Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения

Развитие ряда перспективных ядерных технологий (управляемый ускорителем электронов мощный источник нейтронов, производство медицинских изотопов, гамма-активационный анализ и др.) основано на применении высокоэнергетичного (>10 МэV) тормозного излучения (ВТИ) большой интенсивности (>1 кВт/см²)....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Никифоров, В.И., Помацалюк, Р.И., Шевченко, В.A., Шляхов, И.Н., Шляхов, Н.А., Тенишев, A.Э., Уваров, В.Л.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2008
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Применение ускорителей
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111441
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения / В.И. Никифоров, Р.И. Помацалюк, В.A. Шевченко, И.Н. Шляхов, Н.А. Шляхов, A.Э. Тенишев, В.Л. Уваров // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 196-200. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111441
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1114412025-02-09T22:26:49Z Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения Система вимірювання профілю потоку високоенергетичного гальмівного випромінення Measuring system of high-energy bremsstrahlung profile Никифоров, В.И. Помацалюк, Р.И. Шевченко, В.A. Шляхов, И.Н. Шляхов, Н.А. Тенишев, A.Э. Уваров, В.Л. Применение ускорителей Развитие ряда перспективных ядерных технологий (управляемый ускорителем электронов мощный источник нейтронов, производство медицинских изотопов, гамма-активационный анализ и др.) основано на применении высокоэнергетичного (>10 МэV) тормозного излучения (ВТИ) большой интенсивности (>1 кВт/см²). Одной из ключевых проблем диагностики такого излучения является измерение его пространственно-энергетического распределения. Для ее решения использован метод, основанный на совместной экспозиции набора тонких фольг, размер которых превышает поперечный размер потока ВТИ, причем фольги выполнены из материалов, имеющих различный энергетический порог (g,N)-реакций – метод фотоядерного конвертера (ФК). Восстановление профиля интенсивности ВТИ в каждом энергетическом диапазоне производится на основе измерения распределения поверхностной активности ФК. Для этого используют специально разработанный гамма-сканер. Эксплуатация гамма-сканера показала влияние рассеянного g-излучения на детекторы, что существенно снижает пространственное разрешение метода. Для его увеличения предложен алгоритм обработки сигналов детекторов, основанный на представлении ФК в виде двумерной матрицы точечных гамма-источников. Применение алгоритма позволяет улучшить пространственное разрешение в 2-3 раза. Розвиток ряду перспективних ядерних технологій (кероване прискорювачем електронів потужне джерело нейтронів, виробництво медичних ізотопів, гамма-активаційний аналіз та ін.) засновано на застосуванні високоенергетичного (>10 МеВ) гальмівного випромінення (ВГВ) великої інтенсивності (>1 кВт/см²). Однією з ключових проблем діагностики такого випромінення є вимірювання його просторово- енергетичного розподілу. Для її рішення використано метод, заснований на спільній експозиції набору тонких фольг, розмір яких перевищує поперечний розмір потоку ВГВ, причому фольги виконані з матеріалів, що мають різний енергетичний поріг (g,N)-реакцій – метод фотоядерного конвертера (ФК). Встановлення профілю інтенсивності ВГВ у кожному енергетичному діапазоні проводиться на основі вимірювання розподілу поверхневої активності ФК. Для цього використовують спеціально розроблений гамма-сканер. Експлуатація гамма-сканера показала вплив розсіяного g-випромінення на детектори, що істотно знижує просторове розділення методу. Для його збільшення запропоновано алгоритм обробки