Расчёт положения эффективного центра энерговыделения сцинтилляционных детекторов для задач калибровки при малых расстояниях «источник–детектор»

Неорганические сцинтилляционные детекторы широко используются для измерения мощности дозы в окружающей среде благодаря их высокой чувствительности к фотонному излучению. Отличительной особенностью при использовании таких детекторов является необходимость учёта положения эффективного центра энерговыделения. Эта особенность актуальна при использовании средств измерений с неорганическими сцинтилляционными детекторами в качестве рабочих эталонов при калибровке на малых расстояниях «источник–детектор» в условиях низкофоновой камеры или установки с защитой от внешнего фона гамма-излучения в диапазоне мощностей доз от 0,03 до 0,3 мкЗв/ч (мкГр/ч). Целью данной работы являлся расчёт положения эффективного центра энерговыделения сцинтилляционных NaI(Tl) детекторов и его учёт при работе на малых расстояниях «источник‒детектор».

Предложен оригинальный метод определения положения эффективного центра энерговыделения при облучении боковых и торцевых поверхностей неорганического сцинтилляционного детектора параллельным потоком гамма-излучения и точечными источниками гамма-излучения на малых расстояниях «источник‒детектор» с использованием методов Монте-Карло. Представлены результаты расчёта положения эффективного центра энерговыделения детекторов на основе NaI(Tl) «популярных» размеров для случаев параллельного потока гамма-излучения и точечных источников гамма-излучения на малых расстояниях «источник‒детектор». Приведены функциональные зависимости положения эффективного центра энерговыделения детекторов на основе NaI(Tl) кристаллов от расстояния до точечных источников гамма-излучения и энергии источников гамма-излучения.

В результате исследования установлено, что для сцинтилляционных NaI(Tl) детекторов небольших размеров (например, Ø25×40 мм или Ø40×40 мм) точечный источник гамма-излучения, находящийся на расстоянии 1 м и более, создаёт поле излучения, не отличающееся по характеристикам от поля излучения, которое создаёт параллельный поток гамма-излучения. Показано, что приближение точечного источника гамма-излучения к поверхности сцинтилляционного детектора приводит к смещению положения эффективного центра энерговыделения к поверхности детектора.

1. IEC 61017:2016. Radiation protection instrumentation – Transportable, mobile or installed equipment to measure photon radiation for environmental monitoring. – Introd. 10.02.16. Geneva: Intern. Electrotechnical Commiss, 2016, р. 86.

2. IEC 60846–1:2009. Radiation protection instrumentation – Ambient and/or directional dose equivalent (rate) meters and/or monitors for beta, X and gamma radiation – Part 1: Portable workplace and environmental meters and monitors. – Introd. 16.04.09. Geneva: Intern. Electrotechnical Commiss, 2009, р. 116.

3. IEC 62533:2010. Radiation protection instrumentation – Highly sensitive hand–held instruments for photon detection of radioactive material. – Introd. 21.06.10. Geneva: Intern. Electrotechnical Commiss, 2010, р. 26.

4. Dombrowski H., Neumaier S. Traceability of the PTB low-dose rate photon calibration facility. Radiation Protection Dosimetry, 2010, no. 140, pp. 223–233. DOI: 10.1093/rpd/ncq120

5. Lukashevich R., Verhusha Y., Guzov V. Kozemyakin V. Application scintillation comparators for calibration low intense gamma radiation fields by dose rate in the range of 0.03–0.1 µSv/h. Springer Proceedings Phys., vol. 227, pp. 221–235. DOI: 10.1007/978-3-030-21970-3_16

6. Lukashevich R. Calculation of effective center of gamma-radiation scintillation detector and its consideration at dosimetric control of radiation packages. Proceedings of the 11th International Scientific Conference “Sakharov Readings 2011: Ecological Problems of the XXI Century”, Minsk, 2011, рр. 201–204.

7. ISO 4037–3:2019. Radiological protection – X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy. – Part 3: Calibration of area and personal dosemeters and the measurement of their response as a function of energy and angle of incidence. – Introd. 30.01.19. International Organization for Standardization, 2019, p. 76.

8. Ivanov V. Dosimetry of ionizing radiation. Moscow, Atomizdat Publ., 1964.

9. Mariuchi S. A new method of dose evaluation by spectrum dose conversion operator and determination of the operator", JAERI 1209, 1971.

10. Fokov G., Kozhemyakin V. On the calibration of the Cherenkov detector of galactic and solar cosmic protons with energies from 600 MeV. ANRI Publ., 2021, no. 1 (104), pp. 53‒62.