Программный комплекс для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов и методика обработки гамма-спектров

Соловьева, Светлана Леонидовна

Программный комплекс для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов и методика обработки гамма-спектров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Соловьева, Светлана Леонидовна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Программный комплекс для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов и методика обработки гамма-спектров»

Автореферат диссертации на тему "Программный комплекс для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов и методика обработки гамма-спектров"

На правах рукописи

003447В90

СОЛОВЬЕВА Светлана Леонидовна

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ГАММА-СПЕКТРОВ.

01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

О 2 ОКТ 2008 Москв,.2008

003447690

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) и в Лаборатории Спектрометрии и Радиометрии (ООО «ЛСРМ»),

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, Улин Сергей Евгеньевич, МИФИ, г. Москва

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор

Пятков Юрий Васильевич, МИФИ, г. Москва

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики, Лущиков Владислав Иванович, ОИЯИ, г. Дубна

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научный Центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики", г. Москва

Защита состоится «29» октября 200В г. в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.130.07 в МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, дом 31, тел. 324-84-98,323-92-51

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан «18» сентября 2008г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета, С.Е. Улин

доктор физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность темы.

Спектрометрические методы анализа состава вещества как по радиоиуклидному составу, так и по изотопному содержанию с появлением приборов высокого разрешения находят все новые применения на практике в таких областях, как экология и охрана окружающей среды, сертификация продукции, таможенный контроль и т.д.

Достоверность и точность таких измерений определяется как качеством аппаратуры, так и методическим и программным обеспечением. Многообразие объектов измерения с разнообразным радионуклидным составом порождает создание большого количества методик выполнения измерения (МВИ) и соответствующих программных продуктов.

Зачастую создание реальных образцов в целях разработки и последующей апробации МВИ сопряжено с такими затратами, что делает процедуру их детального тестирования практически нереальной. В качестве примера можно указать области таможенного контроля делящихся и радиоактивных материалов (ТКДРМ) и паспортизации радиоактивных отходов, где эти проблемы проявляются особенно сильно.

Характер такого рода измерений практически исключает пробоподготовку с целью приведения образцов к стандартной геометрии измерения, предполагающей гомогенизацию образца. В качестве объектов ТКДРМ выступают мощные радиоактивные источники, помещенные в транспортные защитные контейнеры, номенклатура которых исчисляется сотнями, различающиеся как размерами, так и материалом, из которого они изготовлены. В случае паспортизации радиоактивных отходов объектами измерений являются большие емкости: 200 -литровые бочки, контейнеры с крафт-мешками и т.д., неоднородно заполненные радиоактивными отходами.

Радионуклидный состав таких объектов столь же многообразен' зачастую он включает короткоживущие радионуклиды, что еще больше затрудняет изготовление образцов для лабораторных измерений

взаимодействия излучения с веществом и т.д), так и расчетных методов. Для практического использования такого инструмента необходимо иметь возможность сохранения параметров моделей детекторов, источников и геометрий измерения, а также удобного подключения программных алгоритмов для расчета и последующей обработки полученных данных. Все это накладывает определенные требования на разрабатываемый инструмент модульность представления и обработки данных, наличие четко специфицированных правил обмена и хранения информации. Таким образом, речь идет о создании интегрированной программно-информационной системы для моделирования гамма-спектрометрических измерений.

Как уже отмечалось выше, модельные спектры могут использоваться для целей тестирования методов, алгоритмов и программ обработки Такой подход имеет ряд очевидных преимуществ, можно подготовить набор тестовых спектров для различных источников, типов детекторов и условий измерения; модельные спектры лишены неконтролируемых аппаратурных эффектов, с другой стороны эти эффекты могут быть наложены контролируемым образом; можно промоделировать спектры для источников с произвольным точно заданным радионуклидным составом и активностью, чего нельзя сказать о реальных образцах, единообразно могут быть получены как калибровочные спектры, так и спектры измеряемых образцов с нужными свойствами (плотность, материал)