сигналів детекторів, заснований на представленні ФК у вигляді двомірної матриці точкових гамма-джерел. Застосування алгоритму дозволяє поліпшити просторове розділення у 2-3 рази. The development of a number perspective nuclear technologies (high-power neutron-source driven by electron Linac, medical isotopes production, gamma-activation analysis etc.) is based on application high-energy (>10 МeV) bremsstrahlung (HEB) with high-intensity (>1 kW/cm²). One of the key problems in diagnostics of such radiation is the measurement of its space-energy distribution. For its solution the method based on a joint activation of a set of thin metal foils, which size exceeds cross sectional dimension of a НЕВ flux is used. The foils are made from materials having a different threshold of (gamma, N) reactions - method of the photonuclear converter (PNC). The profile of НЕВ intensity in each energy range is reconstructed from measured distribution of a PNC surface activity. For this purpose one use specially designed gamma-scanner. The exploitation of the gamma-scanner has shown acting of scattered gamma-radiation on detectors, that essentially degrades the spatial resolution of the method. For its increase the processing logic of signals from detectors, based on representation of PNC by the two-dimensional matrixes of dot gamma - sources is offered. The application of this algorithm allows to improve the spatial resolution of a method by 2-3 times. Работа выполнена при поддержке НТЦУ, контракты №3151 и №Р228. 2008 Article Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения / В.И. Никифоров, Р.И. Помацалюк, В.A. Шевченко, И.Н. Шляхов, Н.А. Шляхов, A.Э. Тенишев, В.Л. Уваров // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 196-200. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111441 621.384 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Применение ускорителей Применение ускорителей
spellingShingle	Применение ускорителей Применение ускорителей Никифоров, В.И. Помацалюк, Р.И. Шевченко, В.A. Шляхов, И.Н. Шляхов, Н.А. Тенишев, A.Э. Уваров, В.Л. Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения Вопросы атомной науки и техники
description	Развитие ряда перспективных ядерных технологий (управляемый ускорителем электронов мощный источник нейтронов, производство медицинских изотопов, гамма-активационный анализ и др.) основано на применении высокоэнергетичного (>10 МэV) тормозного излучения (ВТИ) большой интенсивности (>1 кВт/см²). Одной из ключевых проблем диагностики такого излучения является измерение его пространственно-энергетического распределения. Для ее решения использован метод, основанный на совместной экспозиции набора тонких фольг, размер которых превышает поперечный размер потока ВТИ, причем фольги выполнены из материалов, имеющих различный энергетический порог (g,N)-реакций – метод фотоядерного конвертера (ФК). Восстановление профиля интенсивности ВТИ в каждом энергетическом диапазоне производится на основе измерения распределения поверхностной активности ФК. Для этого используют специально разработанный гамма-сканер. Эксплуатация гамма-сканера показала влияние рассеянного g-излучения на детекторы, что существенно снижает пространственное разрешение метода. Для его увеличения предложен алгоритм обработки сигналов детекторов, основанный на представлении ФК в виде двумерной матрицы точечных гамма-источников. Применение алгоритма позволяет улучшить пространственное разрешение в 2-3 раза.
format	Article
author	Никифоров, В.И. Помацалюк, Р.И. Шевченко, В.A. Шляхов, И.Н. Шляхов, Н.А. Тенишев, A.Э. Уваров, В.Л.
author_facet	Никифоров, В.И. Помацалюк, Р.И. Шевченко, В.A. Шляхов, И.Н. Шляхов, Н.А. Тенишев, A.Э. Уваров, В.Л.
author_sort	Никифоров, В.И.
