Блок детектирования для измерения бета- и гамма-излучения Советский патент 1990 года по МПК G01T1/20 

оценки при измерении бета- и гаммаизлучения . Дe 1cтвитeльнo, для регистрировани бета-излучения низких энергий толщин стенки входного окна детектора должна быть малой: (например, для энерги 100 кэВ 20-30 мг/см), а для отсекания бета-излучения максимальной энергии толщина съемного фильтра должна быть большей (1000-1500 мг/см 3000 кэВ)„ Это приводит ;ДЛЯ Е к тому, что при регистрации гаммаизлучения с фильтром и без фильтра существенно изменяется чувствитель ность блока детектирования к гаммаизлучению, особенно, в области малых значений .энергий квантов. Так, например, в дозиметрах, где в качестве детектора применяется сче чик Гейгера-Мюллера с тонкой стенкой входного окна, позволяющей регистрировать бета-излучение относительно малых энергий имеет место большая за висимость чувствительности дозиметра при изменении энергий квантов регист рируемого гамма-излучения, которая резко меняется при проведении измере ний с фильтром. Попытка уменьшить эту зависимость за смет увеличения толщины стенки входного окна приводит к тому, что невозможно измерять бета-излучение малых энергий, В результате такой блок детектирования позволяет измерять бета-излучение в узком интервале энергий. . Из известных блоков детектирования, в которых регистрация бета- и гамма-излучения осуществляется с помощью проведения измерений с фильтром и без него наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является блок детектирования для измерения бета- и гаммаизлучений, содержащий детектор излучения с входным окном и расположенный перед ним съемный фильтр. В нем детектором излучения является иониза ционная камера. Входное окно такой камеры выполнено из тонкого органи ческого материала, позволяющее измерять бета-излучение начиная с 70кэВ а съемный фильтр изготовлен из алюми ния, обеспечивающий поглощение бетаизлучения с максимальной энергией Е „ 2000 кэВ, Такой блок детекти рования измеряет гамма-излучение в диапазоне от 10 до 2000 кэВ, причем энергетическая зависимость при этом не превышает 25. Однако при использовании фильтра для отсекания бетаизлучения чувствительность дозиметра в низкоэнергетической области энергии гамма-излучения резко падает (например, для энергии 10 кэВ она падает более, чем в 50 раз). Это приводит к тому, что при наличии низкоэнергетического гамма-излучения и проведении измерений с фильтром и без фильтра изменение чувствительности ионизационной камеры к гамма-излуче нию может трактоваться как наличие бета-излучения и тем самым приводит к неправильной количественной оценке бета-излучения. Цель изобретения - повышение точ ности измерения бета-излучения в присутствии гамма-излучения, путем уменьшения дозовой чувствительности детектора к гамма-излучению в низкоэнергетической области. Для достижения указанной цели в блоке детектирования, содержащем детектор излучения с входным окном и расположенный перед ним съемный фильтр, детектор выполнен из сцинтиллирующего вещества с Z фф . 1 воздуха,входное окно -из материала с ,зфф720, а сменный фильтр изготовлен из материала с Zзфф,б, а также тем, что в качестве сцйнтиллирую щего вещества выбрана воздухоэквивалентная сцинтиллирующая пластмасса, содержащая 1,7 дибромбензола, входное окно изготовлено из нержавеющей стали толщиной 20 мг/см-, а в качестве материала съемного фильтра использован полиэтилен, причем толщина hj. сцинтиллятора h (чц 2d(j,, где толщина фильтра. При этом следует принять во внимание, что детектор выполнен из сцинтиллирующего вещества, причем материал его и толщина выбраны таким образом, чтобы обеспечить уменьшение дозовой чувствительности блока детектирования к гамма-излучению в низкоэнергетической области энергий, где оно существенно поглощается съемным фильтром (под дозовой чувствительностью понимают отношение изменения выходного сигнала детектора к вызывающему его изменению экспозиционной дозы гамма-излучения данной энергии). Таким образом, в области энергий, где велико поглощение гамма-излучением съемным фильтром, сама дозовая чувствительность сцинтиллятора к га ма-излучению мала., а для больших энергий гамма-излучение, для которы дозовая чувствительность велика, ослабление гамма-излучения фильтром мала. Это означает, что при одновре менном присутствии бета- и гаммаизлучений, создающих равные дозные поля, изменение дозовой чувствитель ности сцинтиллятора к гамма-излучению при наличии и отсутствии съемно фильтра практически не скажется на результате измерения бета-излучения так.как она, .в основном, будет опре деляться самим сцинтиллятором. Для достижения этого толщина и материал сцинтиллятора должны быть такими, чтобы выполнялось следующее неравенство во всей области энергий имеющегося гамма-излучения: . сч, , /(Elb ,}(а(Е} С1 - е J )(Е) -К CE)eJo« 1 -е PaV(E,) 1 L .-nEj4 где ) , pia XEjn) соответственно истинный коэффициент погло щения гамма-излучения сцинтиллятором для энергии Е и максималь ной энергии Е. ра;°(Е), то же для воздуха; h, аф, d толщина сцинтиллятора съемного фильтра и входного окна; И(Е), МЧЕ), - коэффициент ослабления гамма-излучения материалом фильтра, входно го окна и сцинтиллято ра. Неравенство (1) хорошо выполняетс для органических сцинтилляторов (Z э . 