eng
Выпуск #1/2009
М. Прокуронов, П. Руднев.
Идентификация нейтронов и гамма-квантов на основе цифровых методов
Идентификация нейтронов и гамма-квантов на основе цифровых методов
Просмотры: 3609
Планы развития ядерной энергетики в России предусматривают значительное увеличение числа атомных станций. Получат дальнейшее развитие реакторы на быстрых нейтронах и исследования в области термоядерного синтеза. Чтобы успешно реализовать эти планы, необходимо развивать ядерно-физическое приборостроение и, в первую очередь, создать новое поколение спектрометрической и дозиметрической аппаратуры. Авторы предлагают новый подход к созданию дозиметрических приборов, основанный на цифровых методах регистрации и обработки сигналов детекторов ионизирующих излучений. Применение цифровых методов должно существенно расширить возможности и повысить точность дозиметрической аппаратуры. Уже разработан и успешно прошел испытания прибор, в котором реализован такой подход.
Задача радиационного контроля заключается в измерении спектра нейтронов и гамма-квантов, из которых состоит поток ионизирующего излучения, а также в определении эквивалентной дозы и мощности эквивалентной дозы для каждого вида частиц. Сложность этой задачи связана, в частности, с тем, что в потоке ионизирующего излучения обычно присутствуют одновременно и нейтроны, и гамма-кванты – такие потоки называют смешанными полями. Сигналы детекторов излучения, вызванные различными типами частиц в смешанных полях, часто трудно различить.
Решить эту задачу можно на основе цифровых методов регистрации и обработки информации. Цифровые методы обработки сигналов детекторов ионизирующего излучения начали разрабатывать уже давно [1]. Однако только в последнее время, с появлением высокопроизводительных электронных устройств – аналого-цифровых преобразователей (АЦП), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), микропроцессоров, стало возможным эффективное применение этих методов в устройствах измерения сигналов.
При использовании цифровых методов измерения параметров ионизирующего излучения токовый импульс, возникающий в анодной цепи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) при регистрации сцинтилляций, преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП. Затем полученный цифровой массив подвергается процедуре идентификации.
Лучшие результаты дают методы идентификации нейтронов и гамма-квантов по форме сцинтилляционного импульса [1]. Они основаны на том, что для органических монокристаллов (стильбен, паратерфинил) и жидких сцинтилляторов форма импульсов радиолюминесценции характеризуется наличием двух компонент, высвечивание которых затухает в е раз за время порядка τ1 ≈ 5 нс и τ2 ≈ 300 нс соответственно (рис.1). По оси ординат на рис.1 отложена величина
.......
IA (ti) = A(ti)/ A(ti),
где A(ti) – анодный ток детектора (величина заряда, создаваемого в анодной цепи ФЭУ за время ∆ti = ti - ti-1= 1 нс), N – число временных интервалов. Быстрая компонента слабо зависит от типа регистрируемых частиц. Форма и интенсивность медленной компоненты существенно зависят от типа регистрируемых частиц. При этом соотношение между зарядом от быстрой компоненты и полным зарядом на выходе ФЭУ составляет ~0,5–0,6 для протонов отдачи при регистрации нейтронов и ~0,8–0,85 для комптоновских электронов при регистрации гамма-квантов. Импульсные характеристики, приведеные на рис.1, вычислялись как среднее по массиву импульсов тока детектора, вызванных регистрацией частиц определенного типа. В зависимостях тока детектора от времени при регистрации отдельных частиц присутствует как импульс, соответствующий быстрой компоненте токового сигнала, так и импульсы, вызванные регистрацией отдельных фотонов медленной компоненты (рис.2).
В методе идентификации по форме импульса зарегистрированной частице (гамма-кванту и нейтрону) ставится в соответствие случайная величина S (Sγ и Sn для гамма-квантов и нейтронов соответственно), которая определяется выражением
...........
где pi – постоянные коэффициенты, Ai = A(ti). Существует совокупность значений постоянных коэффициентов pi, при которых среднее по массиву импульсов тока детектора значение величины Sγ меньше нуля, а среднее значение величины Sn – больше нуля [2].
