Опыт разработки и проблемы создания единой методики измерений дозовых характеристик высокоинтенсивного импульсного фотонного излучения. Авторы: А.М. Членов, - презентация

1 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».

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

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

4 Таблица 1.2 Основные метрологические характеристики единой МИ фотонного излучения

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

6 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.

7 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.

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

9 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).

10 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.

11 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.

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

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

14 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];

15 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).

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

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

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

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

20 Раздел 4 Оценка погрешности измерений в сравнении со стандартом ASTM E

21 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.

22 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)

23 Продолжение таблицы 4.1

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

25 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.

26 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