title	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения
title_short	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения
title_full	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения
title_fullStr	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения
title_full_unstemmed	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения
title_sort	система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Применение ускорителей
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111441
citation_txt	Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения / В.И. Никифоров, Р.И. Помацалюк, В.A. Шевченко, И.Н. Шляхов, Н.А. Шляхов, A.Э. Тенишев, В.Л. Уваров // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 196-200. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT nikiforovvi sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT pomacalûkri sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT ševčenkova sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT šlâhovin sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT šlâhovna sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT teniševaé sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT uvarovvl sistemaizmereniâprofilâpotokavysokoénergetičnogotormoznogoizlučeniâ AT nikiforovvi sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT pomacalûkri sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT ševčenkova sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT šlâhovin sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT šlâhovna sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT teniševaé sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT uvarovvl sistemavimírûvannâprofílûpotokuvisokoenergetičnogogalʹmívnogovipromínennâ AT nikiforovvi measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile AT pomacalûkri measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile AT ševčenkova measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile AT šlâhovin measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile AT šlâhovna measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile AT teniševaé measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile AT uvarovvl measuringsystemofhighenergybremsstrahlungprofile
first_indexed	2025-12-01T10:01:03Z
last_indexed	2025-12-01T10:01:03Z
_version_	1850299660459048960
fulltext	УДК 621.384 СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОТОКА ВЫСОКОЭНЕРГЕ- ТИЧНОГО ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В.И. Никифоров, Р.И. Помацалюк, В.A. Шевченко, И.Н. Шляхов, Н.А. Шляхов, A.Э Тенишев, В.Л. Уваров Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Харьков, Украина E-mail: uvarov@kipt.kharkov.ua Развитие ряда перспективных ядерных технологий (управляемый ускорителем электронов мощный источ- ник нейтронов, производство медицинских изотопов, гамма-активационный анализ и др.) основано на при- менении высокоэнергетичного (>10 МэV) тормозного излучения (ВТИ) большой интенсивности (>1 кВт/см2). Одной из ключевых проблем диагностики такого излучения является измерение его пространственно-энерге- тического распределения. Для ее решения использован метод, основанный на совместной экспозиции набора тонких фольг, размер которых превышает поперечный размер потока ВТИ, причем фольги выполнены из ма- териалов, имеющих различный энергетический порог (γ,N)-реакций – метод фотоядерного конвертера (ФК). Восстановление профиля интенсивности ВТИ в каждом энергетическом диапазоне производится на основе из- мерения распределения поверхностной активности ФК. Для этого используют специально разработанный гам- ма-сканер. Эксплуатация гамма-сканера показала влияние рассеянного γ-излучения на детекторы, что суще- ственно снижает пространственное разрешение метода. Для его увеличения предложен алгоритм обработки сигналов детекторов, основанный на представлении ФК в виде двумерной матрицы точечных гамма-источни- ков. Применение алгоритма позволяет улучшить пространственное разрешение в 2-3 раза. 1. ВВЕДЕНИЕ Высокоэнергетичное тормозное излучение (ВТИ) с высокой интенсивностью (>103 Вт/см2) получают путем взаимодействия мощного пучка ускоренных электронов со специальной мишенью − конвертером. В принципе, такие процессы можно с хорошей точно- стью исследовать методом компьютерного