Способ калибровки сцинтилляционного детектора излучения

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам корректировки и стабилизации измерительных параметров сцинтилляционных детекторов ионизирующих излучений (СДИ). Способ включает корректировку чувствительности СДИ к определенному виду излучения до требуемого значения через изменение напряжения питания фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), позволяющих установить оптимальный режим работы, для чего осуществляют облучение СДИ эталонным ионизирующим источником излучения, который размещают на определенном расстоянии от СДИ, зависящем от вида излучения и требуемого значения чувствительности, и регистрируют число электрических импульсов в единицу времени при разных значениях напряжения и неизменном числе фотонов, падающих на фотокатод ФЭУ, в процессе обработки результатов измерений подбирают напряжение, при котором за единицу времени число зарегистрированных электрических импульсов соответствует требуемому значению чувствительности, при этом в качестве регистрирующей аппаратуры применяют цифровой осциллограф, запуск которого на сбор результатов измерений, считывание результатов и последующую их обработку осуществляют в автоматизированном режиме с помощью управляющего компьютера, программное обеспечение которого позволяет установить оптимальное количество циклов регистрации для обеспечения требуемой чувствительности с отклонением не более ±10%. Технический результат – повышение точности настройки СДИ. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам корректировки и стабилизации измерительных параметров сцинтилляционных детекторов ионизирующих излучений.

Нестабильность измерительных параметров сцинтилляционных детекторов [органический кристаллический сцинтиллятор - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)] обусловлена влиянием таких факторов, как изменение температуры окружающей среды, технических параметров элементов электронных схем, и является одной из основных причин появления погрешности регистрации ионизирующего излучения сцинтилляционным детектором.

Известен способ калибровки сцинтилляционного детектора излучения [патент RU 2056639, публик. 20.03.1996], заключающийся в корректировке его эффективности до значения 99,33% через изменение напряжения питания, подаваемого на ФЭУ. Для этого осуществляют облучение калибруемого сцинтилляционного детектора эталонным источником света. Эффективность сцинтилляционного детектора - это отношение поглощенной в объеме детектора энергии к падающей на поверхность входного окна. Эффективность показывает, какая доля энергии излучения поглощается в рабочем объеме детектора. Эффективность определяют по количеству фотонов, достигших фотокатода ФЭУ. Для достижения указанной эффективности регистрации необходимо, чтобы порог формирователя не обрезал низкоамплитудную часть спектра, теряя при этом эффективность, что достигается увеличением коэффициента усиления ФЭУ при повышении напряжения. Следовательно, задача сводится к тому, чтобы, подавая на ФЭУ с помощью светодиода количество света, эквивалентное приходящему от дальнего конца сцинтиллятора, увеличивать напряжение на ФЭУ до тех пор, пока формирователь не начнет формировать 99,33% этих сигналов.

Недостатком известного способа является сложность предлагаемой схемы для настройки детектора на указанную эффективность, также отсутствует наглядность регистрируемой информации, т.к. применяются пересчетки.

Известен другой способ калибровки сцинтилляционного детектора излучения, выбранный в качеств ближайшего аналога (Ляпидевский В.К. Сцинтилляцонный метод детектирования излучений. М.: изд-во МИФИ 1981, с. 76-80), основанный на определении счетной характеристики сцинтилляционного детектора с использованием радио-нуклидного источника, соответствующего государственным или международным стандартам, и выбора на этой основе напряжения питания, позволяющего установить оптимальный режим работы ФЭУ. Счетной характеристикой сцинтилляционного детектора называют зависимость скорости счета, т.е. числа зарегистрированных импульсов в единицу времени, от напряжения на ФЭУ. Способ заключается в корректировке счетной характеристики сцинтилляционного детектора через изменение напряжения питания ФЭУ. Для этого облучают калибруемый сцинтилляционный детектор эталонным ионизирующим источником излучения и регистрируют число электрических импульсов в единицу времени при разных значениях напряжения и неизменном числе фотонов, падающих на фотокатод ФЭУ. При напряжении питания, превышающем некоторое значение, наблюдается резкое увеличение скорости счета импульсов, которое вызывается увеличением обратной связи и возникновением автоэлектронной эмиссии. Счетная характеристика ФЭУ имеет более или менее выраженный подъем, обусловленный регистрацией термоэлектронов, эмитируемых с динодов. В процессе обработки результатов измерений строят зависимость шумовых импульсов от напряжения питания, по которой можно судить о качестве ФЭУ. Для ФЭУ хорошего качества счетная характеристика для шумовых импульсов имеет форму кривой с плато. Счетная характеристика ФЭУ плохого качества является монотонно возрастающей кривой и не имеет плато. Далее строят амплитудное распределение электронных импульсов для различных участков счетной характеристики ФЭУ хорошего качества. Каждому участку счетной характеристики соответствуют свои амплитудные распределения (экспоненциальное, пуассоновское, спадающее). На этой основе подбирают напряжение, при котором за единицу времени число зарегистрированных электрических импульсов соответствует требуемому значению.