2эфф воздуха), у которых дозовая чувствительность падает при уменьшении кванта. Вьбором толщины сцинтиллятора в соответствии с неравенством (1) можно существенно умень шить дозовую чувствительность сцин2тилляторов в области малых энергий квантов. Отметим, что неравенству (О могут удовлетворять не только орган органические сцинтиллятора, но и сцинтиллятора с большим эффективное. Однако, Zj такого сцинтиллятора не должно превышать Z воздуха, так как в противном случае дозовая чувствительность сцинтиллятора в области малых энергий будет расти и неравенство (1) практически не выполнимо. Входное окно детектора изготовлеНО 413 материала с . Это приводит к тому, что дозовая чувствительность к гамма-излучению даже при малой толщине входного окна, необходимого для регистрации бета-излучения минимальной энергии будет дополнительно снижаться в низкоэнергетической области энергий. При одной и той же толщине входного окна эффект уменьшения дозовой чувствительности будет тем больше, чем больше Z материала входного окна. На практике выбор материала входного окна определяется возможностью получения тонких, достаточно прочных и не пропускающих свет фольг из таких материалов. Подходящим материалом является, например, нержавеющая сталь (Z ,j, 26), из которой можно изготовить тонкие, не пропускающие свет фольги, толщиной 20 40 мг/см. При использовании для входного окна материалов с большим Z одновременно достигается еще один положительный эффект снижение величины минимальной энергии регистрируемого бета-излучения, так как при равной толщине входного окна (в мг/см) ослабление бета-излучения будет тем меньше, чем больше Zg материала входного окна (. Например, пробег бета-частиц с энергией 0,1 МэВ в золоте (Z 79) в два раза больше, чемв олистироле (Zg 5,А)« Съемный фильтр, отсекающий бетазлучение, напротив, изготовлен из атериала максимально ослабляющий ета-излучение и минимально ослабляюий гамма-излучение. Это обеспечиват минимальное изменение дозовой чувтвительности блока детектирования гамма-излучению при наличии и отутствии съемного фильтра, толщина. 7 которого берется Takofi, .чтобы поглотить бета-излучение заданной максимальной энергии. Наилучшим с этой точки зрения являются материалы имею щие малое , например полиэтилен. На фиг. 1 показан блок детектирования дозиметра, содержащий детектор из сцинтиллирующего вещества 1 с рходным окном 2 и расположенным пере мим съемным фильтром 3 Для измерения бета-излучения съемный фильтр снимается, позволяя тем. самым проникать бета-частицами через тонкое входное окно и попадать на сцинтиллятор если при этом имеется и гамма излучение, то оно также регистрируется сцинтиллятором. Затем съемный фи/)ьтр надевается и производится новое измерение, по разнице показани с фильтром и без него судят о наличии бета-излучения. Толщина входного окна определяется, как у1ке говорилось выше/возможностью получения тонких, не пропу кающих свет фольг, Zj, которых бол ше 20. Оптимальной является фольга и нержавеющей стали толщиной 20 мг/см Толщина съемного фильтра определяетс заданной максимальной энергией бетаизлучения, С практической точки зрения подходящим материалом для фильтр является полиэтилен. При заданных толщинах входного окна и съемного фильтра, толщина и материал сцинтиллятора определяется из требования по лучения заданной энергетической зависимости дозовой чувствительности к гамма-излучению, обеспечивающей выполнение неравенства (1). В каждой конкретной задаче требования к погрешности показаний блока детектирования при наличии и отсутст ВИИ съемного фильтра разные, поэтому неравенство (1) целесообразно переписать в следующем виде: 1 - е Ina- E), . (Е) F rEJna (EJ 1 - (Е -И)Ф, .Е), «tj - е j е . . J е . М ; где М : 1 и ее значения выбираются из требования получения необходимой точности измерений. В большинстве практических задач дозиметрии требования получали точностью около 0,15) является вполне достаточным, а для получения, хорошей энергетической зависимости дозой чувствительности в широкой области энергий квантов желательно использование воздухоэквивалентных сцинтилляторов. в этих случаях, и для реально достигаемых толщин входного окна из нержавеющей стали (20 мг/см) и материала входного окна из полиэтилена уравнение (2) принимает вид: С - е--°.1 ,-№„) р-ЧЕ) 1-е .1 -. . т.к. ЦЕ} ) где к(Е), M(EJ, . массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения в стали и полиэтилене для энергии Е и Е 0,02 толщина входного окна из нержавеющей стали см Уравнение (З) относительно h решается только численно, однако оно всегда выполняется, если h 2d Таким образом, вьбор толщины воздухоэквивалентного сцинтиллятора определяется толщиной используемого съемного фильтра, которая в свою очередь, определяется максимальной энергией регистрируемого бета-излу . чения. Экспериментальные исследования предложенного устройства были осуществлены на сцинтилляционном счетчике с толщиной входного окна из нержавеющей стали 20 мг/см ,толщиной съемного фильтра из полиэтилена равной 1000 мг/см. В качестве детектора излучения был выбран воздухоэквивалентный сцинтиллятор, на основе ,сцинтиллирующей полистирольной пластмассы, выдержащий 1,7% дибромбензола. В соответствии с уравнением (А) толщина сцинтиллятора была взята равной 2,5 г/см (диаметром 40 мм).