моделиро- вания на основе стандартизованных программных си- стем (MCNP, GEANT, PENELOPE и др.). Этим мето- дом можно, в частности, рассчитать пространствен- но-энергетическое распределение потока тормозных фотонов в зависимости от состава конвертера и ха- рактеристик пучка электронов. Такой подход целесо- образен на начальном этапе разработки и оптимиза- ции фотоядерных технологий. Вместе с тем, в про- цессе их реализации необходимо получать прямую информацию об интенсивности и профиле потока ВТИ (например, для юстировки мишени и оценки скорости фотоядерных реакций в ней). Ранее нами было предложено устройство (гамма- сканер) для определения профиля ВТИ путем измере- ния распределения поверхностной активности фольг из материалов, имеющих разный порог фотоядерных реакций, после их экспонирования в потоке тор- мозных фотонов [1]. Такую мишень, трансформиру- ющую информацию о профиле и интенсивности ВТИ в распределение активности, называют фотоядерным конвертером (ФК) [2]. Опыт эксплуатации первого образца гамма-сканера [3] позволил выявить ряд недостатков, связанных как с неоптимальным выбо- ром схемного решения прибора, так и с его про- граммным обеспечением. В данной работе изложены результаты разра- ботки усовершенствованной версии гамма-сканера и метода восстановления профиля ВТИ из результатов сканирования ФК. 2. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ФК -Возможность измерения пространственно энер- гетического распределения ВТИ при помощи ФК и - :гамма сканерарассмотрим в дваэтапа - определение условий адекватной трансформации профиля ВТИ в распределение активности ФК; - реконструкция этого профиля по результатам сканирования ФК. В данном разделе проанализируем требования, ко- торым должен удовлетворять ФК для обеспечения со- ответствия распределения его активности профилю ВТИ. Для этого рассмотрим процесс объемной актива- ции ФК тормозными фотонами (Рис.1). S fotons FE targetconverter Rcor R D C BA O  e- Рис.1. Схема активации ФК Фотон, вылетающий из конвертера под углом ∠ COF=α, в точке С, удалённой на расстоянии CF=R от центральной оси OF и на расстоянии AC= от передней стенки мишени, нарабатывает некую ак- тивность. Эту активность следует отнести к точке D, которая отражает размер фотонного пучка на по- ____________________________________________________________ PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3. Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.196-200. 196 mailto:uvarov@kipt.kharkov.ua верхности мишени. Точка D находится на расстоя- нии DE=Rcor от оси OF, которое меньше R на ве- личину AD=δ. Величина δ следующим образом зависит от по- ложения точки C на линии AB=L: ( ) ( ) Rl l tg l S l δ α= =Ч Ч + , (1) где S – расстояние мишени от конвертера. Для активностей во всех точках на линии AB следует взять усреднённую величину δ , которая в простейшем случае равна: ( (0) ( )) 2 ( ) LL R S L δ δ δ= + = Ч +Ч ½ , (2) где L – толщина мишени. Следовательно, активности мишени на расстоя- нии R от центра соответствует поверхностная плот- ность фотонного пучка на расстоянии corR , равном: cor corR R Rδ= − = ЧK . (3) При S= 5 мм для мишеней L = 3.5 мм, L = 1 мм и L=0.1мм геометрический поправочный коэффициент соответственно равен Kcor= 0.8, Kcor= 0.92 и Kcor=0.99. Таким образом, если абсциссы радиального рас- пределения изотопов в мишени умножить на геомет- рический фактор Kcor, то полученное распределение наилучшим образом соответствует реальному распре- делению фотонов на поверхности мишени. На Рис.2 приведены результаты моделирования распределения профиля тормозных фотонов на по- верхности мишени и наведенной активности изото- па Мо-99 по реакции 100Мо(γ,n)99Мо в ФК из молиб- дена толщиной 3.5 мм при энергии электронов Е0=40МэВ. Расчеты выполнялись на основе системы PENELOPE/2006 [4]. Черные точки на рисунке − ре- зультат прямого расчёта активности, светлые точки − результат корректировки прямого расчёта, учиты- вающей геометрию облучения. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Расстояние от оси, см dP /d S но рм Е0= 40 МэВ Рис.2. Распределение тормозных фотонов и актив- ности ФК (Мо; 3.5 мм) Сравнение показывает, что достоверность сужде- ния о размере фотонного пучка по распределению откорректированной наработанной активности ми- шени заметно возрастает. Можно также сделать вы- вод, что применение ФК малой толщины (<0.1 мм) обеспечивает наибольшее соответствие между рас- пределениями потока фотонов и наведенной актив- ности. 