PL242191B1

PL242191B1 - Sposób aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności

Info

Publication number: PL242191B1
Application number: PL434929A
Authority: PL
Inventors: Konrad Tudyka; Aleksander Kolarczyk; Sebastian Miłosz; Adam Pilśniak; Piotr Moska; Grzegorz Poręba
Original assignee: Midose Solutions Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2023-01-30
Also published as: PL434929A1

Abstract

Sposób aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności, polega na tym, że pod fotopowielacz (1) umieszcza się pojemnik pomiarowy (2) zawierający badany materiał radioaktywny (3), nad którym znajduje się scyntylator (4) do detekcji cząstek a o grubości nie większej, niż 100 µm oraz scyntylator (5) do detekcji cząstek β o grubości nie większej, niż 2 mm, przy czym nad scyntylatorami (4 i 5) znajduje się warstwa przezroczystego tworzywa sztucznego (7) o grubości nie mniejszej niż 0,01 mm, nad którą znajduje się kolejna warstwa scyntylatora (7), natomiast scyntylatory (4, 5 i 6) posiadają różne czasy zaniku scyntylacji, z których sygnał po zarejestrowaniu przez przetwornik analogowo-cyfrowy, w co najmniej trzech odstępach czasu nie większych niż 100 ns przesyła serie danych pomiarowych podczas pomiaru tła oraz źródeł promieniotwórczych α i β, które wykorzystuje się do nadzorowanego uczenia maszynowego oraz stworzenia klasyfikatorów do rozróżniania impulsów pochodzących od cząstek α, β oraz tła.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności.

W stosowanych obecnie detektorach scyntylacyjnych do pomiarów niskich radioaktywności promieniowania jądrowego stosuje się osłony aktywne, które wykorzystywane są do detekcji sygnałów w koincydencji. Pozwala to odrzucić tak zwane tło detektora które nie jest związane z radioaktywnością badanego materiału. W dużej części sygnał tła pochodzi od zaburzeń elektromagnetycznych, wtórnego promieniowania kosmicznego, głównie cząstki μ oraz z radioizotopów zawartych w materiale detektora oraz jego otoczeniu.

Stosowane dotychczas rozwiązania polegają na wykrywaniu sygnału z osłony aktywnej, a następnie usuwanie sygnału, który jest w koincydencji czasowej (Pall Theodórsson, “Measurement of Weak Radioactivity” rozdział 11.8 “Guard counters and their background reduction”, World Scientific, 1996). Takie rozwiązania wymagają oddzielnych torów pomiarowych co zwiększa skomplikowanie detektora.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 4651006 (A) znany jest sposób wykorzystujący specjalistyczną elektronikę, która zlicza liczbę impulsów wtórnych, co komplikuje budowę detektora i nie pozwala wykorzystać pełnego potencjału urządzenia, który wynika z analizy przebiegu czasowego.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności, który wyeliminuje potrzebę wykorzystania oddzielnych detektorów i układów elektronicznych.

Cel ten osiągnięto stosując fotopowielacz rejestrujący równocześnie fotony z co najmniej trzech scyntylatorów o różnych czasach zaniku scyntylacji.

Sposób aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności, polega na tym, że pod fotopowielacz umieszcza się pojemnik pomiarowy zawierający badany materiał radioaktywny, nad którym znajduje się scyntylator do detekcji cząstek α o grubości nie większej, niż 100 μm oraz scyntylator do detekcji cząstek β o grubości nie większej, niż 2 mm, przy czym nad scyntylatorami znajduje się warstwa przezroczystego tworzywa sztucznego o grubości nie mniejszej niż 0,01 mm, nad którą znajduje się kolejna warstwa scyntylatora, natomiast scyntylatory posiadają różne czasy zaniku scyntylacji, z których sygnał po zarejestrowaniu przez przetwornik analogowo-cyfrowy, w co najmniej trzech odstępach czasu nie większych niż 100 ns przesyła serie danych pomiarowych podczas pomiaru tła oraz źródeł promieniotwórczych α i β, które wykorzystuje się do nadzorowanego uczenia maszynowego oraz stworzenia klasyfikatorów do rozróżniania impulsów pochodzących od cząstek α, β oraz tła.

Korzystnie sposób aktywnej redukcji tła według wynalazku polega na tym, że scyntylator do detekcji tła uformowany jest tak, że dowolna prosta przecinająca scyntylatory do detekcji cząstek α i β przecina scyntylator do detekcji tła.

