Способ определения эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора - RU2775538C1

Чертежи

Описание

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·μ_m·h),

где φ₀ – начальный поток;

ρ – плотность вещества, г/см²;

μ_m – 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 E_i в веществе сцинтиллятора, см^-1;

h – толщина сцинтиллятора, см,

– доля излучения с энергий E_i.

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 и²³⁸U 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 регистрации¹³³Ba 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

НуклидЕ, кэВI, с^-1НуклидЕ, кэВI, с^-1НуклидЕ, кэВI, с^-1234Th63,01,4²¹⁴Pb242,00,5²¹⁴Bi665,50,1²¹²Pb77,10,9²¹⁴Pb295,21,1²¹⁴Bi768,40,2²³⁴Th93,04,8²²⁸Ас338,30,5²²⁸Ас911,20,1²³⁵U143,81,0²¹⁴Pb353,01,8²²⁸Ас969,00,1²³⁵U163,40,4²⁰⁸Tl511,03,4^234mPa1001,10,2²³⁵U+²²⁶Ra185,72,7²⁰⁸Tl583,20,3²¹⁴Bi1120,30,3²¹²Pb238,60,7²¹⁴Bi609,01,6⁴⁰K1460,80,3

В таблице 2 представлены эффективные толщины h для сцинтиллятора CsI(Tl) при регистрации γ-излучения от²³⁵U,¹³³Ba и⁶⁰Co рассчитанные с помощью разработанного способа (метод №1) и известного [2, 3] (метод №2).

Таблица 2

Нуклидh, ммε^*, %метод №1метод №2²³⁵U8615¹³³Ba251818⁶⁰Co1005033

* 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.

Реферат

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.

Формула