При определении типа зарегистрированной частицы анализируется сумма токов Ai с весовыми коэффициентами pi. Результат идентификации определяется тем, реализацией какой случайной величины – Sγ или Sn – является сумма S: если S < 0, то зарегистрированная частица идентифицируется как γ-квант, если S > 0, то как нейтрон. Поскольку Sγ и Sn – случайные величины, то некоторые импульсы, вызванные γ-квантами, будут иметь значение Sγ > 0 и будут ложно идентифицированы как импульсы, вызванные нейтронами, причем таких импульсов будет тем больше, чем больше относительная дисперсия DSγ / 2. Следовательно, коэффициент блокировки γ-квантов (отношение числа γ-квантов, попавших в детектор, к числу γ-квантов, идентифицированных как нейтроны) будет тем больше, чем меньше величина DSγ / 2. Аналогично, некоторые импульсы, вызванные нейтронами, будут иметь значение Sn < 0 и будут идентифицированы как импульсы, вызванные гамма-квантами, и их также будет тем больше, чем больше величина DSn / 2. Максимальные значения коэффициента блокировки γ-квантов и эффективности идентификации нейтронов достигаются при минимуме величины: которая, в свою очередь, принимает минимальное значение при коэффициентах: , называемых коэффициентами оптимального фильтра. Эти коэффициенты получаются в результате калибровки прибора при регистрации отдельно гамма-квантов и нейтронов.
Таким образом, задача идентификации частицы сводится к вычислению суммы из произведений значений тока детектора на коэффициенты оптимального фильтра и определению знака этой суммы.
Синтез аналоговой схемы на основе метода оптимального фильтра весьма сложен, и поэтому такие схемы не разработаны.
Относительная дисперсия обратно пропорциональна количеству фотонов, которые образуются при регистрации гамма-кванта (нейтрона). Количество фотонов пропорционально поглощенной энергии гамма-кванта (нейтрона), а следовательно, дисперсия обратно пропорциональна поглощенной энергии гамма-кванта (нейтрона). Поэтому использование цифрового алгоритма оптимального фильтра, который обеспечивает минимальные значения дисперсии при фиксированной поглощенной энергии гамма-кванта (нейтрона), позволяет понизить нижний энергетический порог идентификации.
При составлении суммы S, помимо определения коэффициентов роi , требуется выбрать оптимальный временной интервал TN, на котором выполняется алгоритм идентификации. С увеличением этого интервала за счет лучшей статистики увеличиваются коэффициент блокировки гамма-квантов и эффективность идентификации нейтронов. Однако в условиях большой загрузки детектора следует длительность интервала TN сделать переменной, равной длительности интервала между максимумами зарегистрированных импульсов, подлежащих идентификации. Численные эксперименты показывают, что оптимальным для величины TN является интервал 500 нс < TN < 2000 нс. Если длительность между импульсами < 500 нс, принимается величина TN = 500 нс и выполняется режекция импульсов. Алгоритм режекции предполагает, что только первый максимум в интервале TN = 500 нс вызван регистрацией частицы, а остальные являются фоновыми и могут привести к ложной идентификации. Поэтому используется процедура коррекции функции тока детектора A (ti). Она состоит в том, что в интервале TN = 500 нс экстремумы временной зависимости тока детектора A (ti), начиная со второго, заменяются нулевыми значениями (рис.3). Скорректированная функция тока детектора A (ti) используется для идентификации типа частицы.
Для аналоговых схем идентификации характерно ухудшение параметров при увеличении входной загрузки, т.е. частоты поступления импульсов с детектора. Это связано, в первую очередь, с невозможностью провести достаточно полную режекцию входных импульсов. Для цифровой идентификации можно практически полностью устранить эффект наложения импульсов.
