Способ определения энергетической зависимости чувствительности измерителя мощности дозы (дозы) гамма-излучения

Изобретение относится к области проведения испытаний дозиметрических приборов по определению энергетической зависимости чувствительности при измерениях мощности дозы (дозы) гамма-излучения. Для получения гамма-излучения с энергиями в актуальном диапазоне величин предложено использовать комптоновское рассеяние на металлическом экране узкого пучка моноэнергетических гамма-квантов одного радионуклидного источника. Наибольший выход рассеянных гамма-квантов в области низких энергий достигается за счет использования экрана из легких металлов. Получение пучка, содержащего гамма-кванты практически одинаковой энергии, отличной от энергии первичного излучения, осуществляется за счет применения коллиматора. Изменение энергии гамма-квантов в пучке достигается за счет изменения положения коллиматора относительно рассеивающего экрана. При проведении измерений осуществляется аттестация контрольных точек как по энергиям гамма-излучения с использованием спектрометра, так и по мощности дозы с использованием образцового измерителя мощности дозы гамма-излучения. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность определения энергетической зависимости чувствительности и снизить стоимость необходимого для проведения испытаний оборудования и материалов. Следствием этого является повышение достоверности результатов контроля радиационной обстановки и обоснованности принимаемых решений по обеспечению радиационной безопасности. 3 ил.

 

Изобретение относится к области проведения испытаний дозиметрических приборов, а именно к разработке способа определения энергетической зависимости чувствительности (ЭЗЧ) измерителя мощности дозы (дозы) гамма-излучения с использованием одного моноэнергетического источника в актуальном диапазоне величин.

Задача определения энергетической зависимости чувствительности дозиметрических приборов является одной из важных задач при определении метрологических характеристик прибора. Проведение исследований ЭЗЧ необходимо для корректировки показаний дозиметрических приборов при работе в полях излучения с известными энергетическими спектрами гамма-квантов или оценки погрешности измерений в полях с неизвестными спектрами. Это является актуальным, поскольку состав радиоактивного загрязнения может непрерывно меняться вследствие распада одних и появления других радионуклидов. При этом будет меняться и спектр излучения, обуславливая различную точность измерения мощности дозы (дозы) в различные моменты времени в каждой фиксированной точке. В качестве примера можно указать, в частности, на то, что средняя энергия смеси осколков деления U-235 и Ри-239 изменяется во времени от 0,9 МэВ до 0,4 МэВ [Израэль Ю.А., Гамма-излучение радиоактивных выпадений [Текст]: Израэль Ю.А., Стукин Е.Д. - М: Атомиздат, 1967. - 224 с].

Важно отметить, что при измерениях внутри объектов (в том числе подвижных) происходит трансформация энергетического спектра в область более низких энергий, что также приводит к увеличению погрешности измерения мощности дозы (дозы) гамма-излучения.

Известен способ определения энергетической зависимости чувствительности с использованием набора источников ионизирующего излучения (ИИИ). Этот способ предусматривает последовательное облучение средства измерения или блока детектирования не менее чем тремя источниками ионизирующего излучения, энергия излучения которых, соответствуют минимальному, среднему и максимальному значениям диапазона энергий регистрируемых квантов исследуемого прибора [ГОСТ 27451 - 87. Средства измерения ионизирующих излучений. Общие технические требования [Текст]. - Введ. 1989-01-01.-М: Изд-во стандартов, 1988., ГОСТ 25935 - 83. Методы измерения основных параметров. [Текст]. - Введ. 1985-01-01.- М.: Изд-во стандартов, 1984.]. Основной особенностью данного способа является наличие определенного количества ИИИ, причем для приборов с разными диапазонами регистрируемых энергий должен быть свой набор источников ионизирующего излучения, обеспечивающий проведение измерений на минимальном, среднем и максимальном значениях энергетического диапазона, что обуславливает существенные затраты на приобретение, техническое обслуживание и последующую утилизацию ИИИ. Кроме того, одним из значительных недостатков данного метода является наличие большой дискретности энергий излучения применяемых изотопов (¹³⁷Cs - 661 кэВ, ⁶⁰Со - 1250 кэВ, ²⁴¹Am - 60 кэВ).

В дополнении к указанному способу для исследования энергетической зависимости чувствительности на низких энергиях (до 200 кэВ) применяются рентгеновские установки, что приводит к необходимости содержанию и обслуживанию дополнительного дорогостоящего оборудования.

Целью изобретения является разработка способа создания полей гамма-излучения различных энергий с использованием моноэнергетического источника для определения энергетической зависимости чувствительности дозиметрических приборов.

Решение задачи изобретения достигается за счет использования эффекта комптоновского рассеяния гамма-излучения, т.е. получения излучения с заданной энергией от одного моноэнергетического источника излучения при рассеянии гамма-квантов на экране из легких металлов. Применение легких металлов в качестве рассеивающего элемента обусловлено тем, что сечение фотоэлектрического поглощения есть быстро растущая функция атомного номера, а следовательно, при увеличении атомного номера элемента возрастает вклад фотоэлектического эффекта и наблюдается снижение интенсивности рассеянного излучения (Горшков, гамма-излучение тел).