Использование модельных спектров представляется перспективным при проведении калибровочных процедур. Здесь одной из проблем корректной обработки данных является определение функции отклика детектора в широком диапазоне энергий. Такая потребность возникает при применении методов, использующих форму аппаратурной линии, в частности метода обработки на основе эталонных гамма-спектров, экспериментальное получение которых для ряда важных прикладных задач практически невозможно Это касается, например, отдельных радионуклидов, находящихся в цепочке распадов, короткоживущих радионуклидов и т д

Еще одним важным аспектом применения интегрированной программно-информационной системы является процесс обучения Использование даже самых подробных МВИ невозможно без квалифицированного персонала, обладающего практическими навыками применения методик и программного обеспечения Возможность применения в процессе обучения дорогостоящей аппаратуры, также как моделирования разнообразных ситуаций в учебных центрах на реальных объектах крайне ограничена. Интегрированная программно-информационная система может

использоваться практически неограниченно в моделировании различных ситуаций с произвольной аппаратурой для выработки практических навыков у пользователей методик. Применение системы в целях обучения накладывает дополнительные требования на разрабатываемый продукт - реалистичный интерфейс: трехмерная графика, расчет спектра в режиме реального времени и т.д.

Помимо гамма-спектрометрических измерений, такая система может использоваться и для моделирования различных физических процессов В частности, с появлением детекторов большого объема стала актуальной необходимость учета эффекта истинного суммирования каскадных гамма-кватов. Интегрирование в систему требуемых справочных ядерно-физических данных и программных компонентов, реализующих соответствующие алгоритмы, позволяет настроить ее для решения такой задачи. Основными целями диссертационной работы являются:

Разработка инструмента для моделирования гамма-спектров точечных и объемных источников, в том числе в защитных контейнерах, различными типами детекторов

Создание интегрированной программно-информационной системы для моделирования гамма-спектрометрических измерений (получение модельных спектров при различных условиях проведения эксперимента).

Разработка обучающего комплекса для моделирования экспериментов в режиме реального времени на основе интегрированной программно-информациониой системы

Разработка методов расчета данных, необходимых при проведении спектрометрического анализа экспериментальной информации (эффективности регистрации, параметров радиоактивного распада радионуклидов, поправочных коэффициентов для коррекции эффекта истинного суммирования каскадных гамма-квантов), на основе информационных и программных ресурсов системы, а также создание методики обработки экспериментальных данных с учетом особенностей формы аппаратной линии гамма-спектрометра.

Исследование возможностей применения гамма-детекторов на основе сжатого ксенона для решения задач идентификации сложного радионуклидного состава с использованием интегрированной программно-информационной системы для моделирования экспериментов.

Научная новизна работы заключается в следующем'

Разработана схема быстрого моделирования гамма-спектров источников произвольного радионуклидного состава на основе данных, предварительно рассчитанных с использованием метода Монте-Карло

Реализована интегрированная программно-информационная система для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов с детекторами различных типов и произвольным набором радиоактивных источников (точечных или объемных, твердых, жидких, газообразных, в защитных контейнерах) с учетом условий измерения.

Разработан 'обучающий Тренажер-эмулятор для моделирования измерений источников с помощью полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов в режиме реального времени на основе информационных и программных ресурсов системы.

Разработан программный комплекс «Нуклид Мастер» для получения данных, необходимых для спектрометрического анализа' эффективности регистрации, параметров радиоактивного распада, поправочных коэффициентов для коррекции эффекта истинного суммирования.

Проведено моделирование экспериментов с ксеноновым детектором с целью исследования возможностей его применения для идентификации и расчета активности сложного радионуклидного образца и определения изотопного состава плутония. Практическая ценность работы

Реализована интегрированная программно-информационная система «ГаммаЛаб» для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов (алгоритмы, справочно-информационные базы данных, графические и интерфейсные модули).