3. ГАММА-СКАНЕР Реконструкция профиля ВТИ проходит в два эта- па: - измерение распределения поверхностной ак- тивности ФК гамма-сканером; - обработка результатов сканирования с помо- щью специально разработанного алгоритма. Гамма-сканер предназначен для визуализации распределения плотности наведенной активности фотоядерного конвертера и является конструктивным продолжением системы, описанной в [3]. Конструктивно система, как и в начальном варианте, состоит из: - детекторной головки (ее конструкция анало- гична приведенной в работе [3]); - устройства прецизионного позиционирова- ния ФК (относительно детекторной головки); - электронных блоков и ЭВМ. 3.1. УСТРОЙСТВО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ МИШЕНИ Особенностью устройства позиционирования в данном варианте прибора является возможность сканирования только одной мишени – ФК (Рис.3). Это позволило уменьшить габариты устройства, а также снизить влияние фона от соседних активных мишеней. Основные характеристики устройства: • габариты – 200×200×120 мм; • вес – не более 0,5 кг; • минимальный шаг перемещения каретки – 0.14 мм; • максимальная скорость перемещения – 7 мм/с; • время подготовки к работе – не более 1мин.; • время наработки на отказ – не менее 10000 час. Рис.3. Устройство позиционирования ФК ____________________________________________________________ PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3. Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.196-200. 197 3.2. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОНИКИ Блок-схема системы измерения распределения поверхностной активности ФК приведена на Рис.4. В ее состав входят: − блок детектирования, состоящий из системы перемещения ФК и детекторной головки с 16- ю предварительными усилителями; − 16-ти канальный дискриминатор; − 16-ти канальный счетчик; − блок управления шаговым двигателем устрой- ства позиционирования ФК; − формирователь временных интервалов (таймер экспозиции); − интерфейс USB; − интерфейс EPP; − источник вторичного электропитания. Рис.4. Блок-схема гамма-сканера Принципиальным отличием данной системы яв- ляется отказ от интерфейса КАМАК и переход на интерфейс USB. В результате, вся система управле- ния и источник вторичного электропитания поме- стились на двух печатных платах размерами 100х125 мм (см. Рис.5). Рис.5. Внешний вид электронных блоков гамма-сканера 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВТИ 4.1. ЭКСПЕРИМЕНТ Для экспериментального исследования парамет- ров ВТИ был создан прототип источника на энер- гию электронов 40 МэВ на базе ускорителя ЛУ-40 [5]. Общая схема прототипа со средствами диагно- стики излучения приведена на Рис.6. Непосредственно на выходе ускорителя ЛУ-40 размещен сенсор 1, с помощью которого ведется мо- ниторинг положения оси пучка относительно оси конвертерного устройства. Последнее включает кор- пус 3 из Al, в котором расположены 4 пластины из Та (поз.4), каждая толщиной 1 мм. Пластины охла- ждаются проточной водой. Пучок электронов попадает на пластины через входное окно 2 (нерж.сталь; 0.3 мм). В задней части корпуса 3 находится герметизирующая крышка-ста- кан 5, внутри которой размещенны по две фольги – ФК из Мо и Сu (поз.6). Расстояние между наборами фольг составляет 45 мм. Такая геометрия избрана для возможности измерения наряду с про- странственно-энергетическим распределением тор- мозных фотонов также их углового расхождения. За узлом конвертера находится толстостенная свобод- новоздушная ионизационная камера 7 типа ИКВ-6. Ионизационный ток камеры пропорционален потоку энергии (мощности) тормозного излучения. +320V Iion вода e- γ 2 3 4 5 6 7 1LU-40 ИКВ-6 Рис.6. Схема прототипа источника ВТИ После активации ФК извлекались из облучательного устройства и устанавливались в гамма-сканер. Рис.7. Распределение активности ФК (молибден) 198 На Рис.7 приведен пример распределения по- верхностной активности ФК из молибдена, получен- ного методом сплайн-интерполяции результатов по- шагового сканирования фольги. 