Недостатком данного способа является увеличение погрешности измерения счетной характеристики при крайних значениях диапазона напряжения питания ФЭУ (1 кВ и 2,5 кВ соответственно). При напряжении 1 кВ недостаточно усиления системы для того, чтобы регистрировать каждый электрон, поступивший на первый динод. При напряжении питания 2,5 кВ увеличивается вероятность наложения во времени отдельных импульсов, возникают просчеты.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности настройки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе калибровки сцинтилляционного детектора излучения, заключающемся в корректировке его параметра до требуемого значения через изменение напряжения питания фотоэлектронного умножителя, позволяющего установить оптимальный режим работы фотоэлектронного умножителя, для чего осуществляют облучение калибруемого сцинтилляционного детектора эталонным ионизирующим источником излучения и регистрируют число электрических импульсов в единицу времени при разных значениях напряжения и неизменном числе фотонов, падающих на фотокатод фотоэлектронного умножителя, в процессе обработки результатов измерений подбирают напряжение, при котором за единицу времени число зарегистрированных электрических импульсов соответствует требуемому значению корректируемого параметра, новым является то, что эталонный ионизирующий источник излучения размещают на определенном расстоянии от калибруемого сцинтилляционного детектора, зависящем от вида излучения и требуемого значения корректируемого параметра, в качестве которого выбирают чувствительность калибруемого сцинтилляционного детектора к определенному виду излучения, в качестве регистрирующей аппаратуры применяют цифровой осциллограф, запуск которого на сбор результатов измерений, считывание результатов и последующую их обработку осуществляют в автоматизированном режиме с помощью управляющего компьютера, программное обеспечение которого позволяет установить оптимальное количество циклов регистрации для обеспечения требуемой чувствительности с отклонением не более ±10%.

Размещение эталонного ионизирующего источника излучения на определенном расстоянии от калибруемого сцинтилляционного детектора, зависящем от вида излучения и требуемого значения корректируемого параметра, позволяет настроить детектор на заданную чувствительность к требуемому виду излучения более точно, т.к. можно подобрать расстояние, обеспечивающее исключение насыщения электрическими импульсами осциллограммы, получаемой с детектора излучения.

Чувствительность определяют как отношение изменения скорости счета к изменению потока частиц в том месте, где размещен детектор. Выбор в качестве корректируемого параметра чувствительности сцинтилляционного детектора связан с необходимостью регистрации широкого диапазона излучения разных видов (гамма-излучение, нейтронное излучение), при этом не требуется аппаратура высокого временного разрешения. Следует также отметить, что определение чувствительности в реальных условиях использования (полевые или прочие условия), оказывает существенное влияние на точность калибровки.

Применение в качестве регистрирующей аппаратуры цифрового осциллографа, запуск которого на сбор результатов измерений, считывание результатов и последующую их обработку осуществляют в автоматизированном режиме с помощью управляющего компьютера, позволяет повысить точность настройки, сократить трудоемкость, исключить влияние субъективных факторов на результаты обработки. При этом в состав средств обработки данных включен компьютер, который можно выполнить в виде внешнего блока управления (например, ПЭВМ). Автоматизированный режим позволяет увеличить количество циклов регистрации, установив их оптимальное количество, чтобы обеспечить заданную чувствительность с отклонением не более ±10%.

