе ионизационных камер (дозиметр RAM ION, свидетельство об утверждении типа средств измерений IL.C.38.083.A №64658), полупроводниковых детекторов (ДКГ-РМ1300, свидетельство об утверждении типа средств измерений BY.C.38.999.A №64790), а так же детекторов на основе счетчиков Гейгера-Мюллера (дозиметр индивидуальный рентгеновского и гамма-излучения ДКГ-РМ1610, свидетельство об утверждении типа средств измерений ОС.С.38.999.А №74275). Недостатками существующих способов для дозиметрии импульсного излучения, основанных на использовании сцинтилляционных детекторов и ионизационных камер, являются ограничения по длительности импульса излучения (более 10 не) и его энергии (не более 10 МэВ). Кроме того, данные приборы достаточно сложны и дороги, что ограничивает возможности использования их на практике.

Дозиметр на основе полупроводникового детектора ДКГ-РМ1300 имеет очень высокое значение нижней границы измерения мощности дозы импульсного излучения - 10 мЗв/ч, что практически не позволяет использовать его для производственного радиационного контроля импульсных источников, прибор для измерения импульсного рентгеновского излучения ДКГ-РМ1610, в котором используется счетчик Гейгера-Мюллера, имеет еще большие ограничения по длительности импульсов излучения (не менее 1 мс).

Т.е. все имеющиеся приборы, позволяющие проводить дозиметрию импульсного тормозного излучения имеют существенные ограничения по энергии излучения и/или длительности импульсов, либо по нижней границе диапазона измерения мощности дозы. В настоящее время имеется целый ряд используемых на практике установок на основе импульсных ускорителей электронов, имеющих максимальную энергию тормозного излучения более 20 МэВ (медицинские ускорители электронов) при длительности импульса 2-3 мкс. Широко используются и импульсные рентгеновские дефектоскопы, имеющие длительность импульсов излучения 1,5-2 не (рентгеновские дефектоскопы серии «АРИОН») (https://ntcexpert.ru/rk/m101/38-r7/k38).

Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ измерения, является обеспечение возможности дозиметрии импульсного тормозного излучения при длительности импульса менее мертвого времени используемого дозиметрического прибора со счетчиком Гейгера-Мюллера. При этом существуют дозиметры со счетчиками Гейгера-Мюллера способные измерять мощность дозы тормозного излучения с энергиями от 10 кэВ до 20 МэВ (ДКГ-РМ1601, свидетельство об утверждении типа средств измерений BY.C.38.999.A №64143). И предлагаемый способ позволит с использованием данного прибора осуществлять дозиметрию импульсного тормозного излучения в энергетическом диапазоне от 10 кэВ до 20 Мэв для длительности импульсов излучения менее 50 мкс, что позволит решить задачу методического обеспечения производственного радиационного контроля при использовании медицинских ускорителей электронов и сверхкороткоимпульсных рентгеновских дефектоскопов, которая в настоящее время не решена, причем с использованием достаточно простых и дешевых дозиметрических приборов.

Для решения поставленной задачи предлагается способ измерения мощности дозы импульсного тормозного излучения дозиметром гамма-излучения со счетчиком Гейгера-Мюллера, путем измерения мощности дозы от контролируемого источника в точках проведения радиационного контроля, при чем предварительно измеряют зависимость показаний дозиметра от мощности дозы контролируемого источника импульсного тормозного излучения, определяют мощность дозы, соответствующую «плато» полученной зависимости, при котором показания дозиметра не изменяются с увеличением мощности дозы, и рассчитывают скорректированное значение мощности дозы импульсного излучения по формуле:

где: - скорректированная мощность дозы импульсного излучения, - мощность дозы импульсного излучения, полученная в результате прямых измерений дозиметром, - мощность дозы импульсного излучения в области «плато»

Достигаемым техническим результатом является создание способа измерения мощности дозы импульсного тормозного излучения при длительности импульса менее мертвого времени используемого дозиметрического прибора со счетчиком Гейгера-Мюллера

Для получения указанного технического результата предлагаемый метод измерения импульсного рентгеновского излучения при помощи счетчика Гейгера-Мюллера предусматривает использование специального алгоритма для получения поправок к результатам измерений, компенсирующих влияние мертвого времени счетчика Гейгера-Мюллера до некоторой граничной мощности дозы с учетом частоты следования импульсов излучения и чувствительности используемого счетчика. При этом возникает возможность корректного проведения измерений в диапазоне мощностей доз, соответствующем практически встречающимся при проведении производственного радиационного контроля величинам.

