СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ФОКУСНОГО ПЯТНА ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УСКОРИТЕЛЯ
METHOD FOR DETERMINING THE SIZE OF THE FOCAL SPOT OF THE ACCELERATOR BRAKING 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 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.
i
i
i
i
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 при постоянном расстоянии L между мишенью и коллиматорами и расстоянии Sмежду коллиматором и детектором. Полученные распределения доз аппроксимируют гауссовыми распределениями, определяют полную ширину каждого распределения дозы на половине высоты FWHM, которую приводят к FWHM*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и коллиматором и между коллиматором и детектором по формуле:
i
=
i
i
*
FWHMFWHM ⋅ (L+h/2) / (S+h/2),
где L - расстояние от мишени до коллиматора, мм;
i
S - расстояние от коллиматора до детектора, мм;
h - длина коллиматора, мм.
i
i
f
f
Строят зависимость FWHM* от диаметра апертуры D, 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) при диаметре апертуры D, 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.
i
i
i
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, приведение FWHM к FWHM*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и коллиматором и между коллиматором и детектором.
j
i
i
Согласно изобретению облучения проводят при использовании коллиматора, состоящего из j секций с толщинами t, где j=1, 2, 3, …, и c одинаковыми диаметрами апертур. FWHM приводят к FWHM* по формуле:
i
=
i
/
i
/
*
FWHMFWHM ⋅ (L+ 2) / (S+ 2),
где L - расстояние от мишени до коллиматора, мм;
i
S - расстояние от коллиматора до детектора, мм;
=
- длина коллиматора при i-том облучении, мм;
j
t - толщина секции коллиматора;
k - количество секций коллиматора.
i
i
f
f
Затем строят зависимость FWHM* от h, 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) при длине коллиматора h, 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.
i
i
На фиг.3 показана зависимость пересчитанной к одинаковым расстояниям между мишенью и коллиматором и между коллиматором и детектором FWHM* от длины коллиматора h, 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).
i=1=
Установили коллиматор 1 на оптической скамье 2 на расстоянии L=350 ммот мишени 3 и совместили ось симметрии апертуры коллиматора 1 с осью пучка тормозного излучения. На расстоянии S550 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).
i=1
=
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=550 мм и длину коллиматора 85 мм.
i
=
i
i,
Затем последовательно уменьшали длину коллиматора 1 за счет уменьшения количества составляющих его секций, устанавливали детектор 4 на расстояниях S. 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, hi.
i
i
i
*
Используя программный пакет OriginPro, обрабатывали сохраненные в памяти компьютера 5 (ПК) распределения доз тормозного излучения: аппроксимировали их гауссовыми распределениями с определением FWHM(фиг.2). Пересчитывали FWHM, соответствующие неравным расстояниям между мишенью 3 и коллиматором 1 и между коллиматором 1 и детектором 4, к FWHM, соответствующим равным расстояниям между мишенью 3 и коллиматором 1 и между коллиматором 1 и детектором 4, по формуле:
i
=
i
/
i
/
*
FWHMFWHM ⋅ (L+ 2) / (S+ 2).
i
i
f
*
*
*
*
Полученное дискретное соответствие между FWHM и h (фиг.3) аппроксимировали аналитической функцией FWHM(h). Аналитическую функцию FWHM(h) дифференцировали по h и определили длину коллиматора h, соответствующую максимуму зависимости производной ( (FWHM(h))/d h) от h.
*
*
f
f
Значение аналитической функции FWHM(h) принимали равной размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени FWHMγ, то есть FWHMγ=FWHM(h).
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.