традиционной чувствительности по полю чувствительность в 1/п-октавных полосах частот задана на классе сигналов, по свойствам более близким к шумовым, и поэтому более приемлема для измерений подводного шума в соответствии с [3]. Процедура градуировки не требует излучения шумовых сигналов в гидроакустическом бассейне. Для получения чувствительности в 1/п-октавной полосе частот достаточно использовать подробную частотную характеристику приемника. Значительно сокращается расстояние между источником звука и приемником УПШ как при градуировке, так и измерении излучаемого судном шума.
Несомненно, что введение в практику нового понятия «чувствительность в 1/п-октавной полосе частот», а также конкретизация способа задания чувствительности на классе сигналов с распределенной по частоте мощностью потребуют значительно большего опыта их применения, чем был получен в одной лаборатории. Чтобы уточнить расстояние между приемником и источником звука и оценить возможность градуировки приемника УПШ в лабораторном бассейне заданных размеров необходимо изучить источники рассеяния. К недостаткам подхода следует отнести то, что исследования были ограничены только моделью в виде точечного приемника в окружении локализованных в пространстве эквивалентных источников рассеяния. Вместе с тем часть проблем, связанных со значительной продолжительностью эксперимента по получению подробных частотных характеристик, удалось преодолеть благодаря разработанному во ВНИИФТРИ методу реализации условий свободного поля при излучении в гидроакустическом бассейне с отражающими границами продолжительных линейно-частотно-модулированных и шумовых сигналов [4, 9].
Л и т е р а т у р а
1. EURAMET TC-AUV ROADMAP: UNDERWATER ACOUSTICS. Underwater acoustical metrology to support marine technology and sustain the marine environment [Электрон. ресурс]. www.gobookee.org/ebook/euramet-tc-auv-roadmap-underwater-acoustics-underwater-37se1q (дата обращения 01.06.2014 г.).
2. Marine Strategy Framework Directive 2008/56/EC of the European Parliament and of the Council of 17 June 2008 [Электрон. ресурс]. www.ec.europa.eu (дата обращения 01.06.2014 г.).
3. ANSI/ASA S12.64—2009. Quantities and Procedures for Description and Measurement of Underwater Sound from Ships. Part 1: General Requirements.
4. Исаев A. E. Точная градуировка приемников звукового давления в водной среде в условиях свободного поля. Мен-делеево: Изд-во ВНИИФТРИ, 2008.
5. Исаев A. E. Применение методов акустической голографии при исследовании гидроакустических измерительных модулей в условиях лабораторного бассейна // Законодательная и прикладная метрология. 2007. № 5. С. 53—57.
6. IEC 60565 (2006). Underwater acoustics — Hydrophones — Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz.
7. Robinson S. Review of methods for low frequency transducer calibration in reverberant tanks // PL Report CMAM 034. ISSN 1369-6785. 1999.
8. P50.2.037—2004. ГСИ. Измерения гидроакустические. Термины и определения.
9. Исаев A. E., Матвеев A. H. Градуировка гидрофонов по полю при непрерывном излучении в реверберирующем бассейне // Акустический журнал. 2009. Т. 55. № 6. C. 727—736.
Дата принятия 10.11.2014 г.
539.1.074
Использование методов спектрометрии нейтронов при измерении дозиметрических величин
П. Ф. МАСЛЯЕВ, С. Г. ФЕДОРОВ
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево, Россия, e-mail: fedorov911@gmail.com
Описан алгоритм восстановления спектра нейтронов с использованием нейтронных спектрометров, содержащих различные блоки детектирования, помещенные в шаровой замедлитель. Показаны способы учета и исключения влияния сопутствующего излучения. Описаны преимущества и недостатки различных детекторов, применяемых для дозиметрии нейтронного излучения.
Кпючевые слова: нейтронные дозиметрия и спектрометрия, энергетическая зависимость чувствительности.
An algorithm for the recovery of the neutron spectrum using neutron spectrometers with different detection units placed in a ball moderator. Showing methods of accounting and exclude the effect of concomitant radiation. Influencing factors are described, the advantages and disadvantages of the various detectors used in neutron radiation dosimetry.
Key words: neutron dosimetry and spectrometry, sensitivity energy dependence.
Основными величинами, используемыми в дозиметрии нейтронного излучения, являются мощности поглощенной дозы, ее эквивалента и производные от них величины: кер-ма и поглощенная доза в мышечной ткани, амбиентный
(АЭД) и индивидуальный (ИЭД) эквиваленты дозы. Средства измерений (СИ) поглощенной дозы и ее мощности применяют в лучевой терапии и аварийной дозиметрии [1]. Средства измерений АЭД и его мощности служат при контроле
радиационной обстановки, а СИ ИЭД — для обеспечения радиационной безопасности [2].
Керму нейтронного излучения в мышечной ткани легко рассчитать для известного спектра нейтронов, так как основным процессом взаимодействия с элементами мышечной ткани в области энергий до 10 МэВ является упругое рассеяние, сечения которого достаточно хорошо известны, а также экспериментально определить при измерении поглощенной дозы с помощью набора ионизационных камер или тканеэквивалентного пропорционального счетчика с учетом поглощения нейтронов стенками камер или счетчика, при этом тормозным излучением от вторичных заряженных частиц можно пренебречь.
