Прецизійний спосіб визначення напрямку на точкове гамма-джерело

Реферат: Прецизійний спосіб визначення напрямку на точкове гамма-джерело, в якому вимірюють відношення щільності потоку фотонів, які є ослабленим матеріалом поглинача та реєструються детекторами. Кожний з детекторів, які розташовані всередині поглиначів заданої геометричної форми, визначає відповідну щільність потоку фотонів обернено пропорційно товщині поглинача, крізь яку проходять фотони, а відношення щільності потоку фотонів одна до одної визначає напрямок на постійні джерела гамма-випромінювання в площині за коефіцієнтами пропорційності чи товщиною поглинача перед детекторами за напрямком розповсюдження гамма-випромінювання, після чого проводять прецизійне визначення напрямку на джерело гамма-випромінювання, для якого послідовно асиметричний поглинач повертають межею між мінімальною та максимальною товщиною поглинача на джерело гамма-випромінювання, де значення коефіцієнта пропорційності змінюється від максимального до мінімального в діапазоні кутів 0°±1°. UA 85911 U (12) UA 85911 U UA 85911 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований спосіб належить до способів радіаційного моніторингу для пошуку точкових джерел гамма-випромінювання та ліквідації наслідків радіаційного забруднення території. Відомий спосіб пошуку та визначення координат гамма-випромінювання, в якому для реєстрації випромінювання використовується декілька детекторів, що розташовані на платформі мобільного робота, при цьому для визначення кількості та місцезнаходження фрагментів у радіаційному забрудненні поверхні, що виявляється, за допомогою гамма-візора отримують суміщену картину відео- та гамма-зображень області, що досліджується та містить джерела випромінювання [1]. Суттєвим недоліком цього способу є неможливість за одне вимірювання визначати напрямок на джерела гамма-випромінювання в діапазоні кутів 2π радіан до моменту потрапляння джерел гамма-випромінювання в поле зору гамма-візора, який визначає їх координати з точністю не більше 1 градусу. Найбільш близьким до запропонованого способу є метод векторного складання для прискореного пошуку джерел гамма-випромінювання [2]. Основу вище зазначеного методу складає реєстрація гамма-випромінювання багатомодульними детектуючими пристроями, які являють собою модулі-детектори, що розташовані ззовні навколо поглинаючого циліндричного екрана, знаходження різниці зареєстрованих відліків модулів, що розташовані один навпроти іншого за екраном поглиначем, та визначення напрямку градієнта щільності потоку гамма-випромінювання відносно знайденої різниці зареєстрованих відліків модулів. Суттєвим недоліком цього методу є необхідність для знаходження напрямку градієнта щільності потоку гамма-випромінювання визначення енергії гамма-квантів. В основу корисної моделі поставлено задачу створити прецизійний спосіб визначення напрямку на точкове гамма-джерело, який дозволив би мати похибку, що обмежується декількома сотими градуса. Для вирішення поставленої задачі пропонується прецизійний спосіб визначення напрямку на точкове гамма-джерело, в якому вимірюють відношення щільностей потоку фотонів, які є ослабленими матеріалом поглинача та реєструються детекторами, при цьому кожний з детекторів, які розташовані всередині поглиначів заданої геометричної форми, визначає відповідну щільність потоку фотонів обернено пропорційно товщині поглинача, крізь яку проходять фотони, а відношення щільності потоку фотонів одна до одної визначає напрямок на постійні джерела гамма-випромінювання в площині за коефіцієнтами пропорційності чи товщиною поглинача перед детекторами за напрямком розповсюдження гаммавипромінювання, після чого проводять прецизійне визначення напрямку на джерело гаммавипромінювання, для якого послідовно асиметричний поглинач повертається межею між мінімальною та максимальною товщиною