На ее основе создан электронный Тренажер-эмулятор для отработки практических вопросов применения спектрометров СКС-50М и Гамма-1СЖВ1. Комплекс разработан по заказу Федеральной таможенной службы с целью повышения эффективности подготовки должностных лиц таможенных органов при проведении таможенного оформления и таможенного контроля делящихся и радиоактивных материалов и внедрен во Владивостокском и С.-Петербургском филиалах Российской таможенной академии.

Другим приложением, разработанным на основе информационных и программных ресурсов системы, является «Нуклид Мастер». Библиотеки радионуклидов, созданные с помощью этого комплекса с учетом эффекта истинного суммирования, могут использоваться при обработке спектров, моделировании экспериментов и т.д. «Нуклид Мастер» установлен на ряде предприятий ГК «Росатом», Федеральной таможенной службы.

Разработана и опробована методика обработки экспериментальных данных е учетом особенностей формы аппаратной линии различных гамма-спектрометров, в частности полупроводниковых, сцинтилляционных и ксеноновых. Проведена проверка методики как на экспериментальных, так и на модельных спектрах. Методика может быть

применена для обработки результатов измерений, полученных с использованием других, в том числе и новых типов детекторов

Вклад автора. Автором лично были разработаны структура и логика программно-информационной системы «ГаммаЛаб», схема моделирования спектров, базы ядерно-физических данных, проведена интеграция модулей в систему. Автор является основным разработчиком приложений Тренажер-эмулятор и «Нуклид Мастер». Автором лично проведены модельные и реальные эксперименты с детекторами полупроводниковым СКС-50М, сцинтилляционным Гамма-1С/7\|В1 и детектором на основе сжатого ксенона. На защиту автор выносит следующие результаты:

1. Структуру и логику интегрированной программно-информационной системы «ГаммаЛаб» и принципы моделирования гамма-спектрометрических экспериментов.

2. Электронный Тренажер-эмулятор для обучения работе со спектрометрами СКС-50М и Гамма-1СЛЧВ1. В его состав входят

• базы и библиотеки ядерно-физичсских данных,

• модули для расчета методом Монте-Карло функций отклика детектора и геометрии измерения на монохроматическое излучение,

• алгоритмы расчета "реального" аппаратурного спектра, который учитывает условия проведения измерений и текущее состояние прибора,

• модуль для расчета в реальном времени спектра от требуемых лабораторным заданием источников излучения,

• обучающая программа для создания и выполнения практических заданий с реалистичным трехмерным интерфейсом,

• интегрирующая оболочка, обеспечивающая связь между всеми компонентами комплекса.

3 Программный комплекс «Нуклид Мастер», основными функциями которого являются

• получение информации о параметрах радиоактивного распада большинства известных радионуклидов (более 3000 с учетом метастабильных состояний) на основе оцененных ядерных данных ЕКББР,

• создание пользовательских библиотек радионуклидов,

• расчет эффективности регистрации и поправочных коэффициентов для коррекции эффекта истинного суммирования.

4. Методику обработки экспериментальных гамма-спектров с учетом особенностей формы аппаратной функции спектрометра и результаты ее использования для детекторов на основе сжатого ксенона

5 Результаты моделирования экспериментов с использованием «ГаммаЛаб», проводимых для исследования возможностей применения детектора на основе сжатого ксенона для идентификации и определения активности сложного радионуклидного состава и определения изотопного состава плутония. Апробация работы:

Результаты работы докладывались на IX, X Международном совещании "Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии" ППСР (2005, 2007) и XIII ежегодном семинаре "Спектрометрический анализ Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ" в ФГОУ "ГЦИПК" г. Обнинск (2006) Публикации.