Аналоговые системы идентификации позволяют идентифицировать нейтроны и гамма-кванты при нижнем энергетическом пороге от ~0,3 МэВ (поглощенная энергия протонов отдачи) и при загрузке до ~105 импульсов/c. Коэффициент блокировки фона гамма-квантов может достигать ~103 при пороге ~0,5 МэВ и при загрузке до ~103 импульсов/c. Использование цифровой идентификации вместо аналоговой дает возможность увеличить коэффициент блокировки гамма-квантов не менее чем на порядок, а нижний энергетический порог идентификации уменьшить примерно в три раза, доведя его до ~100 кэВ по поглощенной энергии протонов. При этом загрузка детектора может достигать 106 импульсов/с, что существенно расширяет динамический диапазон измеряемых мощностей доз. Так, при регистрации детектором на основе монокристалла стильбена ø30×10 мм и ФЭУ Hamamatsu R6095 излучения радиоактивных источников 137Сs и 252Cf в энергетическом диапазоне ~30–600 кэВ (поглощенная энергия электронов) коэффициент блокировки гамма-квантов составляет ~104–103 при загрузке ~1,5·105–5·105 импульсов/c, а эффективность идентификации нейтронов превышает ~0,9 [2]. В энергетическом диапазоне 2–35 кэВ (поглощенная энергия электронов) цифровым методом можно идентифицировать импульсы, для которых амплитуда быстрой компоненты соизмерима с амплитудой одноэлектронных шумов ФЭУ. Например, для энергии ~10 кэВ (поглощенная энергия электронов) значения коэффициента блокировки гамма-квантов и эффективности идентификации нейтронов составляют соответственно ~300 и ~0,7 [2].
Таким образом, цифровая идентификация частиц по форме импульса позволяет добиться более высоких характеристик сцинтилляционных измерительных устройств по сравнению с аналоговыми системами:
увеличивается коэффициент блокировки фона гамма-квантов, эффективность идентификации нейтронов и понижается нижний энергетический порог идентификации;
увеличивается загрузка детектора, при которой возможна идентификация частиц, за счет цифровой режекции наложенных импульсов;
идентификацию можно проводить в реальном масштабе времени. Перспективным решением для реализации алгоритма цифровой идентификации в реальном времени является ПЛИС;
лучшее энергетическое разрешение сцинтилляционных спектрометров;
стабильность метрологических характеристик сцинтилляционных спектрометров, которая достигается за счет использования цифровых устройств.
Спектрометр-дозиметр с цифровой идентификацией типа частиц по форме импульса (рис.4, таблица) разработан в Центре АЦП. Прибор состоит из блока детектирования и блока регистрации и обработки информации. Блок детектирования выполнен на основе органического кристаллического сцинтиллятора ø30×10 мм, который обладает разной формой сцинтилляционного импульса при регистрации нейтронов и гамма-квантов, и ФЭУ Hamamatsu R6095. В первых вариантах прибора в качестве сцинтиллятора использовался стильбен, однако затем он был заменен паратерфенилом, который имеет схожие физические параметры, но обладает лучшими по сравнению со стильбеном эксплуатационными характеристиками. В состав блока регистрации и обработки информации входят: быстродействующий 8-разрядный АЦП с частотой дискретизации 1 ГГц, ПЛИС, а также ноутбук. Масса прибора составляет около 4 кг.
В состав программного обеспечения спектрометра-дозиметра входят специальные алгоритмы для восстановления энергетических спектров нейтронного и гамма-излучения по амплитудным распределениям импульсов детектора, вызванных регистрацией протонов отдачи и комптоновских электронов (рис.5, 6). На основе этих спектров можно рассчитывать эквивалентные дозы в различных тканях. Наличие производительного процессора делает систему гибкой, позволяющей производить энергетическую калибровку, стабилизацию спектрометрического тракта и другие метрологические операции. Программное обеспечение включает модули, которые обеспечивают предварительную обработку цифровых массивов в блоке регистрации и обработки информации, и затем передачу данных в компьютер, а также программные блоки идентификации нейтронов и гамма-квантов, режекции наложенных импульсов, построения амплитудных распределений. Программное обеспечение можно дополнять и развивать.
