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 процедуры определения размера фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени ускорителя. Способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя включает многократное облучение коллиматора, состоящего из секций c одинаковыми диаметрами апертур и детектора за ним тормозным излучением из мишени ускорителя при постоянном расстоянии 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 длины коллиматора. 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 тяжелого 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, Е. Л. Маликов. Определение размера фокусного пятна тормозного излучения бетатрона с использованием коллиматоров. Приборы и техника эксперимента, 2021, №3, с.138-146], взятый за прототип. Этот способ включает многократное облучение пучком тормозного излучения из мишени ускорителя коллиматоров и детектора за ними на оси пучка. При каждом i-том облучении, где i=1, 2, 3, …, измеряют распределения дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении c использованием коллиматоров одинаковой длины с разными диаметрами апертур D_i при постоянном расстоянии L между мишенью и коллиматорами и расстоянии S_i между 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 коллиматором и между 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 диаметра апертуры D_i, аппроксимируют эту зависимость аналитической функцией FWHM*(D), определяют зависимость производной d(FWHM*(D))/dD от D, из которых определяют равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени значение функции FWHM*(D_f) при диаметре апертуры D_f, соответствующем минимуму зависимости производной d(FWHM*(D))/dD от D.

Реализация этого способа требует использования набора коллиматоров с разными диаметрами апертур.

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

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, измерение распределения дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении при каждом i-том облучении, где i=1, 2, 3, …, 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 коллиматором и между коллиматором и детектором.

Согласно изобретению облучения проводят при использовании коллиматора, состоящего из j секций с толщинами t_j, где j=1, 2, 3, …, и c одинаковыми диаметрами апертур. FWHM_i приводят к FWHM_i* по формуле:

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

где L - расстояние от мишени до коллиматора, мм;

S_i - расстояние от коллиматора до детектора, мм;

₌ - длина коллиматора при i-том облучении, мм;

t_j - толщина секции коллиматора;

k - количество секций коллиматора.

Затем строят зависимость FWHM_i* от h_i, которую аппроксимируют аналитической функцией FWHM*(h), определяют зависимость производной d(FWHM*(h))/dh от длины коллиматора h, из которых определяют равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени значение функции FWHM*(h_f) при длине коллиматора h_f, соответствующей максимуму зависимости производной d(FWHM*(h))/dh от h.

Настоящее изобретение реализуется при использовании коллиматора, состоящего из тонких секций с одинаковыми диаметрами апертур, изготовление которых проще, чем коллиматоров большой длины с разными диаметрами апертур.

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

На фиг.2 показано распределения дозы в детекторе при одной из длин коллиматора hi 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 длины коллиматора h_i, ее аналитическая аппроксимация FWHM*(h) и зависимость производной d(FWHM*(h))/dh от h.

При определении размера фокусного пятна тормозного излучения бетатрона использовали коллиматор 1, состоящий из k=17 секций с одинаковыми диаметрами апертур, равными 0,25 мм, и c равными толщинами =5,1 мм (фиг.1).

Установили коллиматор 1 на оптической скамье 2 на расстоянии L=350 мм от мишени 3 и совместили ось симметрии апертуры коллиматора 1 с осью пучка тормозного излучения. На расстоянии S_i=1=550 мм от коллиматора 1 установили в нормальном к оси пучка направлении X детектор 4 тормозного излучения X-SCAN LINEAR-ARRAY DETECTOR X-Scan M01, подключенный к компьютеру 5 (ПК).

Первый раз (i=1) облучили тормозным излучением коллиматор 1 и детектор 4 и передали в память компьютера 5 (ПК) измеренное распределение дозы Dz в детекторе 4 вдоль нормального к оси пучка направления Х и параметры, при которых выполнено измерение: расстояние L=350 мм, расстояние S_i=1=550 мм и длину коллиматора ₌85 мм.

Затем последовательно уменьшали длину коллиматора 1 за счет уменьшения количества составляющих его секций, устанавливали детектор 4 на расстояниях S_i. При каждой длине коллиматора 1 ₌ проводили i - тое облучение коллиматора 1 и детектора 4 и передавали в память компьютера 5 (ПК) распределение дозы и соответствующие параметры: L, S_i, h_i, i.

Используя программный пакет OriginPro, обрабатывали сохраненные в памяти компьютера 5 (ПК) распределения доз тормозного излучения: 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+_/ 2) / (S_i+_/ 2).

Полученное дискретное соответствие между FWHM_i^* и h_i (фиг.3) аппроксимировали аналитической функцией FWHM^*(h). Аналитическую функцию FWHM^*(h) дифференцировали по h и определили длину коллиматора h_f, соответствующую максимуму зависимости производной ( (FWHM^*(h))/d h) от h.

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

Определение размера фокусного пятна в плоскости ускорения бетатрона на 4 МэВ предложенным способом с использованием 17 секций коллиматора 1 с диаметром апертур 0,25 мм дало значение FWHMγ=0,47 мм (фиг.3), что практически равно размеру, равному 0,49 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-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, приведение FWHM_i к FWHM_i*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и коллиматором и между коллиматором и детектором, отличающийся тем, что облучения проводят, используя коллиматор, состоящий из j секций с толщинами t_j, где j = 1, 2, 3,…., и c одинаковыми диаметрами апертур, приведение FWHM_i к FWHM_i* проводят по формуле

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

где L – расстояние от мишени до коллиматора, мм;

S_i – расстояние от коллиматора до детектора, мм;

= – длина коллиматора при i-том облучении, мм;

t_j – толщина секции коллиматора;

k – количество секций коллиматора,

затем строят зависимость FWHM_i* от h_i, аппроксимируют эту зависимость аналитической функцией FWHM*(h), определяют зависимость производной d(FWHM*(h))/dh от длины коллиматора h, из которых определяют значение функции FWHM*(h_f), равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени при длине коллиматора h_f, соответствующей максимуму зависимости производной d(FWHM*(h))/dh от h.