поглинача на джерело гамма-випромінювання, де значення коефіцієнта пропорційності змінюється від максимального до мінімального в діапазоні кутів 0°±1°. На фіг. 1 зображено: 1 - поглинач у вигляді коаксіального циліндра; 2 - детектор Д1, що розташований в геометричному центрі поглинача 1. На фіг. 2а зображено: 3 - переріз асиметричного поглинача; 4 - детектор Д2, що розташований в геометричному центрі внутрішнього циліндру поглинача 3; 5 - товщина поглинача h, що залежить від напрямку на джерело іонізуючого випромінювання; 6 - кут α, який визначається як кут між напрямком на джерело іонізуючого випромінювання та межею асиметричного поглинача міжмінімальною та максимальною товщиною, яка визначає кут α=0; 7 - джерело іонізуючого випромінювання (ДВ). На фіг. 2б зображено: 8 - секторний поглинач в межах декількох градусів, 9 - детектор Д3, що розташований за секторним поглиначем, якщо джерело іонізуючого випромінювання розташоване під кутом α=0. Прецизійний спосіб визначення напрямку на точкове гамма-джерело базується на використанні наступних поглиначів:поглинача у вигляді коаксіального циліндра 1 (фіг. 1), в якому розташований детектор Д1 2 (фіг. 1); асиметричного поглинача 3 (фіг. 2а), в геометричному центрі якого розташований детектор Д2 4 (фіг. 2а), товщина 5 (фіг. 2а) рівномірно змінюється в залежності від кута α 6 (фіг. 2а), що визначає напрямок на джерело випромінювання 7 (фіг. 2а); секторного поглинача 8 (фіг. 2б) з детектором Д 3 9 (фіг. 2б). Розроблений спосіб передбачає синхронне вимірювання трьома детекторами, що розташовані в поглиначах, відповідно трьох щільностей потоку фотонів, які проходять крізь блок детектування у вигляді трьох поглиначів різної товщини та геометричної форми (фіг. 1, фіг. 2а, фіг. 2б), що розташовані один над одним, щоб не затінювати один одного від одного точкового джерела гамма-випромінювання. Щільність потоку фотонів визначається віддповідно до 1 UA 85911 U 5 залежності: j  A  fd E  fn E  exp h , де А - активність джерела γ-випромінювання; R R2 відстань від блока детектування до джерела γ-випромінювання; fd(E) - залежність кількості рахунків від енергії гамма-випромінювання для детектора, fn(E) - залежність коефіцієнта поглинання гамма-випромінювання від речовин, крізь яку воно проходить, μ - лінійний коефіцієнт ослаблення матеріалу поглинача, h - товщина поглинача. При діленні отриманих з детекторів щільностей потоку фотонів одна на одну визначають відповідні коефіцієнти пропорційності та товщини поглиначів перед детекторами відповідно до формули: K П  j x / j y  exp h x  / exp  h y , де jx, jy - щільність потоку фотонів на детекторі х та детекторі у, a hx, hy - товщини поглинача перед детектором х та детектором у при куті між вибраною віссю та напрямком на джерело гамма-випромінювання, μ - лінійний коефіцієнт ослаблення матеріалу поглинача. Різниця в щільностях потоку фотонів, що надходять від точкового джерела гаммавипромінювання 7 (фіг. 2а), забезпечується формою поглиначів. Товщина другого - 3 (фіг. 2а) поглинача залежить від напрямку на джерело, першого - 1 (фіг. 1) - не залежить і має постійний коефіцієнт ослаблення K1, третій - 8 (фіг. 2б) з коефіцієнтом ослаблення K3=K1 являє собою сектор для напрямку між мінімальною та максимальною товщиною другого поглинача 3 (фіг. 2а). Для другого поглинача 3 (фіг. 2а) коефіцієнт ослаблення K2 змінюється від мінімального значення до максимального в діапазоні кутів від 0 до 2π радіан, а товщина поглинача рівномірно збільшується від мінімальної до максимальної відповідно до формули  , де h - товщина поглинача 5 (фіг. 2а), що відповідає напрямку на джерело гаммаh  c b 360  випромінювання, с - задана константа, що визначає мінімальну товщину поглинача; b - задана константа, що визначає максимальну товщину поглинача; α - кут 6 (фіг. 2а), що відповідає напрямку на джерело гамма-випромінювання у діапазоні