Способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для использования при разработке источников тормозного излучения на основе ускорителей электронов и при контроле их параметров при использовании в дефектоскопии и промышленной томографии толстостенных объектов. Технический результат - упрощение определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя. Способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя включает многократное облучение щелевого коллиматора с постоянным размером щели и детектора за ним тормозным излучением из мишени ускорителя при разных расстояниях между мишенью ускорителя и коллиматором, измерение детектором распределений дозы тормозного излучения за коллиматором в зависимости от координат и определение размера фокусного пятна по распределениям дозы в зависимости от расстояния между мишенью и коллиматором. 3 ил.

 

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для использования при разработке источников тормозного излучения на основе ускорителей электронов и при контроле их параметров при использовании в дефектоскопии и промышленной томографии толстостенных объектов.

Известен способ определения размера фокусного пятна источника тормозного излучения [SU 313185 A1, МПК6 H01J35/14, опубл. 31.08.1971], который включает облучение тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из яжелого металла с калиброванной щелью между ними, и детектора в виде рентгеновской пленки, установленного за щелью на расстоянии не менее 500 мм, вращение калиброванной щели с помощью электродвигателя во время экспозиции, измерение распределения дозы тормозного излучения в детекторе в зависимости от координат и определение размера фокусного пятна по распределению дозы тормозного излучения в детекторе в зависимости от координат.

Известен способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя [В. Б. Сорокин. Исследование метода определения размера фокусного пятна тормозного излучения с использованием щелевого коллиматора // Приборы и техника эксперимента, 2020. № 1. С. 10-17. https://doi.org/10.1134/S0032816219060247], взятый за прототип, который включает многократное облучение пучком тормозного излучения из мишени ускорителя щелевого коллиматора и детектора за ним на оси пучка при постоянном при всех облучениях расстоянии L между мишенью и щелевым коллиматором. При каждом i-том облучении, где i = 1, 2, 3, …, измеряют распределение дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении при размере щели коллиматора t_i, и расстоянии S_i между щелевым коллиматором и детектором. Полученные распределения доз аппроксимируют гауссовыми распределениями, определяют полную ширину каждого распределения дозы на половине высоты FWHM_i, которую приводят к FWHM_i*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и щелевым коллиматором и между щелевым коллиматором и детектором по формуле:

FWHM_i^* = FWHM_i ⋅ (L + h/2) / (S_i + h/2),

где L - расстояние от мишени до коллиматора, мм;

S_i - расстояние от коллиматора до детектора, мм;

h - длина коллиматора, мм.

Строят зависимость FWHM_i* от t_i, которую аппроксимируют аналитической функцией FWHM*(t), определяют зависимость производной d(FWHM*(t))/dt от t, из которых определяют значение функции FWHM*(t_f), равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени при размере щели t_f, соответствующем минимуму зависимости производной d(FWHM*(t))/dt от t.

Однако реализация этого способа требует использования либо набора коллиматоров со щелями разных размеров, либо специального коллиматора с регулируемым с высокой точностью размером щели.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение определения размера фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени ускорителя.

Предложенный способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени ускорителя, так же как в прототипе, включает многократное облучение пучком тормозного излучения из мишени ускорителя щелевого коллиматора и детектора за ним на оси пучка, при каждом i-том облучении, где i = 1, 2, 3, …, измерение распределения дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении, аппроксимирование гауссовыми распределениями полученных распределений доз, определение полной ширины каждого распределения дозы на половине высоты FWHM_i, которую приводят к FWHM_i*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и щелевым коллиматором и между щелевым коллиматором и детектором.

Согласно изобретению облучения проводят при постоянном размере щели коллиматора при разных расстояниях L_i между мишенью и щелевым коллиматором. FWHM_i приводят к FWHM_i* по формуле:

FWHM_i^* = FWHM_i ⋅ (L_i + h/2) / (S_i + h/2),

где L_i - расстояние от мишени до коллиматора, мм;

S_i - расстояние от коллиматора до детектора, мм;

h - длина коллиматора, мм.

Строят зависимость FWHM_i* от L_i, аппроксимируют зависимость аналитической функцией FWHM*(L), определяют зависимость производной d(FWHM*(L))/dL от расстояния L, из которых определяют равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени значение функции FWHM*(L_f) при расстоянии L_f, соответствующем минимуму зависимости производной d(FWHM*(L))/dL от L.

Таким образом настоящее изобретение реализуют использованием коллиматора с фиксированным размером щели без набора коллиматоров с щелями разных размеров или специального коллиматора с регулируемым с большой точностью размером щели.

На фиг. 1 показана схема реализации способа определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя.