Сегодня на рынке дозиметрической аппаратуры имеются дозиметры для измерения доз нейтронного и гамма-излучения, такие как ДКС-96, УИМ2-2Д, РМ-1402М. Спектр такие приборы не измеряют (кроме РМ-1402М, который измеряет спектр гамма-излучения), а погрешность измерения доз нейтронного излучения составляет до 40%.
На рынке представлен также прибор для измерения спектра и дозы нейтронного излучения ДСН-4 (www.doza.ru). Масса корпуса внешнего блока детектирования у этого прибора составляет около 25 кг. Спектр измеряется за счет того, что замедление быстрых нейтронов в сферах разной массы зависит от энергии быстрых нейтронов. Поэтому проведение измерений таким спектрометром требует участия оператора, который проводит последовательную замену сфер-замедлителей. Такая процедура не обеспечивает оперативности измерений.
Предлагаемый спектрометр-дозиметр с цифровой идентификацией типа частиц позволяет добиться конкурентного преимущества над вышеперечисленными приборами за счет качественного улучшения технических характеристик и новых функциональных возможностей прибора, которые достигаются в результате внедрения цифровых методов в регистрации и обработке информации. Методом цифровой идентификации можно измерять эквивалентную дозу и мощность эквивалентной дозы одновременно и раздельно от нейтронов и гамма-квантов, причем с более высокой точностью (~10%), чем существующие дозиметры, а также получать спектральные распределения нейтронов и гамма-квантов в смешанных полях. В этом заключаются основные отличия и преимущества предлагаемого прибора перед другими дозиметрами. Следует отметить, пока аналогичные спектрометры-дозиметры с цифровой идентификацией типа частиц западных фирм на рынке отсутствуют.
Спектрометры-дозиметры с цифровой идентификацией типа частиц по форме импульса можно применять для спектрометрии и дозиметрии нейтронов и гамма-квантов в процессе всего технологического цикла работ с делящимися материалами (ДМ): обогащения и изготовления материалов и изделий из ДМ, эксплуатации АЭС и судов с ядерными реакторами, выгрузке, транспортировке, переработке и хранении облученного ядерного топлива. Прибор пригоден для работ с электрофизическими установками (в том числе с термоядерными) и радионуклидными источниками излучений, а также для исследований в области радиационной биологии и медицины.
Литература
1. Gatti E., de Martini F. A new linear methood of discrimination between elementary particles in scintillation counters. – Nuclear Electronics, I.A.E.A., Vienna, 1962, no. 2.
2. Прокуронов М.В., Шабалин А.Н. Цифровая идентификация нейтронов и гамма-квантов по форме импульса при высокой загрузке детектора и низкой энергии регистрируемого излучения. – ПТЭ, 2007, №2.
3. Промежуточный отчет по НИР №7 ООО "Центр АЦП". – www.centeradc.ru/nir-i-okr/okr-7.
Решить эту задачу можно на основе цифровых методов регистрации и обработки информации. Цифровые методы обработки сигналов детекторов ионизирующего излучения начали разрабатывать уже давно [1]. Однако только в последнее время, с появлением высокопроизводительных электронных устройств – аналого-цифровых преобразователей (АЦП), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), микропроцессоров, стало возможным эффективное применение этих методов в устройствах измерения сигналов.
При использовании цифровых методов измерения параметров ионизирующего излучения токовый импульс, возникающий в анодной цепи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) при регистрации сцинтилляций, преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП. Затем полученный цифровой массив подвергается процедуре идентификации.
Лучшие результаты дают методы идентификации нейтронов и гамма-квантов по форме сцинтилляционного импульса [1]. Они основаны на том, что для органических монокристаллов (стильбен, паратерфинил) и жидких сцинтилляторов форма импульсов радиолюминесценции характеризуется наличием двух компонент, высвечивание которых затухает в е раз за время порядка τ1 ≈ 5 нс и τ2 ≈ 300 нс соответственно (рис.1). По оси ординат на рис.1 отложена величина
.......