Диссертация основана на работах, которые были опубликованы в период с 20052008 гг. в российских и зарубежных журналах, материалах международных конференций и семинарах [1-8], из них 3 статьи в реферируемых журналах. Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из 5 глав, введения, заключения и списка литературы. Каждая из глав содержит краткое резюме ее содержания. Основные выводы диссертации приведены в заключении Объем диссертации 151 страница, 43 рисунка, 20 таблиц, 78 наименований цитируемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность создания инструмента для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов, сформулированы цели и задачи работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор существующих справочных данных по параметрам радиоактивного распада и сечениям взаимодействия гамма-излучения с веществом, а также численных методов расчета, описывающих перенос излучения в веществе

Наиболее полная информация о ядерной структуре и распадах (в настоящий момент до А < 293) содержится в библиотеке ENSDF, которая поддерживается национальным центром ядерных данных в Брукхейвенской национальной лаборатории. Данные представлены в виде общедоступных, постоянно обновляемых и корректируемых

компьютерно - ориентированных файлов и содержат все необходимые данные по распаду ядра.

На сегодняшний день существует целый ряд данных по сечениям взаимодействия гамма-излучения с веществом, как в печатном, так и в электронном виде. Одной из самых известных и широко используемых, в том числе и при составлении других библиотек и программ расчета, является программа ХСОМ. С се помощью могут быть получены сечения и коэффициенты поглощения для элементов с 1 по 100 в диапазоне энергий от 1 кэВ до 100 ГэВ.

Пространственное, энергетическое и угловое распределения излучения определяются решением уравнения переноса излучения. Для реальной трехмерной геометрии коэффициенты этого уравнения являются весьма сложными функциями энергии и пространственных координат. Поэтому для таких задач абсолютно точное решение практически невозможно Среди численных методов только Монте-Карло позволяет моделировать процесс транспорта частиц в произвольной трехмерной геометрии с учетом основных типов взаимодействия гамма-излучения с веществом

Во второй главе рассматриваются принципы моделирования спектров, структура и логика построения системы «ГаммаЛаб», ее базовые информационные и программные компоненты

Как известно, наиболее общая связь между естественным спектром, описываемым функцией <р(Е), и аппаратурным спектром 1р{Е') дается интегральным уравнением

Фредгольма 1-го рода цг(Е')= ^К(Е,Е'ур(Е)с1Е (1)

Ядро уравнения К(Е,Е') дает вероятность того, что частица с истинной энергией Е зарегистрируется прибором как частица с энергией Е'

Предположив, что в случае монохроматического излучения с энергией Ео ядро К(Е0,Е')может быть представлено как свертка компонентов, описывающих физический спеюр и его уширение под воздействием аппаратурных эффектов, можно представить функцию отклика детектора на монохроматическое излучения как умноженную на эффективность регистрации 7](Еа) свертку функции О(Е0,Е), описывающей вероятность передачи чувствительному объему детектора энергии Е при попадании в него частицы с энергией Ео, и функции для учета энергетического разрешения спектрометра С(Е, Е')

Поскольку каждая из функций О, С?, т] зависит от углового и пространственного распределения регистрируемого излучения, вводится оценка по взаимодействию для определения вклада в суммарный поток тех частиц, которые провзаимодействовали в чувствительном объеме детектора Данная оценка определяется следующим образом:

Т = Э|Аф(1 - ехр(- цЬ)), (3)

где в - угол между направлением движения частицы и внутренней нормалью к поверхности чувствительного объема детектора в точке их пересечения ад; £ - длина отрезка, концы которого являются точками пересечения направления движения частицы с поверхностью чувствительного объема детектора (отрезок находится внутри чувствительно объема); ¡л - линейный коэффициент поглощения для материала чувствительного объема детектора и энергии падающего фотона, А - площадь поверхности чувствительного объема; ф- поток в точке ад

Оценка по взаимодействию позволяет унифицировать функции О и использовать их для расчета аппаратурных спектров различных источников излучения в геометрий измерения, что существенно упрощает общую схему расчета аппаратурных распределений

Моделирование гамма-спектрометрических измерений заключается в расчете спектра излучения источника, в том числе в защитном контейнере, в точке расположения детектора, его преобразовании с учетом аппаратурных эффектов, и передаче во внешнюю программу для отображения и дальнейшей обработки. Рассматриваемый в данной работе подход заключается в использовании матриц отклика детектора и т.н «образца» (геометрии измерения) на монохроматическое излучение.

