Блок детектирования для измерения бетаи гамма-излучения

 

1. ВЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БЕТА И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий детектор излучения с входным окном, и расположенный перед ним съемный фильтр, отличающий-с я тем, что, с целью повышения точности измерения бета-излучения в присутствии гамма-излучения путем уменьшения дозовой чувствительности детектора к гамма-излучению в низкоэнергетической области, детектор излучения выполнен из сцинтиллирующего вещества с Zj^^ ^^зфФ воздуха, входное окно выполнено из материала с Z эфф >& 20, а съемный фильтр изготовлен из материала с 2з^ф^4^,6.2. Блок по п. 1, отличающий с я тем, что в качестве сцинтиллирующего вещества выбрана воздухоэквивалентная сцинтиллирующая пластмасса, содержащая 1,7^ дибромбензола, входное окно изготовлено из нержавеющей стали толщиной 20 мг/см , а в качестве материала съемного фильтра использован полиэтилен, приi(ЯИзобретение относится к дозиметрии ионизирую1чего излучения и может быть использовано при измерении мощности экспозиционной дозы (дозы )гамма-излучения, а также мощности поглощенной дозы (дозы) бета-излучения как в присутствии гаммаили бета-излучения, так и в их отсутствии.Известны дозиметрические приборы, предназначенные для измерения бета- . и гамма-излучений, принцип работы которых основан на измерении ионизации газа в чувствительном объеме детекторов таких приборов. Общим признаком этих приборов является то, чточем толщина Нсчфильтра.'^/ 2d(^p,сцинтиллятора где d ф - толщинаси,их блок детектирования содержит де- 'тектор, имеющий входное окно, позволяющее измерять Kak бета-, так и гамма-излучения. Для измерения только 'гаммаили только бета-излучения при их одновременном присутствии используется съемный фильтр, располагаемый перед "окном" и отсекающий_,менее проникающее бета-излучение и вклад бета- 'ИЛИ гамма-излучения определяют по разности показаний дозиметра при наличии фильтра и без него.Недостатком приборов с указанными выше' блоками детектирования является большая погрешность количественнойс» оо. •^N9 tC

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„837212 (51)5 С 01 Т 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВОДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHfIM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 2897607/18-25 (22) 21.03.80 (46) 07.04.90. Бюл. М 13 (72) М.И.Арсаев и М.ф.Лебедева (53) 621 ° 387.464(088.8) (56) Каталог фирмы СИА "Victoreen

Radiolagical Health Protection", 1978, раздел Radiation Survey Model

490.

Каталог фирмы СИА "Victoreen Radiological Health Protection", 1978, раздел Radiation Survey, Model

491 with РгоЪе Model 491-36.

Каталог фирмы СНА "Victoreen

Radiological Health Protection, 1978, раздел Radiation Survey Model 440 (прототип) . (54) (57) 1. БЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ БЕТА И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ, содержаций детектор излучения с входным окном, и расположенный перед ним съемный фильтр, о т л и ч а ю щ и йИзобретение относится к дозиметрии ионизирующего излучения и может быть использовано при измерении мощности экспозиционной дозы (дозы ) гамма-излучения, а также мощности поглощенной дозы (дозы) бета-излучения как в присутствии гамма- или бета-излучения, так и в их отсутствии.

Известны дозиметрические приборы, предназначенные для измерения бетаи гамма-излучений, принцип работы которых основан на измерении ионизации газа в чувствительном объеме детекторов таких приборов. Общим признаком этих приборов является то, что

2 с я тем, что, с целью повышения точности измерения бета-излучения в присутствии гамма-излучения путем уменьшения дозовой чувствительности детектора к гамма-излучению в ниэкоэнергетической области, детектор излучения выполнен из сцинтиллирующего вещества с Z 3фф =6 Z фф воздуха, входное окно выполнено из материала с

Z @ф 20, а съемный фильтр иэг6товлен из материала с Z ф ф 4, 6.

2. Блок по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве сцинтиллирующего вещества выбрана воздухоэквивалентная сцинтиллирующая пластмасса, содержащая 1,73 дибромбензола, входное окно изготовлено из нержавеющей стали толщиной 20 мг/см, а в качестве материала съемного фильтра использован полиэтилен, причем толщина h сцинтиллятора

h « ) 2d«, где d ф - толщина фильтра.