IA (ti) = A(ti)/ A(ti),
где A(ti) – анодный ток детектора (величина заряда, создаваемого в анодной цепи ФЭУ за время ∆ti = ti - ti-1= 1 нс), N – число временных интервалов. Быстрая компонента слабо зависит от типа регистрируемых частиц. Форма и интенсивность медленной компоненты существенно зависят от типа регистрируемых частиц. При этом соотношение между зарядом от быстрой компоненты и полным зарядом на выходе ФЭУ составляет ~0,5–0,6 для протонов отдачи при регистрации нейтронов и ~0,8–0,85 для комптоновских электронов при регистрации гамма-квантов. Импульсные характеристики, приведеные на рис.1, вычислялись как среднее по массиву импульсов тока детектора, вызванных регистрацией частиц определенного типа. В зависимостях тока детектора от времени при регистрации отдельных частиц присутствует как импульс, соответствующий быстрой компоненте токового сигнала, так и импульсы, вызванные регистрацией отдельных фотонов медленной компоненты (рис.2).
В методе идентификации по форме импульса зарегистрированной частице (гамма-кванту и нейтрону) ставится в соответствие случайная величина S (Sγ и Sn для гамма-квантов и нейтронов соответственно), которая определяется выражением
...........
где pi – постоянные коэффициенты, Ai = A(ti). Существует совокупность значений постоянных коэффициентов pi, при которых среднее по массиву импульсов тока детектора значение величины Sγ меньше нуля, а среднее значение величины Sn – больше нуля [2].
При определении типа зарегистрированной частицы анализируется сумма токов Ai с весовыми коэффициентами pi. Результат идентификации определяется тем, реализацией какой случайной величины – Sγ или Sn – является сумма S: если S < 0, то зарегистрированная частица идентифицируется как γ-квант, если S > 0, то как нейтрон. Поскольку Sγ и Sn – случайные величины, то некоторые импульсы, вызванные γ-квантами, будут иметь значение Sγ > 0 и будут ложно идентифицированы как импульсы, вызванные нейтронами, причем таких импульсов будет тем больше, чем больше относительная дисперсия DSγ / 2. Следовательно, коэффициент блокировки γ-квантов (отношение числа γ-квантов, попавших в детектор, к числу γ-квантов, идентифицированных как нейтроны) будет тем больше, чем меньше величина DSγ / 2. Аналогично, некоторые импульсы, вызванные нейтронами, будут иметь значение Sn < 0 и будут идентифицированы как импульсы, вызванные гамма-квантами, и их также будет тем больше, чем больше величина DSn / 2. Максимальные значения коэффициента блокировки γ-квантов и эффективности идентификации нейтронов достигаются при минимуме величины: которая, в свою очередь, принимает минимальное значение при коэффициентах: , называемых коэффициентами оптимального фильтра. Эти коэффициенты получаются в результате калибровки прибора при регистрации отдельно гамма-квантов и нейтронов.
Таким образом, задача идентификации частицы сводится к вычислению суммы из произведений значений тока детектора на коэффициенты оптимального фильтра и определению знака этой суммы.
Синтез аналоговой схемы на основе метода оптимального фильтра весьма сложен, и поэтому такие схемы не разработаны.
Относительная дисперсия обратно пропорциональна количеству фотонов, которые образуются при регистрации гамма-кванта (нейтрона). Количество фотонов пропорционально поглощенной энергии гамма-кванта (нейтрона), а следовательно, дисперсия обратно пропорциональна поглощенной энергии гамма-кванта (нейтрона). Поэтому использование цифрового алгоритма оптимального фильтра, который обеспечивает минимальные значения дисперсии при фиксированной поглощенной энергии гамма-кванта (нейтрона), позволяет понизить нижний энергетический порог идентификации.
