СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ФОКУСНОГО ПЯТНА ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УСКОРИТЕЛЯ
METHOD FOR DETERMINING ACCELERATOR BRAKE RADIATION FOCAL SPOT SIZE

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 яжелого 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.Исследование метода определения размера фокусного пятна тормозного излучения с использованием щелевого коллиматора // Приборы и техника эксперимента, 2020. № 1. С. 10-17. https://doi.org/10.1134/S0032816219060247], взятый за прототип, который включает многократное облучение пучком тормозного излучения из мишени ускорителя щелевого коллиматора и детектора за ним на оси пучка при постоянном при всех облучениях расстоянии L между мишенью и щелевым коллиматором. При каждом i-том облучении, где i = 1, 2, 3, …, измеряют распределение дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении при размере щели коллиматора t, и расстоянии S между щелевым 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 щелевым коллиматором и между щелевым коллиматором и детектором по формуле:
i
i
i
*
FWHM= FWHM ⋅ (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 t, которую аппроксимируют аналитической функцией FWHM*(t), определяют зависимость производной d(FWHM*(t))/dt от t, из которых определяют значение функции FWHM*(t), равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени при размере щели t, соответствующем минимуму зависимости производной d(FWHM*(t))/dt от t.
Однако реализация этого способа требует использования либо набора коллиматоров со щелями разных размеров, либо специального коллиматора с регулируемым с высокой точностью размером щели.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение определения размера фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени ускорителя.
i
i
Предложенный 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, при каждом i-том облучении, где i = 1, 2, 3, …, измерение распределения дозы тормозного излучения в детекторе в нормальном к оси пучка направлении, аппроксимирование гауссовыми распределениями полученных распределений доз, определение полной ширины каждого распределения дозы на половине высоты FWHM, которую приводят к FWHM*, соответствующей равным расстояниям между мишенью и щелевым коллиматором и между щелевым коллиматором и детектором.
i
i
i
Согласно изобретению облучения проводят при постоянном размере щели коллиматора при разных расстояниях L между мишенью и щелевым коллиматором. FWHM приводят к FWHM* по формуле:
i
i
i
i
*
FWHM= FWHM ⋅ (L + h/2) / (S + h/2),
i
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 L, аппроксимируют зависимость аналитической функцией FWHM*(L), определяют зависимость производной d(FWHM*(L))/dL от расстояния L, из которых определяют равное размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени значение функции FWHM*(L) при расстоянии L, соответствующем минимуму зависимости производной d(FWHM*(L))/dL от L.
Таким образом настоящее изобретение реализуют использованием коллиматора с фиксированным размером щели без набора коллиматоров с щелями разных размеров или специального коллиматора с регулируемым с большой точностью размером щели.
На фиг. 1 показана схема реализации способа определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя.
i
На фиг. 2 показано распределение дозы в детекторе при одном из расстояний L между мишенью и коллиматором 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 расстояния L между мишенью и коллиматором, ее аналитическая аппроксимация FWHM*(L) и зависимость производной d(FWHM*(L))/dL от L.
i=1
i=1
i=1
i=1
При определении размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя - бетатрона (фиг. 1), плоскость симметрии щели коллиматора 1 с размером щели, равном 0,7 мм, и длиной h = 30 мм, совместили с осью пучка тормозного излучения и установили на стандартном устройстве перемещения - на оптической скамье 2 на расстоянииL= 350 мм от мишени 3. На расстоянии S=400 мм от коллиматора 1 установили в нормальном к оси пучка направлении X детектор тормозного излучения 4 X-SCAN LINEAR-ARRAY DETECTOR X-Scan M01, подключенный к компьютеру 5 (ПК). Облучали тормозным излучением коллиматор 1 и детектор 4 и передавали в память компьютера 5 измеренное распределение дозы D в детекторе 4 вдоль нормального к оси пучка направления Х и параметры, при которых выполнено измерение: расстояние S, длину коллиматора h, и расстояние между мишенью и коллиматором L.
i=1
Расстояние S выбирали исходя из размеров детектора и статистической погрешности измерения распределения дозы в детекторе.
i
i
i
i,
Затем по оптической скамье 2 перемещали коллиматор 1 последовательно на различные расстояния L, где i = 1, 2, 3, …, от мишени 3 и устанавливали детектор 4 на расстояниях S. При каждом расстоянии Li облучали коллиматор 1 и детектор 4 и передавали в память компьютера распределение дозы и соответствующие параметры: L, Sh.
i
i
i
*
Используя программный пакет OriginPro, обрабатывали сохраненные в памяти компьютера распределения: 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
i
*
FWHM= FWHM ⋅ (L +h/2)/(S+h/2),
i
где L - расстояние от мишени 3 до коллиматора 1, мм;
i
S - расстояние от коллиматора 1 до детектора 4, мм;
h - длина коллиматора 1, мм.
i
i
f
*
*
*
*
Полученное дискретное соответствие между FWHM и L (фиг. 3) аппроксимировали аналитической функцией FWHM(L). Аналитическую функцию FWHM(L) дифференцировали по L и определили расстояние L, соответствующее минимуму зависимости производной ( (FWHM(L))/d L) от L.
*
*
f
f
Значение аналитической функции FWHM(L) принимали равной размеру фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени FWHMγ, то естьFWHMγ = FWHM(L).
Определение размера фокусного пятна в плоскости ускорения бетатрона на 4 МэВ предложенным способом дало значение FWHMγ = 0,358 мм (фиг. 3), что практически равно размеру 0,36 мм, полученному при реализации способа-прототипа.