Zaletą rozwiązania wynalazku jest obniżenie progu detekcji radionuklidów α i β promieniotwórczych, poprzez zintegrowanie osłony z układem detekcji cząstek α i β. Dzięki klasyfikacji sygnału przy pomocy technik uczenia maszynowego, ulega obniżeniu tło pochodzące z promieniowania jonizującego i od zaburzeń elektromagnetycznych oraz umożliwia separację impulsów wywołanych przez promieniowanie α, β oraz tło.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia układ aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności oraz powiększony wycinek przekroju osłony aktywnej.

Pod fotopowielaczem (1) umieszcza się pojemnik pomiarowy (2), wewnątrz którego znajduje się 2,0 g badanego materiału radioaktywnego (3) zawierającego szeregi promieniotwórcze ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th. Cząstki α emitowane z materiału radioaktywnego ze względu na ich maksymalny zasięg docierają do pierwszej warstwy scyntylatora (4) ZnS:Ag o grubości nie większej niż 40 μm i wywołują scyntylacje o czasie zaniku około 230 ns. Promieniowanie β ze względu na znacznie większy zasięg traci energię i wywołuje scyntylacje głównie w drugiej warstwie scyntylatora (5) plastikowego o czasie zaniku scyntylacji 5 ns i grubości 2 mm. Wtórne promieniowanie kosmiczne w tym wysokoenergetyczne cząstki μ ze względu na geometrię układu wywołują scyntylacje w trzeciej warstwie scyntylatora (6) plastikowego o czasie zaniku scyntylacji 200 ns i grubości 1 mm która dodatkowo oddzielona jest warstwą szkła akrylowego (7) o grubości 0,5 mm. Trzy warstwy scyntylatorów (4), (5) i (7) wykonane są z materiałów o różnych stałych zaniku scyntylacji. Scyntylator (7) uformowany jest w kształcie połączonej cylindrycznej rury i dysku jak przedstawia Fig. 1 oraz Fig. 1A. Sygnał wywołany przez scyntylacje na wyjściu fotopowielacza (1) przez cząstki α, β oraz impulsy tła w tym μ posiada różne przebiegi czasowe. Sygnał ten jest rejestrowany przez przetwornik analogowo-cyfrowy w co najmniej trzech 30 ns odstępach czasu. Po analizie odpowiedzi sygnał pochodzący od α, β oraz μ może budowane są klasyfikatory przy pomocy algorytmów uczenia maszynowego, które umożliwiają klasyfikację przebiegów czasowych do promieniowania α, β bądź tła.

Sposób aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego do pomiaru niskich radioaktywności znajdzie zastosowanie w pomiarze szeregów promieniotwórczych ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th oraz innych naturalnie występujących radionuklidów w środowisku takich jakich jak ⁸⁷Rb, ⁴⁰K, ¹⁴C, ³H.

Claims

1. Sposób aktywnej redukcji tła detektora scyntylacyjnego i separacji impulsów w pomiarach niskich radioaktywności, znamienny tym, że pod fotopowielacz (1) umieszcza się pojemnik pomiarowy (2) zawierający badany materiał radioaktywny (3), nad którym znajduje się scyntylator (4) do detekcji cząstek α o grubości nie większej, niż 100 μm oraz scyntylator (5) do detekcji cząstek β o grubości nie większej, niż 2 mm, przy czym nad scyntylatorami (4) i (5) znajduje się warstwa przezroczystego tworzywa sztucznego (6) o grubości nie mniejszej niż 0,01 mm, nad którą znajduje się kolejna warstwa scyntylatora (7), natomiast scyntylatory (4), (5) i (7) posiadają różne czasy zaniku scyntylacji, z których sygnał po zarejestrowaniu przez przetwornik analogowo-cyfrowy, w co najmniej trzech odstępach czasu nie większych niż 100 ns przesyła serie danych pomiarowych podczas pomiaru tła oraz źródeł promieniotwórczych α i β, które wykorzystuje się do nadzorowanego uczenia maszynowego oraz stworzenia klasyfikatorów do rozróżniania impulsów pochodzących od cząstek α, β oraz tła.

2. Sposób aktywnej redukcji tła według zastrz. 1, znamienny tym, że scyntylator (7) do detekcji tła uformowany jest tak, że dowolna prosta przecinająca scyntylatory (4), (5) do detekcji cząstek α i β przecina scyntylator do detekcji tła.