При составлении суммы S, помимо определения коэффициентов роi , требуется выбрать оптимальный временной интервал TN, на котором выполняется алгоритм идентификации. С увеличением этого интервала за счет лучшей статистики увеличиваются коэффициент блокировки гамма-квантов и эффективность идентификации нейтронов. Однако в условиях большой загрузки детектора следует длительность интервала TN сделать переменной, равной длительности интервала между максимумами зарегистрированных импульсов, подлежащих идентификации. Численные эксперименты показывают, что оптимальным для величины TN является интервал 500 нс < TN < 2000 нс. Если длительность между импульсами < 500 нс, принимается величина TN = 500 нс и выполняется режекция импульсов. Алгоритм режекции предполагает, что только первый максимум в интервале TN = 500 нс вызван регистрацией частицы, а остальные являются фоновыми и могут привести к ложной идентификации. Поэтому используется процедура коррекции функции тока детектора A (ti). Она состоит в том, что в интервале TN = 500 нс экстремумы временной зависимости тока детектора A (ti), начиная со второго, заменяются нулевыми значениями (рис.3). Скорректированная функция тока детектора A (ti) используется для идентификации типа частицы.
Для аналоговых схем идентификации характерно ухудшение параметров при увеличении входной загрузки, т.е. частоты поступления импульсов с детектора. Это связано, в первую очередь, с невозможностью провести достаточно полную режекцию входных импульсов. Для цифровой идентификации можно практически полностью устранить эффект наложения импульсов.
Аналоговые системы идентификации позволяют идентифицировать нейтроны и гамма-кванты при нижнем энергетическом пороге от ~0,3 МэВ (поглощенная энергия протонов отдачи) и при загрузке до ~105 импульсов/c. Коэффициент блокировки фона гамма-квантов может достигать ~103 при пороге ~0,5 МэВ и при загрузке до ~103 импульсов/c. Использование цифровой идентификации вместо аналоговой дает возможность увеличить коэффициент блокировки гамма-квантов не менее чем на порядок, а нижний энергетический порог идентификации уменьшить примерно в три раза, доведя его до ~100 кэВ по поглощенной энергии протонов. При этом загрузка детектора может достигать 106 импульсов/с, что существенно расширяет динамический диапазон измеряемых мощностей доз. Так, при регистрации детектором на основе монокристалла стильбена ø30×10 мм и ФЭУ Hamamatsu R6095 излучения радиоактивных источников 137Сs и 252Cf в энергетическом диапазоне ~30–600 кэВ (поглощенная энергия электронов) коэффициент блокировки гамма-квантов составляет ~104–103 при загрузке ~1,5·105–5·105 импульсов/c, а эффективность идентификации нейтронов превышает ~0,9 [2]. В энергетическом диапазоне 2–35 кэВ (поглощенная энергия электронов) цифровым методом можно идентифицировать импульсы, для которых амплитуда быстрой компоненты соизмерима с амплитудой одноэлектронных шумов ФЭУ. Например, для энергии ~10 кэВ (поглощенная энергия электронов) значения коэффициента блокировки гамма-квантов и эффективности идентификации нейтронов составляют соответственно ~300 и ~0,7 [2].
Таким образом, цифровая идентификация частиц по форме импульса позволяет добиться более высоких характеристик сцинтилляционных измерительных устройств по сравнению с аналоговыми системами:
увеличивается коэффициент блокировки фона гамма-квантов, эффективность идентификации нейтронов и понижается нижний энергетический порог идентификации;
увеличивается загрузка детектора, при которой возможна идентификация частиц, за счет цифровой режекции наложенных импульсов;
идентификацию можно проводить в реальном масштабе времени. Перспективным решением для реализации алгоритма цифровой идентификации в реальном времени является ПЛИС;
лучшее энергетическое разрешение сцинтилляционных спектрометров;
стабильность метрологических характеристик сцинтилляционных спектрометров, которая достигается за счет использования цифровых устройств.
Спектрометр-дозиметр с цифровой идентификацией типа частиц по форме импульса (рис.4, таблица) разработан в Центре АЦП. Прибор состоит из блока детектирования и блока регистрации и обработки информации. Блок детектирования выполнен на основе органического кристаллического сцинтиллятора ø30×10 мм, который обладает разной формой сцинтилляционного импульса при регистрации нейтронов и гамма-квантов, и ФЭУ Hamamatsu R6095. В первых вариантах прибора в качестве сцинтиллятора использовался стильбен, однако затем он был заменен паратерфенилом, который имеет схожие физические параметры, но обладает лучшими по сравнению со стильбеном эксплуатационными характеристиками. В состав блока регистрации и обработки информации входят: быстродействующий 8-разрядный АЦП с частотой дискретизации 1 ГГц, ПЛИС, а также ноутбук. Масса прибора составляет около 4 кг.