Значения АЭД и ИЭД, называемые операционными величинами [2], являются достаточно адекватными оценками значений нормируемой величины — эффективной дозы [3, 4]. Они являются производными от эквивалента дозы, который определяется как произведение поглощенной дозы и коэффициента качества. Хотя существуют методы раздельного измерения поглощенной дозы нейтронов и коэффициента качества, они не позволяют воспроизвести единицы этих величин на глубине 1 см в сферическом фантоме диаметром 30 см, как это требуется при измерении АЭД, и на глубине 1 см от поверхности плоского фантома размерами 30x30x15 см в случае измерения ИЭД.
Один из методов измерения АЭД и ИЭД связан с переходом от флюенса нейтронов к значениям этих величин при использовании значений АЭД и ИЭД для единичного флюенса нейтронов различных энергий И0 (10) и Нр0 (10), приведенных в рекомендациях МКРЕ [5].
Таким образом АЭД и ИЭД можно определить как
Н (10)=мХ^Н„*,. (10)(Е)^ (Е); Нр (10) = м Х^Нр0,. (10)(Е) Fi (Е),
(1) (2)
где М — коэффициент нормировки; Н0/(10), Нр0! (10) — значения н0 (10) и Нро (10), усредненные в интервале энергии
А- (Е); (Е) — спектр нейтронного излучения по интервалам энергии А (Е).
В стандарте [6] приведены значения коэффициентов перехода от флюенса нейтронов к АЭД и ИЭД для источников нейтронов АшВе, АшВ, 252С1 и 252а, размещенного в центре сферы диаметром 30 см, заполненной тяжелой водой. В этом случае вклад в спектр нейтронного излучения, рассеянного в помещении, вычитается при дополнительном измерении с конусом (открытая геометрия), который поглощает нейтронное излучение, выходящее из источника. При использовании источника 252С^ размещенного в центре сферы диаметром 30 см, конус использовать невозможно. Таким образом, рекомендуемые коэффициенты можно применять только для специальных помещений больших размеров, когда рассеянное излучение незначительно. Поскольку конус экранирует часть помещения, то для помещений малых размеров простого вычитания может оказаться недостаточно. Стандарт [7] допускает передачу единиц АЭД и ИЭД (поверка, калибровка СИ) в открытой геометрии, но в методиках поверки соответствующих средств измерений ре-
Рис. 1. Набор формирователей
комендуется использовать коллимированную геометрию, когда источник нейтронов размещается в полиэтиленовом контейнере с бором, имеющем отверстие в форме конуса [8]. Коллимированная геометрия имеет преимущество перед открытой, так как влияние помещения на спектр нейтронов в этих случаях существенно уменьшается из-за ослабления излучения контейнером. Вклад рассеянного излучения, которое образуется, в основном, в контейнере и не зависит от помещения, можно рассчитать методом Монте-Карло [9].
Поля нейтронов, в которых необходимо измерять АЭД и ИЭД, как правило, имеют широкий диапазон энергий нейтронного и сопутствующего излучений. Поэтому должна быть возможность учета или исключения влияния сопутствующего излучения и необходимо знать энергетическую зависимость чувствительности (ЭЗЧ) СИ для оценки неопределенности результата измерений в реальных полях нейтронов, причем ЭЗЧ находят на стадии разработки и испытаний СИ. Ввиду отсутствия моноэнергетических нейтронов во всем требуемом диапазоне энергий ЭЗЧ можно определить для отдельных (типовых) спектров, а также в интегральных экспериментах при использовании источников с различными энергетическими спектрами. Такие спектры нейтронов формируются различными формирователями, некоторые из них показаны на рис. 1. В отдельных случаях энергетические спектры можно рассчитать методом Монте-Карло или измерить с помощью нейтронного спектрометра.
Во всех случаях определение спектра нейтронов (восстановление спектра) Е(Е), поступающих от радионуклидных источников, сводится к решению системы интегральных уравнений
«/ = Х1 Щ (Е)^ (Е),, = 1, 2,..., /, (3)
где Я- — показания спектрометра с ¡-м блоком детектирования; \м1 (Е) — чувствительности спектрометра при энергии Е, усредненной в интервале А,- Е.
Рис. 2. Спектры импульсов (сплошные кривые) от взаимодействия нейтронов, прошедших до центра замедлителя диаметром 20 см, со сцинтил-лятором LiI диаметром и высотой 8 мм (а) и от сферического пропорционального счетчика, наполненного газом BFз (б); N — количество частиц в канале, п — номер канала; пунктир — уровень фона и сопутствующее
гамма-излучение
Э, отн. ед.
0,001 0,01 0,1 1 10
Е, МэВ
Рис. 3. Энергетические зависимости чувствительности S для детектора тепловых нейтронов при размещении его в полиэтиленовых замедлителях диаметрами 70; 120; 200; 300 см — соответственно кривые 1—4
Решение (3) находится в итерационном процессе по методу максимального прав
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.