Необходимо отметить, что диаметр сцинтиллятора при падении излучения перпендикулярно торцовой плоскости сцинтиллятора практически не влияет на результаты измерений. I

На фиг. 2 представлены дозовые чувствительности такого сцинтилляционного счетчика с фильтром и без фильтра в зависимости от энергии гамма-излучения (чувствительность счетчика для -энергии взята за единицу)с

Для сравнения на этом же рисунке представлены дозовые чувствительности блока детектирования на основе ионизационной камеры.

Как видно из фиг. 2, изменение чувствительности предложенного блока детектирования к гамма-излучению при наличии и отсутствии фильтра существенно меньше, чем для ионизационной камеры, что иллюстрируется дополнительной таблицей; где представлены разность показаний сравниваемых блоков детектирования при наличии и отсутствии фильтра.

Как видно из таблицы, при мощности дозы гамма-излучения равной 1,00 максимальная погрешность, обусловленная измерением дозовой чувствительности блока детектирования к гаммаизлучению при наличии и отсутствии фильтра, для предполагаемого блока детектирования не превышает 1б, а для аналога , т.е. достигается повышение точности измерений более, чем в 6 раз.

1. ВЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БЕТА И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий детектор излучения с входным окном, и расположенный перед ним съемный фильтр, отличающий-с я тем, что, с целью повышения точности измерения бета-излучения в присутствии гамма-излучения путем уменьшения дозовой чувствительности детектора к гамма-излучению в низкоэнергетической области, детектор излучения выполнен из сцинтиллирующего вещества с Zj^^ ^^зфФ воздуха, входное окно выполнено из материала с Z эфф >& 20, а съемный фильтр изготовлен из материала с 2з^ф^4^,6.2. Блок по п. 1, отличающий с я тем, что в качестве сцинтиллирующего вещества выбрана возду- хоэквивалентная сцинтиллирующая пластмасса, содержащая 1,7^ дибром- бензола, входное окно изготовлено из нержавеющей стали толщиной 20 мг/см , а в качестве материала съемного фильтра использован полиэтилен, приi(ЯИзобретение относится к дозиметрии ионизирую1чего излучения и может быть использовано при измерении мощности экспозиционной дозы (дозы )гамма-излучения, а также мощности поглощенной дозы (дозы) бета-излучения как в присутствии гамма- или бета-излучения, так и в их отсутствии.Известны дозиметрические приборы, предназначенные для измерения бета- . и гамма-излучений, принцип работы которых основан на измерении ионизации газа в чувствительном объеме детекторов таких приборов. Общим признаком этих приборов является то, чточем толщина Нсчфильтра.'^/ 2d(^p,сцинтиллятора где d ф - толщинаси,их блок детектирования содержит де- 'тектор, имеющий входное окно, позволяющее измерять Kak бета-, так и гамма-излучения. Для измерения только 'гамма- или только бета-излучения при их одновременном присутствии используется съемный фильтр, располагаемый перед "окном" и отсекающий_,менее проникающее бета-излучение и вклад бета- 'ИЛИ гамма-излучения определяют по разности показаний дозиметра при наличии фильтра и без него.Недостатком приборов с указанными выше' блоками детектирования является большая погрешность количественнойс» оо. •^N9 tC

и

f,2

f,f f.ff U9 0,8 OJ 0.6 0.5 Л UJ 0.2 OJ

20 jff ff soeoTOSOffom

Ю

т

%/