Методом Монте-Карло один раз рассчитывается набор универсальных, не зависящих от углового и пространственного распределения регистрируемого излучения функций отклика детектора на монохроматическое излучение. Тогда аппаратурный спектр источника представляет собой ее свертку с рассчитанным физическим спектром в точке расположения детектора.

Для «образца» на сетке энергий методом Монте-Карло рассчитывается физический спектр моноэнергетического излучения. Физический спектр заданного радионуклидного состава можно представить как суперпозицию спектров монолиний в соответствии с интенсивностями линий излучения источника. Использование такого подхода позволяет рассчитать один раз набор физических спектров монолиний на сетке энергий в конкретной геометрии (например, для контейнера с нужными параметрами), а затем

проводить достаточно быстрые по времени операции интерполяции и суперпозиции с использование данных по параметрам радиоактивного распада для получения физического спектра конкретного источника.

Таким образом, процедура получения аппаратурного спектра состоит из следующих этапов (Рис. 1):

1. Построение методом Монте-Карло функции отклика на моноэнергетическое излучение для модели детектора

2. Расчет матрицы отклика детектора на энергетической сетке.

3. Построение методом Монте-Карло квазифизических спектров монолиний для заданного диапазона энергий гамма-излучения, энергетической сетки и набора точек расположения спектрометра и его ориентаций относительно источника.

4. Суперпозиция квазифических

Монте-Карло

Отклик детектора

Форма линии

Матрица отклика

Образец (геометрии, и

химич параметры)

Монте-Карло

Квазифизические спектры монолиний

интерполяция, суперпозиция

спектров монолинии в соответствии с интенсивностями линий излучения источника для получения суммарного спектра, которые далее сворачиваются с матрицей отклика детектора.

Поскольку расчеты методом Монте-Карло занимают длительное время, в системе предусмотрена процедура

быстрого моделирования

спектра, которая использует предварительно полученные шаблоны - набор аппаратурных гамма-спектров, смоделированных для заданного радионуклидного состава источника излучения и геометрии измерения для совокупности точек пространства вокруг источника и набора ориентаций детектора в каждой такой точке.

Энергетический спектр

Аппаратурный спектр

Внешняя программа

Рис. 1 Краткая схема моделирования спектра

Данные по параметрам радиоактивно- I го распада I

Расчетные модули

I ПтаиоТШ.! ( I Г

Параметры

моделируемых IГ

ИСТОЧНИКОВ |

иглучеиия I

Параметры моделируемой аппаратуры

данных в

1.00»' И ВИИ I

прйьиламе

'' соппяжсн и я ;

ШШяША

. , >

и графические

Внешние программы обработки

Рис. 2. Общая схема построения системы «ГаммаЛаб»

Основными составляющими системы являются (Рис. 2):

• Базы и библиотеки ядерно-физических данных (по радиоактивным распадам на основе Е№ОР, сечениям взаимодействия гамма-излучения с веществом ХСОМ).

• Базы данных для хранения моделей источников излучения и аппаратуры (в т.ч. отдельная база данных «образцов»), графические оболочки для задания параметров.

• Расчетные и интерфейсные модули для реализации моделирования спектров и / или других алгоритмов, в соответствии с поставленной задачей, а также дополнительные справочные библиотеки.

• Внешние программы обработки, которые поддерживают открытый протокол передачи спектрометрической информации.

Расчетные алгоритмы, интерфейсные и графические приложения входят в состав

системы в виде отдельных модулей, которые подключаются с учетом правил сопряжения:

• определены форматы их входных и выходных данных, служебных файлов,

• доступ к информационным ресурсам осуществляется через специальную библиотеку функций, что позволяет заменять и добавлять необходимые справочные данные,

• разработан открытый протокол представления и передачи спектрометрической информации.