Ю их блок детектирования содержит детектор, имеюц|ий входное окно, поэво- © ляющее измерять как бета-, так и гамма-излучения. Для измерения только гамма- или только бета-излучения при их одновременном присутствии используется съемный фильтр, располагаемый перед "окном" и отсекающий,менее проникающее бета-излучение и вклад бета- или гамма-излучения определяют по разности показаний дозиметра при наличии фильтра и без него.

Недостатком приборов с указанными выше блоками детектирования является большая погрешность количественной оценки при измерении бета- и гаммаизлучения.

Действительно, для регистрирования бета-излучения низких энергий толщина стенки входного окна детектора долж5 на быть малой: (например, для энергий

100 кэВ = 20-30 мг/см ), а для отсекания бета-излучения максимальной энергии толщина съемного фильтра должна быть большей (1000-1500 мг/см для Е „, = 3000 кэВ). Это приводит к тому, что при регистрации гаммаизлучения с фильтром и без фильтра суц1ественно изменяется чувствительность блока детектирования к гаммаизлучению, особенно, в области малых значений энергий квантов.

Так, например, в дозиметрах, где в качестве детектора применяется счет- 0 чик Гейгера-Мюллера с тонкой стенкой входного окна, позволяющей -регистри" ровать бета-излучение относительно малых энергий имеет место большая зависимость чувствительности дозиметра при изменении энергий квантов регистрируемого гамма-излучения, которая резко меняется при проведении измерений с фильтром. Попытка уменьшить эту зависимость за счет увеличения

ЗО толщины стенки входного окна приводит к тому, что невозможно измерять бета-йзлучение малых энергий. В результате такой блок детектирования позволяет измерять бета-излучение в узком интервале энергий.

Из известных блоков детектирования, в которых регистрация бета- и гамма-излучения осуществляется c помощью проведения измерений с фильтром и без него наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является блок детектирования для измерения бета- и гаммаизлучений, содержащий детектор излучения с входным окном и расположенный перед ним съемйый фильтр, В нем детектором излучения является ионизационная камера. Входное окно такой камеры выполнено из тонкого органического материала, позволяюцее измерять бета-излучение начиная с 70 кэВ, а съемный Фильтр изготовлен из алюми- ния, обеспечивающий поглощение бетаизлучения с максимальной энергией

E „„= 2000 кэВ. Такой блок детекти- 55 рования измеряет гамма-излучение в диапазоне от 10 до 2000 кэВ, причем энергетическая зависимость при этом не превышает 253. Однако при использовании фильтра для отсекания бетаизлучения чувствительность дозиметра в низкоэнергетической области энергии гамма-излучения резко падает (например, для энергии 10 кэВ она падает более, чем в 50 раз). Это приводит к тому, что при наличии низкоэнергетического гамма-излучения и проведении измерений с фильтром и без фильтра изменение чувствительности ионизационной камеры к гамма-излучению может трактоваться как наличие бета-излучения и тем самым приводит к неправильной количественной оценке бета-излучения.

Цель изобретения - повышение точности измерения бета-излучения в присутствии гамма-излучения, путем уменьшения дозовой чувствительности детектора к- гамма-излучению в низкоэнергетической области.

Для достижения указанной цели в блоке детектирования, содержащем детектор излучения с входным окном и расположенный перед ним съемный фильтр, детсктор выполнен из ""öèHтиллирующего вещества с Z ф Z qy воздуха, входное окно -из материала с

Z << ) 20 а сменный фильтр изготовлен из материала с 4,б, а также тем, что в качестве сцинтиллирующего вещества выбрана воздухоэквивалентная сцинтиллирующая пластмасса, содержащая 1,7i дибромбензола, входное окно изготовлено из нержавеющей стали толщиной 20 мг/см, а в качестве материала съемного фильтра использован полиэтилен, причем толщина сцинтиллятора h ц ) 26<, где

Си, Й @ - толц1ина фильтра.

При этом следует принять во внимание, что детектор выполнен из сцин" тиллирующего вещества, причем материал его и толцина выбраны таким образом, чтобы обеспечить уменьшение дозовой чувствительности блока детектирования к гамма-излучению в низкоэнергетической области энергий, где оно существенно поглощается съемным фильтром (под дозовой чувствительностью понимают отношение изменения выходного сигнала детектора к вызываюц ему его изменению экспозиционной дозы гамма-излучения данной энергии).