Процесс рассеяния гамма-квантов описывается выражением, имеющим следующий вид [Горшков Г.В. Проникающие излучения радиоактивных источников [Текст]/ Г.В. Горшков - Л.: Наука, 1967. - 395 с.]:

$$hv=\frac{\mathrm{0,51}}{1+\frac{\mathrm{0,51}}{h{v}_0}-\cos \left(\theta \right)},(1)$$

где hv - энергия рассеянного излучения, МэВ;

hv₀ - энергия первоначального излучения, МэВ;

θ - угол между направлением распространения первичного и рассеянного излучений, рад.

Из представленной формулы следует, что энергия при рассеянии гамма-квантов зависит только от первоначальной энергии и от угла рассеяния (фиг.1).

На фиг.2 приведена зависимость энергии рассеянных фотонов от угла рассеяния для наиболее широко используемых при проведении испытаний радионуклидных источников гамма-излучения на основе ¹³⁷Cs.

Проведенные расчеты показывают, что с использованием источника излучения на основе ¹³⁷Cs возможно создание полей гамма-излучения с энергией рассеянных фотонов в диапазоне от 661 кэВ до 180 кэВ, а при использовании источника на основе ⁶⁰Со - от 1322 кэВ до 214 кэВ.

Существенной особенностью способа является возможность создавать поля гамма-излучения с разной энергией, используя единственный источник ионизирующего излучения за счет эффекта комптоновского рассеяния гамма-квантов от экрана из легких металлов. В основу способа положен алгоритм, который позволяет использовать только один радионуклидный источник моноэнергетического гамма-излучения с энергией гамма-квантов, равной верхней границы указанного диапазона энергий, при этом источник гамма-излучения помещают в стационарный коллиматор, узкий пучок первичного моноэнергетического гамма-излучения направляют на металлическую пластину, из рассеянного в прямом и обратном направлениях потока излучения с помощью подвижного коллиматора выделяют узкие пучки излучения, идущие из точки попадания первичного пучка на пластину и расположенные под углами к первичному пучку в диапазоне от 0 до 180 градусов, в каждом пучке определяют энергию гамма-квантов, измеряют мощность дозы образцовым прибором, а затем испытуемым прибором, на основе полученных результатов определяют отношения показаний испытуемого и образцового приборов при различных энергиях гамма-излучения и строят энергетическую зависимость чувствительности. Это позволит проводить исследования энергетической зависимости чувствительности в диапазоне энергий от 180 до 661 кэВ с любой дискретностью (фиг. 3).

Реализация заявленного способа «определения энергетической зависимости чувствительности измерителя мощности дозы (дозы) гамма-излучения с использованием одного моноэнергетического источника ионизирующего излучения» возможна на основе поверочной градуировочной установки с моноэнергетическим источником излучения, дополненной рассеивающим экраном.

В качестве прототипа технического устройства можно рассматривать установку УПГД-1. В указанном прототипе имеется возможность проведения исследований ЭЗЧ с использованием определенного набора источников ионизирующего излучения, которые последовательно загружаются в коллиматор для проведения измерений с заданной энергией, что существенно ограничивает возможность проведения исследований ЭЗЧ во всем энергетическом диапазоне исследуемого прибора.

Существенным отличием заявленного способа создания полей гамма- излучения различных энергий с использованием моноэнергетического источника для определения энергетической зависимости чувствительности дозиметрических приборов от способа, заложенного как в изделиях УПГД-1, так и в современных дозиметрических установках типа УДГ, является то, что он не требует набора источников ионизирующего излучения различных энергий, что устраняет основной недостаток по дискретности проведения исследований.

Предложенный способ создания полей гамма-излучения различных энергий с использованием моноэнергетического источника может быть использован для исследования характеристик дозиметрических приборов, в том числе и вновь разрабатываемых, и проведения их испытаний.

Способ определения энергетической зависимости чувствительности измерителя мощности дозы (дозы) гамма-излучения, основанный на определении отношения измеренного и действительного значений мощности дозы (дозы) при различной энергии гамма-излучения в диапазоне от 180 кэВ до 661 кэВ, при использовании источника излучения на основе цезия-137 и в диапазоне от 214 кэВ до 1322 кэВ, при использовании источника излучения на основе кобальта-60, отличающийся тем, что используется только один радионуклидный источник моноэнергетического гамма-излучения с энергией гамма-квантов, равной или большей верхней границы указанных диапазонов энергий, при этом источник гамма-излучения помещают в стационарный коллиматор, узкий пучок первичного моноэнергетического гамма-излучения направляют на металлическую пластину, из рассеянного в прямом и обратном направлениях потока излучения с помощью подвижного коллиматора выделяют узкие пучки излучения, идущие из точки попадания первичного пучка на пластину и расположенные под углами к первичному пучку в диапазоне от 0 до 180 градусов, в каждом пучке определяют энергию гамма- квантов, измеряют мощность дозы образцовым прибором, а затем испытуемым прибором, на основе полученных результатов определяют отношения показаний испытуемого и образцового приборов при различных энергиях гамма-излучения и строят энергетическую зависимость чувствительности.