Рассматриваем ситуацию, при которой длительность импульса излучения меньше мертвого времени счетчика Гейгера-Мюллера, а промежуток между импульсами много больше его. Это справедливо для импульсов длительностью менее 50 мкс при частоте следования до 2000 Гц. При этих условиях за время одного импульса излучения счетчик Гейгера-Мюллера может сработать только один раз независимо от мощности дозы.

Чувствительность используемого в дозиметре счетчика Гейгера-Мюллера можно охарактеризовать количеством срабатываний счетчика на единицу дозы излучения (К, 1/нЗв). Параметры контролируемого поля импульсного излучения можно охарактеризовать длительностью импульса излучения (Т, с), частотой следования импульсов излучения (ω, с^-1) и средней мощностью дозы излучения (, нЗв/с).

Доза за один импульс излучения (H₁, нЗв) при этом равна:

а мощность дозы в импульсе:

Вероятность срабатывания счетчика Гейгера-Мюллера за один импульс излучения (P₁) равна:

Средняя частота срабатываний счетчика Гейгера-Мюллера (N, с^-1), которая пропорциональна измеренному значению мощности дозы, при этом будет равна:

Для счетчика с такой же чувствительностью, но с нулевым мертвым временем возможно и два срабатывания счетчика в одном импульсе излучения. Пусть первое срабатывание произошло в точке х в диапазоне dx. Тогда вероятность данного срабатывания будет равна Вероятность второго срабатывания за оставшуюся часть импульса равна Вероятность обоих этих событий равна произведению данных вероятностей.

С учетом всех возможных положений точки х от 0 до Т, полная вероятность двух срабатываний счетчика за один импульс (P₂) составит:

Сумма вероятностей одного и двух срабатываний счетчика за один импульс излучения Р₁₂ составит:

Средняя частота срабатываний счетчика при этом будет равна:

Т.е. за счет учета возможности двух срабатываний счетчика за один импульс излучения средняя частота срабатываний счетчика возрастает в

раз,

где:

Этот коэффициент может использоваться как поправочный коэффициент для результатов измерений счетчиком Гейгера-Мюллера для частичного учета влияния его мертвого времени.

Таким образом, скорректированное значение мощности дозы импульсного излучения () на основе полученного в результате прямых измерений дозиметром со счетчиком Гейгера-Мюллера измеренного значения () может быть получено из соотношения:

и равно:

Если и выражаются в мкЗв/ч, то данное выражение приобретает вид:

где:

Для получения численного значения параметра К, необходимо получить зависимость измеренного значения мощности дозы от мощности дозы источника излучения. Начиная с некоторой мощности дозы, показания дозиметра перестают изменяться, выходя на «плато», равное . При этом, каждый импульс излучения сопровождается срабатыванием счетчика дозиметра, т.е. частота срабатываний счетчика будет равна частоте следования импульсов ах При этом чувствительность счетчика равна:

и, с учетом формулы, приведенной выше,

Таким образом, скорректированное с учетом мертвого времени счетчика Гейгера-Мюллера измеренное значение мощности дозы импульсного излучения имеет вид:

Как видно, для вычисления поправочного коэффициента не требуется знание частоты следования импульсов излучения и чувствительности счетчика Гейгера-Мюллера в используемом дозиметре, но необходимо получить значение мощности дозы, соответствующее «плато» для данного источника излучения.

При получении данного коэффициента мы учитывали только возможность двойных срабатываний счетчика за один импульс излучения. На основе анализа полученных результатов был получен эмпирический коэффициент для учета возможности большего числа срабатываний счетчика в импульсе, обеспечивающий наилучшее совпадение результатов измерения с показаниями образцового дозиметра.