від 0° до 360°. При діленні кількості імпульсів, що надходять з другого - 4 (фіг. 2а) детектора на кількість імпульсів, що надходить з першого - 2 (фіг. 1) детектора скорочуються невідомі нам постійні величини такі як енергія фотонів, відстань від точки вимірювання до джерела випромінювання та його інтенсивність, а отримане значення визначається тільки товщиною поглиначів у напрямку джерела. При цьому товщина hi коаксіального поглинача відома і є сталою величиною, a h2 визначається згідно з рівністю K П  j2 / j1  exp h2  / exp h1 і визначене 1 значення відповідає напрямку на джерело γ-випромінювання; кількість імпульсів j1, j2 визначається кількістю γ-квантів, зареєстрованих першим 2 (фіг. 1) та другим 4 (фіг. 2а) детекторами, μ - лінійний коефіцієнт ослаблення матеріалу поглинача, а KП - коефіцієнт  10 15 20 25 30  1 пропорційності. Знаючи коефіцієнт пропорційності KП і коефіцієнт ослаблення першого екрана 1 35 40 45 50 K1, знаходиться коефіцієнт ослаблення другого екрана K2 згідно з залежністю K П  j2  K1 , 1 j1 K 2 який залежить від напрямку на джерело гамма-випромінювання, тобто кут між вибраним напрямком і напрямком на джерело проникаючого випромінювання α=f(K2). Третій детектор 9 (фіг. 2б) з секторним поглиначем призначений для ліквідації невизначеності напрямку близько кута α=0 між мінімальною та максимальною товщиною поглинача 3 (фіг. 2а) і можливими іншими кутами в діапазоні від 0° до 360° та визначає цей напрямок згідно з рівністю j K K П2  3  1 , де j3 - кількість γ-квантів, зареєстрованих детектором 9 (фіг. 2б), а K П 2 j1 K 3 коефіцієнт пропорційності. Як детектори використовують детектори з телуриду кадмію. Таким чином за визначеною товщиною асиметричного поглинача визначається напрямок на джерело гамма-випромінювання залежно від кута між вибраною віссю та напрямком на джерело, оскільки товщина одного з поглиначів задана, а іншого постійна. Для прецизійного визначення кута необхідно повернути асиметричний поглинач до кута 0° від раніше визначеного кута. Завдяки різкій зміні коефіцієнта пропорційності від мінімального значення до максимального, яка спостерігається в області кутів між мінімальною та максимальною товщиною похибка зменшується приблизно в 180 разів пропорційно зменшенню кутового діапазону вимірювання від 360° до 2°. Джерела інформації: 1. О.Е. Лапин, А.Н. Власенко, В.П. Демченков, А.Ф. Первишко. Способ поиска и определения координат источников гамма-излучения: Пат. 2471205 РФ, G01T1/169. - 2011100561/28, Заявл. 11.01.2011; Опубл. 27.12.2012. 2 UA 85911 U 2. Лэй Вин. Многомодульные детектирующие устройства для ускоренного поиска непротяженных источников гамма-излучения и их локализации: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / МИФИ – Москва, 2010. 124 с. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Прецизійний спосіб визначення напрямку на точкове гамма-джерело, в якому вимірюють відношення щільності потоку фотонів, які є ослабленим матеріалом поглинача та реєструються детекторами, який відрізняється тим, що кожний з детекторів, які розташовані всередині поглиначів заданої геометричної форми, визначає відповідну щільність потоку фотонів обернено пропорційно товщині поглинача, крізь яку проходять фотони, а відношення щільності потоку фотонів одна до одної визначає напрямок на постійні джерела гамма-випромінювання в площині за коефіцієнтами пропорційності чи товщиною поглинача перед детекторами за напрямком розповсюдження гамма-випромінювання, після чого проводять прецизійне визначення напрямку на джерело гамма-випромінювання, для якого послідовно асиметричний поглинач повертають межею між мінімальною та максимальною товщиною поглинача на джерело гамма-випромінювання, де значення коефіцієнта пропорційності змінюється від максимального до мінімального в діапазоні кутів 0º±1°. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3