На фиг. схематично представлено устройство для калибровки сцинтилляционного детектора излучения, где: 1 - источник излучения; 2 - сцинтилляционный детектор (сцинтиллятор и ФЭУ); 3 - кабельная линия; 4 - цифровой осциллограф; 5 - управляющий компьютер.

Примером конкретного выполнения устройства, позволяющего осуществить заявляемый способ, может служить устройство для калибровки сцинтилляционного детектора излучения (СДИ) на заданную чувствительность к нейтронному излучению. СДИ состоит из сцинтиллятора (полистирол с добавками n-терфинила и РОРОР) и ФЭУ, обеспечивающего электрические импульсы, находящиеся в известной связи с интенсивностью света, вырабатываемого сцинтиллятором. Устройство включает источник гамма-излучения закрытый с радионуклидом С_О⁶⁰, который устанавливается на расстоянии 1 м, высоковольтный блок питания, кабельную линию связи, по которой детектор соединен с цифровым осциллографом Agilent DSO6014L. управляющий компьютер со специальным программно-математическим обеспечением.

Способ калибровки сцинтилляционного детектора излучения заключается в следующем.

После размещения СДИ 2 на определенном расстоянии от источника излучения 1 осуществляют настройку цифрового осциллографа на требуемый диапазон регистрации (напряжение, мВ; время, мкс). Настройку осуществляют с помощью специально созданного программного математического обеспечения ПЭВМ 5. При облучении сцинтиллятора СДИ 2 источником излучения 1 регистрируют число электрических импульсов в единицу времени при подаче напряжения разной величины на ФЭУ СДИ 2. Диапазон подаваемого напряжения составил 1,3-1,8 кВ при неизменном числе фотонов (активность радионуклида С_О⁶⁰ в источнике 4,3*10⁷ Бк). Электрические импульсы по кабельной линии 3 поступают на цифровой осциллограф 4, запуск которого на сбор информации, считывание информации и ее последующая математическая обработка осуществляется в автоматизированном режиме с помощью ПЭВМ, программно-математическое обеспечение которого позволяет это воспроизвести. Было получено 200 осциллограмм за требуемый интервал времени (сотни мкс). При указанном диапазоне напряжений было зарегистрировано от 3 до 8 электрических импульсов. Было выбрано напряжение 1,5 кВ, которое соответствует 5 импульсам за требуемый интервал времени. Такому количеству импульсов соответствует требуемая чувствительность детектора к нейтронному излучению с отклонением не более ±10%.

Т.о. обеспечивается автоматическая настройка сцинтилляционного детектора на заданную чувствительность с минимально возможным отклонением.

Способ калибровки сцинтилляционного детектора излучения, заключающийся в корректировке его параметров до требуемого значения через изменение напряжения питания фотоэлектронного умножителя, позволяющих установить оптимальный режим работы фотоэлектронного умножителя, для чего осуществляют облучение калибруемого сцинтилляционного детектора ионизирующим источником излучения и регистрируют число электрических импульсов в единицу времени при разных значениях напряжения и неизменном числе фотонов, падающих на фотокатод фотоэлектронного умножителя, в процессе обработки результатов измерений подбирают напряжение, при котором за единицу времени число зарегистрированных электрических импульсов соответствует требуемому значению корректируемого параметра, отличающийся тем, что ионизирующий источник излучения размещают на определенном расстоянии от калибруемого сцинтилляционного детектора, зависящем от вида излучения и требуемого значения корректируемого параметра, в качестве которого выбирают чувствительность калибруемого сцинтилляционного детектора к определенному виду излучения, в качестве регистрирующей аппаратуры применяют цифровой осциллограф, запуск которого на сбор результатов измерений, считывание результатов и последующую их обработку осуществляют в автоматизированном режиме с помощью управляющего компьютера, программное обеспечение которого позволяет установить оптимальное количество циклов регистрации для обеспечения требуемой чувствительности с отклонением не более ±10%.