С учетом этого:

Максимально измеримая величина мощности дозы, которая может быть получена с использованием данного алгоритма с дополнительной погрешностью не более 15%, составляет не менее

В результате осуществления данного способа мы можем измерять мощность дозы импульсного тормозного излучения при длительности импульса менее 50 мкс в практически значимом диапазоне мощностей доз, используя существующие и создаваемые дозиметры на основе счетчиков Гейгера-Мюллера. Это позволит обеспечить возможность радиационного контроля при использовании медицинских ускорителей электронов высокой энергии и сверхкороткоимпульсных рентгеновских дефектоскопов.

При использовании уже имеющихся дозиметров, нам придется для каждого случая подбирать конкретный дозиметр с подходящими характеристиками, а полученные результаты пересчитывать вручную с применением вышеописанного алгоритма.

Для более удобного использования на практике такого способа измерения необходимо сконструировать дозиметр, обладающий следующими техническими характеристиками:

- Дозиметр должен быть оснащен двумя детекторами (счетчиками Гейгера-Мюллера) с разной чувствительностью и диапазонами регистрируемых энергий. Чувствительность одного из детекторов должна лежать в диапазоне от 0,5 имп/нЗв до 1 имп/нЗв, при этом детектор должен иметь возможность регистрировать излучение с энергиями от 50 кэВ до 1,5 МэВ. Чувствительность второго детектора должна находиться в диапазоне от 5 имп/нЗв до 15 имп/нЗв с возможностью регистрации излучения с энергиями от 60 кэВ до 20 МэВ.

- В дозиметре должна быть реализована возможность ручного ввода частоты следования импульсов контролируемого импульсного источника. При этом в зависимости от выбранной частоты будет использоваться один, либо другой детектор. При частоте следования импульсов от 1 Гц до 30 Гц используется низкочувствительный детектор (0,5 имп/нЗв до 1 имп/нЗв), при частотах от 30 Гц до 600 Гц используется высокочувствительный детектор (5 имп/нЗв до 15 имп/нЗв).

- В дозиметре должна быть реализована возможность введения значения мощности дозы, соответствующей «плато» зависимости его показаний от мощности дозы источника излучения.

- Для реализации этих требований возможно использование микропроцессорного устройства, которое будет осуществлять переключение между детекторами, в зависимости от частоты следования импульсов, применять по отношению к полученным результатам описанный выше математический алгоритм и выводить на экран дозиметра уже обработанные значения мощностей доз. В случае превышения границы диапазона измеряемых мощностей доз на экран дозиметра будет выводится надпись «превышение границы диапазона измерения».

Изобретение относится к области дозиметрии. Способ измерения мощности дозы импульсного тормозного излучения дозиметром гамма-излучения со счетчиком Гейгера-Мюллера путем измерения мощности дозы от контролируемого источника в точках проведения радиационного контроля содержит этапы, на которых предварительно проводят измерения зависимости показаний дозиметра от мощности дозы контролируемого источника импульсного тормозного излучения, определяют мощность дозы, соответствующую «плато» полученной зависимости, при котором показания дозиметра не изменяются с увеличением мощности дозы, и рассчитывают скорректированное значение мощности дозы импульсного излучения по формуле

где: - скорректированная мощность дозы импульсного излучения, - мощность дозы импульсного излучения, полученная в результате прямых измерений дозиметром, - мощность дозы импульсного излучения в области «плато». Техническим результатом является создание способа измерения мощности дозы импульсного тормозного излучения при длительности импульса менее мертвого времени используемого дозиметрического прибора со счетчиком Гейгера-Мюллера, при котором возможно измерение мощности дозы в диапазоне от 0 до удвоенного значения с дополнительной погрешностью не более 15%.

Способ измерения мощности дозы импульсного тормозного излучения дозиметром гамма-излучения со счетчиком Гейгера-Мюллера путем измерения мощности дозы от контролируемого источника в точках проведения радиационного контроля, отличающийся тем, что предварительно проводят измерения зависимости показаний дозиметра от мощности дозы контролируемого источника импульсного тормозного излучения, определяют мощность дозы, соответствующую «плато» полученной зависимости, при котором показания дозиметра не изменяются с увеличением мощности дозы, и рассчитывают скорректированное значение мощности дозы импульсного излучения по формуле

где: - скорректированная мощность дозы импульсного излучения, - мощность дозы импульсного излучения, полученная в результате прямых измерений дозиметром, - мощность дозы импульсного излучения в области «плато».