СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ФОКУСНОГО ПЯТНА ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УСКОРИТЕЛЯ
DEVICE FOR DETERMINING SIZES OF FOCUS SPOT OF ACCELERATOR BRAKE RADIATION

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 размеров фокусного пятна источника тормозного излучения, реализуемый устройством для определения размеров фокусных пятен источников тормозного излучения [SU 313185 А1, МПК6 H01J 35/14, опубл. 01.01.1971], 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, 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 размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя [Gambaccini М., Cardarelli P., Taibi A., et al. Measurement of focal spot size in a 5.5 MeV linac. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, v. 269 (2011), p. 1157-1165.], взятый за прототип, который включает последовательное облучение тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из тяжелого металла со щелью между ними, и детектора тормозного излучения при разных размерах щели коллиматора, измерение распределений дозы тормозного излучения детектором тормозного излучения за щелевым коллиматором в зависимости от координат для каждого размера щели коллиматора и определение размера фокусного пятна по распределениям дозы тормозного излучения в зависимости от координат при облучении щелевого коллиматора при разных размерах щели.
Распределение в фокусном пятне тормозного излучения квантов высокоэнергетической части спектра отличается от распределения квантов низкоэнергетической части спектра. При этом значительное преобладание квантов низкой энергии в спектре тормозного излучения приводит фактически к измерению фокусного пятна низкоэнергетической части спектра тормозного излучения, а не к практически важной для контроля толстостенных объектов высокоэнергетической части.
Задачей настоящего изобретения является определение размеров фокусного пятна высокоэнергетической части спектра тормозного излучения.
Поставленная задача решена за счет того, что способ определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя, также как в прототипе, включает операции последовательного облучения тормозным излучением щелевого коллиматора, выполненного в виде блоков из тяжелого металла со щелью между ними, при разных размерах щели коллиматора, измерения детектором распределений излучения за щелевым коллиматором в зависимости от координат для каждого размера щели коллиматора и определения размера фокусного пятна по распределениям излучения в зависимости от координат при облучении щелевого коллиматора при разных размерах щели.
Согласно изобретению измеряют за щелевым коллиматором детектором позитронов распределение позитронного излучения из расположенного за щелевым коллиматором конвертера тормозного излучения в позитронное.
Поскольку выход позитронного излучения является пороговой функцией энергии кванта тормозного излучения, то сигнал детектора позитронов определяется только квантами тормозного излучения с энергией выше пороговой, равной 1.02 МэВ, и значит, по сигналу детектора определяется размер фокусного пятна высокоэнергетической части спектра тормозного излучения.
На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя.
На фиг. 2 показаны распределения сигнала детектора позитронов по координате X при различных размерах щели щелевого коллиматора.
На фиг. 3 показана зависимость ширины на полувысоте распределений сигналов детектора позитронов по координате X от размера щели коллиматора.
i
Способ определения размеров фокусного пятна тормозного излучения ускорителя осуществляют с помощью устройства, которое содержит основание 1 (фиг. 1), на котором закреплен щелевой коллиматор, выполненный, например, в виде рамки 2 и закрепленных в ней двух блоков 3 из вольфрама с регулируемым расстоянием между их поверхностями, ограничивающими пространство щели с регулируемым размером d в диапазоне, например, от 0,1 до 1,0 мм.
На основании 1 закреплены направляющие 4 платформы перемещения 5, которые расположены перпендикулярно поверхностям блоков 3, ограничивающих пространство щели щелевого коллиматора. На платформе перемещения 5 установлен электромагнит постоянного тока в виде магнитопровода 6 с обмоткой 7 и полюсными наконечниками 8, поверхности которых параллельны направляющим 4 и перпендикулярны входным поверхностям 9 блоков 3 щелевого коллиматора.
Конвертер 10 тормозного излучения в позитронное излучение, выполненный, например, из платиновой проволоки диаметром, например 0.1 мм, расположен перпендикулярно поверхностям полюсных наконечников 8 электромагнита и закреплен на них. Между полюсными наконечниками 8 закреплен детектор позитронов 11, выполненный, например, в виде сцинтилляционного детектора с пластмассовым сцинтиллятором.
1
2
В стартовом положении платформы перемещения 5 относительно основания 1 устройство ориентируют относительно мишени 12 ускорителя 13, например, бетатрона, так, чтобы ось пучка тормозного излучения ускорителя находилась в середине щели между блоками 3 щелевого коллиматора и в середине проволочного конвертера. L - расстояние между щелевым коллиматором 2 и конвертером 8. L - расстояние между мишенью 11 ускорителя 12 и щелевым коллиматором 2.
1
2
В каждом импульсе работы ускорителя 12 пучок электронов падает на мишень 11. Выходящее из мишени 12 тормозное излучение создает на расстоянии от мишени, равном (L+L), в плоскости положения конвертера 3 поле тормозного излучения, возмущенное щелевым коллиматором 2. Кванты тормозного излучения взаимодействуют с конвертером 8 с образованием выходящих из конвертера 8 электронов, позитронов и вторичных квантов, причем поток позитронов создается только квантами с энергией, превышающей пороговую энергию образования электронно-позитронных пар, равную 1,02 МэВ. Через обмотку электромагнита 7 пропускают постоянный ток от источника постоянного тока и устанавливают его величину, соответствующую, например, максимальному выходному сигналу детектора позитронов 11. В магнитном поле между полюсными наконечниками 8 поток частиц анализируется и на детектор позитронов 11 попадают позитроны с энергией, задаваемой напряженностью магнитного поля (током в обмотке 7 электромагнита), положением детектора позитронов 10 и его размерами. Сигнал детектора позитронов 11, благодаря высокой эффективности регистрации позитронов и низкой эффективности регистрации квантов практически определяется падающими на конвертер 8 квантами тормозного излучения, имеющими энергию более 1.02 МэВ.
Путем перемещения электромагнита вместе с конвертером 10 и детектором позитронов 11 на платформе перемещения 5 вдоль направляющих 4 относительно стартового положения измеряют распределение сигналов детектора позитронов 11 в зависимости от координат положения конвертера 10 по направлению перемещения X, которое соответствует распределению квантов тормозного излучения с энергией, превышающей 1,02 МэВ, вдоль направления перемещения X.
i
i
i=1
i=2
i=3
i=6
Измеряют распределения D (i=1, 2, 3, …, n) сигналов детектора позитронов 11 в зависимости от координат положения конвертера 10 по направлению перемещения X при разных размерах d щели коллиматора, например d=0,1 мм, d=0,2 мм, d=0,3 мм, ..., d=1,0 мм.
Распределения сигналов детектора позитронов 11 в зависимости от координаты положения конвертера 10 по направлению X при размерах щели коллиматора в диапазоне от 0,1 до 1 мм показаны на фиг. 2.
Зависимость ширины распределений на полувысоте FWHM от размера щели d приведена на фиг. 3. Экстраполяция зависимости к нулевому размеру щели дает ширину на полувысоте нормального распределения квантов по поверхности мишени - эффективный размер фокусного пятна высокоэнергетической части тормозного излучения ускорителя (FWHM_γ).
При необходимости определения размера фокусного пятна в направлении, отличном от X, получают распределение сигнала детектора позитронов 10 при соответствующей ориентации устройства относительно мишени ускорителя.
Предлагаемый способ позволяет определять размер фокусного пятна с практически одинаковой достоверностью для всей высокоэнергетической части спектра тормозного излучения благодаря возрастанию с энергией квантов вероятности рождения электронно-позитронных пар, что компенсирует уменьшение количества квантов с возрастанием их энергии в спектре тормозного излучения.