Способ определения эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора
METHOD FOR DETERMINING THE EFFECTIVE THICKNESS OF THE RADIATION MONITOR SCINTILLATOR

Изобретение относится к области регистрации радиоактивных излучений, а именно к регистрации γ-излучения, и может быть использовано при определении эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора с учетом спектрального состава фона и источника.
Известен способ определения эффективной толщины сцинтиллятора [1], в котором выбирают толщину сцинтиллятора, соответствующую 90 %-му поглощению γ-излучения согласно выражению
x
h
0
m
φ() = φ· exp(-ρ·μ·),
0
где φ – начальный поток;
2
ρ – плотность вещества, г/см;
m
2
μ – массовый коэффициент взаимодействия, см/г;
h – толщина сцинтиллятора, см.
Недостатком является неиспользование в расчетах фоновой составляющей, что приводит к завышению толщины сцинтиллятора.
S
В
Известен способ выбора толщины сцинтиллятора NaI(Tl), основанный на том, что в качестве критерия принимают толщину сцинтиллятора, при которой достигается максимум отношения вероятность регистрации излучения источника к вероятности регистрации фонового излучения  [2, 3].
h
S
Для сцинтиллятора толщиной  вероятность регистрации  определяется согласно выражению:
(1)
E
i
-1
где  – линейный коэффициент ослабления γ-излучения с энергией  в веществе сцинтиллятора, см;
h
– толщина сцинтиллятора, см,
E
i
– доля излучения с энергий .
В данном способе используется следующее упрощение: вероятность регистрации фона принимается линейно зависящей от толщины сцинтиллятора:
, (2)
-1
где  – линейный коэффициент ослабления излучения фона в веществе сцинтиллятора, см. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатками данного способа являются представление вероятности регистрации фона, линейно зависящей от толщины сцинтиллятора, что характерно для тонких пластин, отсутствие учета спектральной составляющей излучения, что приводит к неверному результату в случае наличия в спектре мультиплета.
Задачей изобретения является определение эффективной толщины сцинтиллятора радиационного монитора с учетом спектрального состава фона и источника, повышение эффективности регистрации.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности регистрации.
N
E
E
R(E)
E
R(E)
E
E
R(E)
N
E
E
h
1
2
1
2
40
232
235
238
Технический результат достигается тем, что определяют наибольшее превышение полезного сигнала над фоном . С ростом толщины сцинтиллятора растет эффективность регистрации, одновременно растет и фон. Критерием выбора толщины сцинтиллятора использован коэффициент , который показывает превышение полезного сигнала от источника  над фоном . С ростом толщины сцинтиллятора растет и коэффициент , который при достижении эффективной толщины сцинтиллятора выходит на максимум, а затем идет на спад. Выбирают энергетический диапазон регистрируемых γ-квантов от до . Рассчитывают значение функции отклика сцинтиллятора  – число отсчетов от γ-источника, зарегистрированных в сцинтилляторе с энергией . При таком задании спектра источника S значение  равно числу взаимодействий в сцинтилляторе, нормированному на один γ-квант с энергией . Источник излучения S определяют заданием энергии γ-линии  и квантового выхода . На основе функции отклика  определяют число зарегистрированных импульсов  в энергетическом диапазоне от  до  согласно выражению  Фон естественного излучения задают следующими радионуклидами: К, Th и его ДПР, U и U и их дочерние продукты распада [4]. Радионуклидный состав и интенсивность γ-линий фона естественного излучения приведен в таблице 1. Строят зависимость коэффициента  от толщины сцинтиллятора и определяют максимальное превышение полезного сигнала над фоном, который соответствует эффективной толщине сцинтиллятора.
h
h
Ba
133
На фиг. 1 показана зависимость коэффициента  от толщины сцинтиллятора  размерами 220×45× мм. Эффективная толщина при регистрации  в энергетическом диапазоне от 40 до 400 кэВ для сцинтиллятора CsI(Tl) составила 25 мм, для BGO и CWO 11 и 12 мм соответственно.
Таблица 1
Нуклид
Е, кэВ
I, с<sup>-1</sup>
Нуклид
Е, кэВ
I, с<sup>-1</sup>
Нуклид
Е, кэВ
I, с<sup>-1</sup>
<sup>234</sup>Th
63,0
1,4
<sup>214</sup>Pb
242,0
0,5
<sup>214</sup>Bi
665,5
0,1
<sup>212</sup>Pb
77,1
0,9
<sup>214</sup>Pb
295,2
1,1
<sup>214</sup>Bi
768,4
0,2
<sup>234</sup>Th
93,0
4,8
<sup>228</sup>Ас
338,3
0,5
<sup>228</sup>Ас
911,2
0,1
<sup>235</sup>U
143,8
1,0
<sup>214</sup>Pb
353,0
1,8
<sup>228</sup>Ас
969,0
0,1
<sup>235</sup>U
163,4
0,4
<sup>208</sup>Tl
511,0
3,4
<sup>234m</sup>Pa
1001,1
0,2
<sup>235</sup>U+<sup>226</sup>Ra
185,7
2,7
<sup>208</sup>Tl
583,2
0,3
<sup>214</sup>Bi
1120,3
0,3
<sup>212</sup>Pb
238,6
0,7
<sup>214</sup>Bi
609,0
1,6
<sup>40</sup>K
1460,8
0,3
h
235
133
60
В таблице 2 представлены эффективные толщины  для сцинтиллятора CsI(Tl) при регистрации γ-излучения от U, Ba и Co рассчитанные с помощью разработанного способа (метод №1) и известного [2, 3] (метод №2).
Таблица 2
Нуклид
<i>h</i>, мм
ε<sup>*</sup>, %
метод №1
метод №2
<sup>235</sup>U
8
6
15
<sup>133</sup>Ba
25
18
18
<sup>60</sup>Co
100
50
33
–
* ε отношение эффективности регистрации.
Источники информации
1. Рыжиков В.Д., Сохин В.П. Оптимизация толщины сцинтиллятора при регистрации рентгеновского и γ-излучения в широком энергетическом диапазоне // ПТЭ, 1988, № 5, с. 177.
2. Косицын В.Ф., Шумаков А.В. Повышение надежности контроля несанкционированного передвижения малого количества делящихся и других радиоактивных материалов // Атомная энергия, Т.75, вып. 2, март 1993, с. 103.
3. Косицын В.Ф., Рагимов Т.К., Шумаков А.В. Рекомендации по выбору толщины кристалла NaI(Tl) при обнаружении слабых кратковременных потоков фотонов// Атомная энергия, Т.71, вып. 4, март 1991, с. 343.
4. Лабораторный спецпрактикум «Низкофоновая установка РЭУС-II-15» Ростов-на-Дону, 2008, с. 66.