4.2. АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ГАММА-СКАНЕРА Ограниченный по толщине коллиматор детектор- ной головки не позволяет полностью исключить фо- новую засветку каждого детектора соседними участками ФК, что приводит к ухудшению про- странственного разрешения прибора. Для решения этой проблемы был предложен алгоритм обработки амплитуд сигналов детекторов с использованием модельных представлений источника излучения и детекторной системы. Предположим, что ФК состо- ит из набора точечных моноэнергетических источ- ников, расположенных с шагом L в виде матрицы 16х16, а детектирующая система лишена собствен- ных шумов. Тогда, полное число отсчетов N каждо- го детектора для каждой строки матрицы имеет вид N1=X1+k1X2+k2X3 N2=X2+k1X1+k1X3+k2X4 N3=X3+k1X2+k2X1+k1X4+k2X5 (4) ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ N16=X16+k1X15+k2X14, где, X1,..X16 – активность источников в строке мат- рицы; k1, k2 – коэффициенты воздействия соседних источников на рассматриваемый детектор. Коэффициенты k1, k2 определяются эксперимен- тально. По их численному значению находится вклад фонового излучения с каждой стороны для данного детектора. Следует заметить, что эти коэффициенты зависят от энергии излучения и для каждого материа- ла ФК имеют свое значение. Таким образом, получаем систему из 16 линейных уравнений для каждой строки матрицы модели ФК в виде X1 k1⋅X2 k2⋅X3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k1⋅X1 X2 k1⋅X3 k2⋅X4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A= k2⋅X1 k1⋅X2 X3 k1⋅X4 k2⋅X5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k2⋅X14 k1⋅X15 X16 Для учета влияния фонового излучения как по горизонтали, так и вертикали ФК достаточно матри- цу А сделать транспонированной. Окончательный результат – это среднее арифметическое между пер- вым и вторым шагом расчетов. Матрица А является разреженной. Алгоритм ре- шения системы линейных уравнений с разреженной матрицей приводится ниже. Рассмотрим линейное уравнение А х = В, (6) где А – разреженная матрица размерности n x n, для которой необходимы три вектора: один реальный и два целых. Реальный вектор – это массив, состоя- щий из ненулевых членов матрицы А, их число nz; два целых – массивы длиной nz, содержащие номе- ра строк irow и столбцов jcol, соответствующих по- ложению ненулевых членов матрицы А Airow(i),jcol(i)=a(i) , i=1,.., nz . (7) Для решения системы линейных уравнений с разреженной матрицей вначале применяется LU факторизация коэффициентов матрицы. Если эта процедура не выполняется, используется симмет- ричная стратегия Маркова для выбора центра вра- щения и дальнейшей стабилизации численного про- цесса. Алгоритм тогда может быть записан следую- щим образом: PAQ=LU, (8) где P и Q – матрицы строк и столбцов, определяе- мые Марковским процессом, L и U – верхняя и ниж- няя треугольные матрицы, соответственно. Оконча- тельное решение X имеет вид: Lz = Pb, Uy = z, (9) X = Qy. 4.3. ПРОВЕРКА АЛГОРИТМА Для проверки модели и алгоритма обработки был проведен эксперимент с использованием имитатора ФК. Имитатор представлял собой полоску фольги из никеля шириной 2 мм, активированного в поле тор- мозного излучения ускорителя с образованием изото- па Со-57 [6]. Имитатор устанавливался в гамма-ска- нер и производилась съемка поверхностного распре- деления активности. Результаты реализации предложенного алгорит- ма приведены на Рис.8. Разрешение по координате Х на полувысоте составляет 12.5 мм для Рис.8,а и 5…6 мм для Рис.8,б, соответственно. Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности предложенного алгоритма и правильности выбора модельных представлений. а b Рис. 8. Распределение активности имитатора: ____________________________________________________________ PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3. Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.196-200. 199 (5) а – без обработки; b - с обработкой ЗАКЛЮЧЕНИЕ Разработанное оборудование и программное обеспечение для диагностики потока тормозного из- лучения с использованием фотоядерного конвертера позволяет определять пространственно-энергетиче- скую структуру излучения, на основе которой воз- можна оптимизация размера мишеней, их юстировка в потоке фотонов с максимальной плотностью, а также оценка скорости генерации изотопов при фотоядерном производстве. Работа выполнена при поддержке НТЦУ, контракты №3151 и №Р228. ЛИТЕРАТУРА 1. S.P.Karasyov, V.I.Nikiforov, R.I.Pomatsalyuk, et al. Methods of Bremsstrahlung Monitoring for Photonu- clear Technologies // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. “Nuclear Physics Investigation”. 