Таким образом, в области энергий, где велико поглощение гамма-излучением съемным фильтром, сама дозовая

5. 837212 6

15 (E1h а (Е) (! — е 3 где (л а (Е), ма "(Е„) 40 ф 0 (л (Е), P (Е), счИ) — коэффициент ослабления гамма-излучения материалом фильтра, входного окна и сцинтиллято- 50 ра.

Нера венст во (1 ) хорошо выполняется для органических сцинтилляторов (Z << с Z,ô воздуха), у которых дозовая чувствительность падает при уменьшении кванта. Выбором толщины сцинтиллятора в соответствии с неравенствомм (1) можно существенно умень-, шить дозовую чувствительность сцинчувствительность сцинтиллятора к гамма-излучению мала., а для больших энергий гамма-излучение, для которы дозовая чувствительность велика, ослабление гамма-излучения фильтром мала. Это означает, что при одновременном присутствии бета- и гаммаизлучений, создающих равные дозные поля, изменение дозовой чувствительности сцинтиллятора к гамма-излучению при наличии и отсутствии съемного фильтра практически не скажется на результате измерения бета-излучения, так. как она, .в основном, будет определяться самим сцинтиллятором.

Для достижения этого толщина и материал сцинтиллятора должны быть .такими, чтобы выполнялось следующее неравенство во всей области энергий, имеющегося гамма-излучения:

ы (Е)р а (Е) рф(Е}ыф 1 qE с< (1-е )е с (E„I 1t

Ра (Е„,) C1 — е J - (Е„) 1, (g е .р (Е,„)/ а (Е ) соответственно истинный коэффициент поглощения гамма-излучения сцинтиллятором для энергии Е и максимальной энергии Е

Ф то же для воздуха; толщина сцинтиллятора, съемного Фильтра и входного окна;

35 тилляторов в области малых энергий квантов. Отметим, что неравенству (1) могут удовлетворять не только орган органические сцинтиллятора, но и

t сцинтиллятора с большим эффективное.

Однако, Z такого сцинтиллятора не должно йревышать Z фф воздуха, так как в противном случае дозовая чувствительность сцинтиллятора в области малых энергий будет расти и неравенство (1) практически не выполнимо.

Входное окно детектора изготовлено 3 материала с Z, >20. Это приво-, дит к тому, что дозовая чувствительность к гамма-излучению даже при малой толщине входного окна, необходимого для регистрации бета-излучения минимальной энергии будет дополнительно снижаться в низкоэнергетической области энергий.

При одной и той же толщине входного окна эффект уменьшения дозовой чувствительности будет тем больше, чем больше Z3 материала входного окна. На практике выбор материала входного окна определяется возможностью получения тонких, достаточно прочных и не пропускающих свет Фольг из таких материалов. Подходящим материалом является, например, нержавеющая сталь (Z,ô = 26), из которой можно изготовить тонкие, не пропуска. юцие свет фольги, толщиной 20

40 мг/см

При использовании для входного окна материалов с большим Z 34, одновременно достигается еще один положительный эффект снижение величины минимальной энергии регистрируемого, бета-излучения, так как при равной толщине входного окна (в мг/см ) ослабление бета-излучения будет тем меньше, чем больше Z фф материала входного окна 4. Например, пробег бета-частиц с энергией О,1 МэВ в золоте (Z = 79) в два раза больше, чем в полистироле (Е фф = 5,4).

Съемный фильтр, отсекающий бетаизлучение, напротив, изготовлен из материала максимально ослабляющий бета-излучение и минимально ослабляющий гамма-излучение. Это обеспечивает минимальное изменение дозовой чувствительности блока детектирования к гамма-излучению при наличии и отсутствии съемного фильтра, толщина

837212 которого берется та кой, .чтобы погло- тить бета-излучение заданной максимальной энергии. Наилучшим с этой точки зрения являются материалы имею5 щие малое Z <> например полиэтилен.

На фиг. 1 показан блок детектирования дозиметра, содержащий детектор из сцинтиллирующего вещества 1 с рходным окном 2 и расположенным перед 10 зим съемным фильтром 3. Для измерения бета-излучения съемный фильтр снимается, позволяя тем, самым прони кать бета-частицами через тонкое входное окно и попадать на сцинтилI лятор, если при этом имеется и гаммаизлучение, то оно также регистрируется сцинтиллятором. Затем съемный фильтр надевается и производится новое измерение, по разнице показаний

20 с фильтром и без него судят о наличии бета-излучения.

Толщина входного окна определяется, как уже говорилось выше, возможностью получения тонких, не пропус-2q кающих свет фольr, Е, которых больше 20. Оптимальной является фольга из нержавеющей стали толщиной 20 мг/см .