В состав программного обеспечения спектрометра-дозиметра входят специальные алгоритмы для восстановления энергетических спектров нейтронного и гамма-излучения по амплитудным распределениям импульсов детектора, вызванных регистрацией протонов отдачи и комптоновских электронов (рис.5, 6). На основе этих спектров можно рассчитывать эквивалентные дозы в различных тканях. Наличие производительного процессора делает систему гибкой, позволяющей производить энергетическую калибровку, стабилизацию спектрометрического тракта и другие метрологические операции. Программное обеспечение включает модули, которые обеспечивают предварительную обработку цифровых массивов в блоке регистрации и обработки информации, и затем передачу данных в компьютер, а также программные блоки идентификации нейтронов и гамма-квантов, режекции наложенных импульсов, построения амплитудных распределений. Программное обеспечение можно дополнять и развивать.
Сегодня на рынке дозиметрической аппаратуры имеются дозиметры для измерения доз нейтронного и гамма-излучения, такие как ДКС-96, УИМ2-2Д, РМ-1402М. Спектр такие приборы не измеряют (кроме РМ-1402М, который измеряет спектр гамма-излучения), а погрешность измерения доз нейтронного излучения составляет до 40%.
На рынке представлен также прибор для измерения спектра и дозы нейтронного излучения ДСН-4 (www.doza.ru). Масса корпуса внешнего блока детектирования у этого прибора составляет около 25 кг. Спектр измеряется за счет того, что замедление быстрых нейтронов в сферах разной массы зависит от энергии быстрых нейтронов. Поэтому проведение измерений таким спектрометром требует участия оператора, который проводит последовательную замену сфер-замедлителей. Такая процедура не обеспечивает оперативности измерений.
Предлагаемый спектрометр-дозиметр с цифровой идентификацией типа частиц позволяет добиться конкурентного преимущества над вышеперечисленными приборами за счет качественного улучшения технических характеристик и новых функциональных возможностей прибора, которые достигаются в результате внедрения цифровых методов в регистрации и обработке информации. Методом цифровой идентификации можно измерять эквивалентную дозу и мощность эквивалентной дозы одновременно и раздельно от нейтронов и гамма-квантов, причем с более высокой точностью (~10%), чем существующие дозиметры, а также получать спектральные распределения нейтронов и гамма-квантов в смешанных полях. В этом заключаются основные отличия и преимущества предлагаемого прибора перед другими дозиметрами. Следует отметить, пока аналогичные спектрометры-дозиметры с цифровой идентификацией типа частиц западных фирм на рынке отсутствуют.
Спектрометры-дозиметры с цифровой идентификацией типа частиц по форме импульса можно применять для спектрометрии и дозиметрии нейтронов и гамма-квантов в процессе всего технологического цикла работ с делящимися материалами (ДМ): обогащения и изготовления материалов и изделий из ДМ, эксплуатации АЭС и судов с ядерными реакторами, выгрузке, транспортировке, переработке и хранении облученного ядерного топлива. Прибор пригоден для работ с электрофизическими установками (в том числе с термоядерными) и радионуклидными источниками излучений, а также для исследований в области радиационной биологии и медицины.
Литература
1. Gatti E., de Martini F. A new linear methood of discrimination between elementary particles in scintillation counters. – Nuclear Electronics, I.A.E.A., Vienna, 1962, no. 2.
2. Прокуронов М.В., Шабалин А.Н. Цифровая идентификация нейтронов и гамма-квантов по форме импульса при высокой загрузке детектора и низкой энергии регистрируемого излучения. – ПТЭ, 2007, №2.
3. Промежуточный отчет по НИР №7 ООО "Центр АЦП". – www.centeradc.ru/nir-i-okr/okr-7.
Отзывы читателей
