Опыт разработки и проблемы создания единой методики измерений дозовых характеристик высокоинтенсивного импульсного фотонного излучения. Авторы: А.М. Членов, С.Ю. Ноздрачев, В.Н. Синев, В.Ф. Зинченко, Ю.П. Бакулин, А.В. Грунин, С.А. Лазарев, В.Н. Щеглов, К.Н. Ковшов, В.В. Плохой, В.Ю. Кононенко. Это третий доклад от трёх ценров по радиационным испытаниям, представляемый под общим названием «Обеспечение единства измерений высокоинтенсивного импульсного фотонного излучения».

Раздел 1. 1.Назначение ЕМИ. 2.Характеристики ЕМИ. 3.Единицы измерения. 4.Характеристики СИ (АИСТ-5М, детекторы ПСТ). 5. Метод измерений.

Таблица 1.1 Характеристики полей фотонного излучения ускорителей ФГУП «НИИП», ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ», ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ»

Таблица 1.2 Основные метрологические характеристики единой МИ фотонного излучения

Таблица 1.3 Единицы величин, допускаемые к применению в области ионизирующих излучений (Постановление Правительства РФ от )

Рис. 1.1 Зависимость чувствительности детекторов ПСТ (К 0 ) [имп/Р] от Х(Р).I – область линейности (ИРК); II – область сверхлинейности (рад. физика); III – область деградации люминесценции. Прибор АИСТ-5М был разработан для измерения высокоинт. импульсного фотонного излучения в диапазоне Х 0, Р при до Р/с. В разделе 4 будут представлены метрологические характеристики прибора АИСТ-5 с детекторами ПСТ.

Метод измерений Функции связи Х и D с результатом наблюдения N (показания прибора АИСТ-5М, имп.) имеют вид: (1.1) [P] (1.2) [рад/Si] где K 0 – чувствительность детекторов к Е γ 60 С 0, имп./Р; K(t) – поправка на «фединг», отн. ед.; K φ,b и K φ,Si – коэффициенты пересчета от Е γ =1,25МэВ к Е γ в диапазоне 50кэВ - 40МэВ, отн.ед.; К( ) – коэффициент, учитывающий зависимость чувствительности детекторов от, отн.ед.

Раздел 2 Теоретические основы и практические рекомендации по измерению высокоэнергетического фотонного излучения

Основы теории – понимание двухэтапного процесса поглощения энергии фотонного излучения. В 1958 году Рёчем (США) было введено понятие керма (К) – часть энергии, переданная γ -излучением вторичным электронам в 1 грамме вещества. В 1968 – 1979 годах Эттикс и Рёч ввели разделение К на две части К с и К r – части кермы, идущие на столкновение (возбуждение и ионизацию) и часть кермы, идущая на тормозное излучение (ТИ).

Соотношения между К, К с, К r, D, X. 2.1 К = К с + Кr 2.2 К с = 2.3 К r = 2.4 К r = [Дж/кг] 2.5 К/К с = μ еn / μ tr 2.6 Энергия, внесенная в вещество К с = hυ – hυ – hυ=T o – hυ 2.7 D = К с = K – К r для Е 3,0 МэВ и Z 3,0 МэВ и Z> [Дж/кг], где Ф- флюенс энергии [Дж/м 2 ]; [Кл/Дж], 33,85 ± 0,15 [еV] – средняя энергия ионообразования. В поглощённую (D) и экспозиционную (Х) дозы не входит энергия, затраченная вторичными электронами на генерацию ТИ.

Рис. 2.1 Иллюстрация эффекта эмиссии ТИ при поглощении фотона с энергией hυ, где hυ – рассеянное излучение, hυ – ТИ ; – расстояние, на котором вторичные электроны несут свою кинетическую энергию (Т о ) до превращения ее в поглощенную дозу D.

Таблица 2.1 Отношение К с / К = μ en,m / μ tr,m для различных веществ и энергий фотонов (Е γ )

Раздел 3 Определение коэффициентов пересчёта от Е γ =1,25 МэВ к Е γ =50 кэВ – 40 МэВ.

Расчет коэффициентов K φ,в и K φ,Si проводят по формулам: (3.1) (3.2) где μ enb и μ enSi – массовые коэффициенты поглощения γ-излучения в воздухе и в кремнии соответственно [см2/г ]; η в (Е) и η Si (Е) – ЭЗЧ детекторов в терминах экспозиционная и поглощенная доза; Е min, E max – граница спектра φ(Е) [МэВ];

Для расчёта этих коэффициентов необходимо выполнить следующие исследования: 1.Для всех ускорителей и их режимов определить Φ(Е). В приложении к проекту МИ приведены Φ(Е) ускорителей 3-х центров. 2.Для используемых контейнеров из Pb-Al-Pb и Al (6мм) – рассчитать η в (Е) и η Si (Е).

Рис. 3.1 Контейнеры детекторов ПСТ (ИС-7): а) до Е=6МэВ (Pb-Al-Pb), б) доЕ=12МэВ (6 мм Al)

Рис. 3.2 Дозовые (экспозиционная доза) ЭЗЧ детекторов ПСТ в Pb-Al-Pb контейнере( ) и в контейнере из Al (7мм) ( ) вдоль и перпендикулярно оси.

Рис. 3.3 Дозовые (доза в Si) ЭЗЧ термолюминесцентных детекторов ПСТ в контейнере из Al (7мм) вдоль и перпендикулярно оси.

Таблица 3.1 Результаты расчета коэффициента К(φ), выполненного во ФГУП «НИИП», ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ», ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ»

Раздел 4 Оценка погрешности измерений в сравнении со стандартом ASTM E

Примечание В стандарте Е отсутствуют значения допустимых погрешностей за счёт: 1. мощности дозы; 2. энергетического спектра; 3. невыполнения условий электронного равновесия; 4. размеров детектора. Указывается, что эти погрешности следует оценить при измерении.

Таблица 4.1 Опера- ция Случайная погрешность S Значе- ние, % Системати- ческая по- грешность θ Значение, % Граду- ировка 1.Однородность партии в 12точках диапазона, S 1 2.Воспроизводи- мость, S 2 7,0 1.Погреш- ность эталонов 5,0% р=0,95 Суммарная δКо6,0% р=0,95 Оценка отдельных составляющих погрешности определения Х при выполнении измерений фотонного излучения при следующих параметрах: Е=0, МэВ, Х= Р Х Р/с δХ=20% (р=0,95)

Продолжение таблицы 4.1

Таблица 4.2 Пределы допускаемой погрешности при проведении рабочих измерений (p=0,95)

Заключение 1.Разработан проект единой методики измерений дозовых характеристик импульсного фотонного излучения ускорителей ФГУП «НИИП», ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ», ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ». 2.Разработаны методические основы измерений фотонного излучения с максимальной энергией 40 МэВ. Предложения 1.Уточнить поправочные коэффициенты, учитывающие эффект «большой мощности дозы» при > Р/с и переход от Е γ =1,25 МэВ к Е γ =50кэВ – 40МэВ. 2.Оценить влияние электронной составляющей при облучении детекторов в поле электронного и фотонного излучения ускорителей, т.к. коэффициенты Кφ рассчитаны для «чистого» ТИ. 3.Провести необходимые эксперименты по п.1-2.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