На фиг. 2 показано распределение дозы в детекторе при одном из расстояний L_i между мишенью и коллиматором и его нормальная аппроксимация.

На фиг. 3 показана зависимость пересчитанной к одинаковым расстояниям между мишенью и коллиматором и между коллиматором и детектором FWHM_i* от расстояния L_i между мишенью и коллиматором, ее аналитическая аппроксимация FWHM*(L) и зависимость производной d(FWHM*(L))/dL от L.

При определении размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя - бетатрона (фиг. 1), плоскость симметрии щели коллиматора 1 с размером щели, равном 0,7 мм, и длиной h = 30 мм, совместили с осью пучка тормозного излучения и установили на стандартном устройстве перемещения - на оптической скамье 2 на расстоянии
L_i=1 = 350 мм от мишени 3. На расстоянии S_i=1=400 мм от коллиматора 1 установили в нормальном к оси пучка направлении X детектор тормозного излучения 4 X-SCAN LINEAR-ARRAY DETECTOR X-Scan M01, подключенный к компьютеру 5 (ПК). Облучали тормозным излучением коллиматор 1 и детектор 4 и передавали в память компьютера 5 измеренное распределение дозы D в детекторе 4 вдоль нормального к оси пучка направления Х и параметры, при которых выполнено измерение: расстояние S_i=1, длину коллиматора h, и расстояние между мишенью и коллиматором L_i=1.

Расстояние S_i=1 выбирали исходя из размеров детектора и статистической погрешности измерения распределения дозы в детекторе.

Затем по оптической скамье 2 перемещали коллиматор 1 последовательно на различные расстояния L_i, где i = 1, 2, 3, …, от мишени 3 и устанавливали детектор 4 на расстояниях S_i. При каждом расстоянии Li облучали коллиматор 1 и детектор 4 и передавали в память компьютера распределение дозы и соответствующие параметры: L_i, S_i, h.

Используя программный пакет OriginPro, обрабатывали сохраненные в памяти компьютера распределения: аппроксимировали их гауссовыми распределениями с определением FWHM_i (фиг. 2). Пересчитывали FWHM_i, соответствующие неравным расстояниям между мишенью 3 и коллиматором 1 и между коллиматором 1 и детектором 4, к FWHM_i^*, соответствующим равным расстояниям между мишенью 3 и коллиматором 1 и между коллиматором 1 и детектором 4, по формуле:

FWHM_i^* = FWHM_i ⋅ (L_i +h/2)/(S_i+h/2),

где L_i - расстояние от мишени 3 до коллиматора 1, мм;

S_i - расстояние от коллиматора 1 до детектора 4, мм;

h - длина коллиматора 1, мм.

Полученное дискретное соответствие между FWHM_i^* и L_i (фиг. 3) аппроксимировали аналитической функцией FWHM^*(L). Аналитическую функцию FWHM^*(L) дифференцировали по L и определили расстояние L_f, соответствующее минимуму зависимости производной ( (FWHM^*(L))/d L) от L.

Значение аналитической функции FWHM^*(L_f) принимали равной размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени FWHMγ, то есть
FWHMγ = FWHM^*(L_f).

Определение размера фокусного пятна в плоскости ускорения бетатрона на 4 МэВ предложенным способом дало значение FWHMγ = 0,358 мм (фиг. 3), что практически равно размеру 0,36 мм, полученному при реализации способа-прототипа.

Способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя, включающий многократное облучение пучком тормозного излучения из мишени ускорителя щелевого коллиматора и детектора за ним на оси пучка, при каждом i-м облучении измерение распределения дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении, аппроксимирование гауссовыми распределениями полученных распределений доз, определение полной ширины каждого распределения дозы на половине высоты FWHM_i, приведение FWHM_i к FWHM_i*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и щелевым коллиматором и между щелевым коллиматором и детектором, отличающийся тем, что облучения проводят при постоянном размере щели коллиматора при разных расстояниях L_i между мишенью и щелевым коллиматором, FWHM_i приводят к FWHM_i* по формуле:

FWHM_i^* = FWHM_i ⋅ (L_i + h/2) / (S_i + h/2),

где L_i - расстояние от мишени до коллиматора, мм;

S_i - расстояние от коллиматора до детектора, мм;

h - длина коллиматора, мм,

строят зависимость FWHM_i* от L_i, аппроксимируют зависимость аналитической функцией FWHM*(L), определяют зависимость производной d(FWHM*(L))/dL от расстояния L, из которых определяют равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени значение функции FWHM*(L_f) при расстоянии L_f, соответствующем минимуму зависимости производной d(FWHM*(L))/dL от L.