2006, №2, p.204-206. 2. G.N. Kim et al. Activities at Pohang Neutron Facil- ity // Proc. Workshop on Nucl. Data Production and Evalution, Pohang, Korea, Aug.25-26, 2000. p.1-10. 3. S.P. Karasyov, V.I. Nikiforov, R.I. Pomatsalyuk, et al. High-Intensity Bremstrahlung Monitoring Sys- tem for Photonuclear Technologies //EPAC’06, Ed- inburg, June 2006, p.1235-1237. 4. F. Salvat, J.M. Fernandez-Varea and J. Sempau. “PENELOPE-2006 A Code System for Monte Car- lo Simulation of Electron and Photon Transport” // OECD Nuclear Energy Agency, Issyles-Moulin- eaux, France, 2006. 5. K.I. Antipov, M.I. Ayzatsky, Yu.I. Akchurin, et al. S- Band Electron Linac with Beam Energy of 30… 100 MeV // Problems of Atomic Science and Technol- ogy. Ser. “Nuclear Physics Investigation”. 2004, №5, p.135-138. 6. N.P. Dikiy, A.N. Dovbnya, O.A. Repikhov, et al. Electron Linac Production of Co-57 for Gamma- Chamber Calibration // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. “Nuclear Physics Investigation”. 2001, №5(39), p.200-202. MEASURING SYSTEM OF HIGH-ENERGY BREMSSTRAHLUNG PROFILE V.I. Nikiforov, R.I. Pomatsalyuk, V.A. Shevchenko, I.N. Shlyakhov, N.A. Shlyakhov, A.Eh. Tenishev, V.L. Uvarov The development of a number perspective nuclear technologies (high-power neutron-source driven by electron Linac, medical isotopes production, gamma-activation analysis etc.) is based on application high-energy (>10 МeV) bremsstrahlung (HEB) with high-intensity (>1 kW/cm2). One of the key problems in diagnostics of such radiation is the measurement of its space-energy distribution. For its solution the method based on a joint activation of a set of thin metal foils, which size exceeds cross sectional dimension of a НЕВ flux is used. The foils are made from mater- ials having a different threshold of (gamma, N) reactions − method of the photonuclear converter (PNC). The profile of НЕВ intensity in each energy range is reconstructed from measured distribution of a PNC surface activity. For this purpose one use specially designed gamma-scanner. The exploitation of the gamma-scanner has shown acting of scattered gamma-radiation on detectors, that essentially degrades the spatial resolution of the method. For its in- crease the processing logic of signals from detectors, based on representation of PNC by the two-dimensional ma- trixes of dot gamma - sources is offered. The application of this algorithm allows to improve the spatial resolution of a method by 2-3 times. СИСТЕМА ВИМІРЮВАННЯ ПРОФІЛЮ ПОТОКУ ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНОГО ГАЛЬМІВНОГО ВИПРОМІНЕННЯ В.І. Нікіфоров, Р.І. Помацалюк, В.А. Шевченко, І.М. Шляхов, М.А. Шляхов, А.Е. Тєнішев, В.Л. Уваров Розвиток ряду перспективних ядерних технологій (кероване прискорювачем електронів потужне джерело нейтронів, виробництво медичних ізотопів, гамма-активаційний аналіз та ін.) засновано на застосуванні високоенергетичного (>10 МеВ) гальмівного випромінення (ВГВ) великої інтенсивності (>1 кВт/см2). Однією з ключових проблем діагностики такого випромінення є вимірювання його просторово- енергетичного розподілу. Для її рішення використано метод, заснований на спільній експозиції набору тонких фольг, розмір яких перевищує поперечний розмір потоку ВГВ, причому фольги виконані з матеріалів, що мають різний енергетичний поріг (γ,N)-реакцій – метод фотоядерного конвертера (ФК). Встановлення профілю інтенсивності ВГВ у кожному енергетичному діапазоні проводиться на основі вимірювання розподілу поверхневої активності ФК. Для цього використовують спеціально розроблений гамма-сканер. Експлуатація гамма-сканера показала вплив розсіяного γ-випромінення на детектори, що істотно знижує просторове розділення методу. Для його збільшення запропоновано алгоритм обробки сигналів детекторів, заснований на представленні ФК у вигляді двомірної матриці точкових гамма-джерел. Застосування алгоритму дозволяє поліпшити просторове розділення у 2-3 рази. 200 Возможность измерения пространственно-энергетического распределения ВТИ при помощи ФК и гамма-сканера рассмотрим в два этапа: Реконструкция профиля ВТИ проходит в два этапа:

Система измерения профиля потока высокоэнергетичного тормозного излучения

Institution

Ähnliche Einträge