Толщина съемного фильтра определяется заданной максимальйой энергией бетаизлучения. C практической точки зрения подходящим материалом для фильтра является полиэтилен. При заданных толщинах входного окна и съемного фильтра, толщина и материал сцинтиллятора определяется из требования получения заданной энергетической зависимости дозовой чувствительности к гамма-излучению, обеспечивающей выполнение неравенства (1) .

В каждой конкретной задаче требо" вания к погрешности показаний блока детектирования при наличии и отсутствии съемного фильтра разные, поэтому неравенство (1) целесообразно пере45 писать в следующем виде:

Cu(Eth (1 — е )ра (Е р (Е)р а * (Е),Р <Е )ра (Е ) (1 — e )ра (Е сц(е„l сц (2)

-Р (E)d СР (E )-р (E)j х(1 — е ) . .е (Mi где М ((1 и ее значения выбираются из требования получения необходимой точности измерений.

В большинстве практических задач дозиметрии требования получали точностью около 15, M 0,15) является вполне достаточным, а для получения хорошей энергетической зависимости дозой чувствительности в широкой области энергий квантов желательно использование воздухоэквивалентных сцинтилляторов.

В этих случаях. и для реально достигаемых толщин входного окна из нержавеющей стали (20 мг/см 1 и материала входного окна из полиэтилена уравнение (2) принимает вид: сц (E)11 сц

«+t — е 3 р (E„) р (Е} (1 — е (" 1 1 (3) -Р (Hd„, -о, (р ц(E„)-Ð (Б з () где р (Е), V (Е,„) „y" (Е), р" "(Е ) массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения в стали и полиэтилене для энергии Е и Е „ ; 0,02 (см ) толщина входного окна из нержавеющей (г) стали см

Уравнение (3) относительно h .решается только численно, однакo oHQ всегда выполняется, если (4) h ) 2с1

Таким образом, выбор толщины воздухоэквивалентного сцинтиллятора определяется толщиной используемого съемного фильтра, которая в свою очередь, определяется максимальной энергией регистрируемого бета-излучения.

Экспериментальные исследования предложенного устройства были осуществлены на сцинтилляционном счетчике с толщиной входного окна из т нержавеющей стали 20 мг/см, толщиной съемного фильтра из полиэтилена равной 1000 мг/см . В качестве детектора. излучения был выбран воздухоэквивалентный сцинтиллятор, на бснове .сцинтиллирующей полистирольной пластмассы, выдержащий 1,7i дибромбензола.

8 соответствии с уравнением (4) тол837? 12 щина сцинтиллятора была взята равной

2,5 г/см (диаметром 40 мм).

Необходимо отметить, что диаметр сцинтиллятора при падении излучения перпендикулярно торцовой плоскости

5 сцинтиллятора практически не влияет на результаты измерений.

На фиг. 2 представлены дозовые чувствительности такого сцинтилляци10 онного счетчика с фильтром и без фильтра в зависимости от энергии гамма-излучения (чувствительность счетчика для энергии Со взята за единицу) .

Для сравнения на этом же рисунке представлены дозовые чувствительности блока детектирования на основе ионизационной каме ы.

Как видно из фиг. 2, изменение чувствительности предложенного блока детектирования к гамма-излучению при наличии и отсутствии фильтра существенно меньше, чем для ионизационной камеры, что иллюстрируется дополнительной таблицей; где представлены разность показаний сравниваемых блоков детектирования при наличии .и отсутствии фильтра.

Предлагаемый блок детектирования кэВ

Ионизационная камера

Как видно из таблицы, при мощности дозы гамма-излучения равной 1, 00 максимальная погрешность, обусловленная измерением дозовой чувствительности блока детектирования к гаммаизлучению при наличии и отсутствии фильтра, для предполагаемого блока детектирования не превышает 169. а для аналога 1003, т.е. достигается повышение точности измерений более, чем в 6 раз.

80-;

1250

1,00

0,67

0,4

0,23

0,19

0,14

0,07

0,04

0,01

0,001

0,05

0,14

0,16

0,16

0,12

0,07

0,04

0,01

837212

4ЬР

Редактор Л.Письман

Заказ 1690

Тираж 357

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открь1тиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ЮЯ

Од

Р,7 д

Соста витель Б. Рахма нов

Техред А.Кравчук Корректор Н.Король