Общая схема моделирования гамма-спектрометрических измерений,

рассматриваемая в данной работе, состоит из трех этапов:

1. Разработка и сохранение в базах данных моделей источников излучения и аппаратуры.

2. Генерация шаблонов аппаратурных гамма-спектров.

3. Моделирование спектра в режиме реального времени для конкретного расположения и взаимной ориентации детектора и источника и передача данных во внешнюю программу.

В работе рассматриваются точечные и объемные цилиндрические образцы, в том числе и в многослойных защитных контейнерах. Для удобства интерфейса объемные образцы подразделяются на твердые и жидкие/газообразные. Кроме того, отдельно выделены урановые и плутониевые образцы, активность которых определяется материалом образца Модели источников, испускающих излучение заданного радионуклидного состава, описывают геометрические параметры образца, материал, форму, размеры, наличие защитного контейнера и его геометрические параметры для последующего учета поглощения при прохождении через слои материала

Модели аппаратуры, регистрирующей излучение, включают детекторы (полупроводниковые и сцинтилляционные), анализаторы, коллиматоры различных типов с возможностью задания размеров и материалов основных конструкционных элементов.

В третьей главе приведено описание программной реализации основных составляющих системы «ГаммаЛаб» (баз данных, интерфейсных и расчетных модулей) и механизмов передачи данных: открытый протокол и библиотека функций для доступа к информационным ресурсам.

Данные по параметрам радионуклидного распада входят в состав системы в виде базы, которая содержит параметры более чем 3000 радионуклидов с учетом метастабильных состояний и около 3400 распадов (а, (}-, Р+, е, а также переходы с мстастабильных уровней в основное состояние). ЕЫЗОГ были дополнены данными о характеристическом излучении Брукхейвенской лаборатории.

Для доступа к информационным ресурсам, входящих в состав системы, реализована библиотека функций, которая позволяет выполнять цепочки запросов к одной или нескольким базам и библиотекам, осуществлять поиск, фильтрацию и вывод данных. Модельный спектр передается в окно анализатора внешней программы обработки через файл, проецируемый в память ММК

В четвертой главе рассматриваются приложения, разработанные на основе интегрированной программно-информационной системы «ГаммаЛаб».

Для отработки практических вопросов применения гамма-спектрометров СКС-50М и Гамма-1СЖВ1 создан электронный Тренажер-эмулятор. Он представляет собой пакет методического и программного обеспечения, позволяющий организовать и корректировать процесс обучения.

Для более реалистичного воспроизведения гамма-спектрометрических экспериментов в процедуру моделирования добавлен еще один этап - генерация "реального" аппаратурного спектра, который учитывает аппаратурные эффекты (уширение пиков, сдвиг пиков, шумы электроники, просчеты) в зависимости от за1рузки, времени прогрева аппаратуры и наличия/отсутствия высокого напряжения.

Рис. 3 Модельные спектры '"Сэ от полупроводникового детектора: "идеальный" (а), с просчетами (б) и уширенный (в).

Процедура проверки

заключалась в сравнении

экспериментальных данных от конкретных детекторов с результатами моделирования с использованием Тренажера. В таблице 1 приведены результаты обработки модельных спектров, которые демонстрируют совпадение в пределах погрешностей рассчитанных активностей с их паспортными значениями.

Другим приложением, созданным на основе программных и информационных ресурсов системы «ГаммаЛаб», является комплекс «Нуклид Мастер». Он разработан для получения параметров радиоактивного распада, учета эффекта истинного суммирования каскадных гамма-квантов при обработке спектров, расчета эффективности регистрации и создания пользовательских библиотек радионуклидов.

■ ; ^

"Ч л ■

•V V\ . ......... 'Г—:.

1 ц ■Л"

л ....... чл

Рис. 4. Участки реального (сверху) и модельного (снизу) спектров 152£и в КТ1 5 от Гамма- 1С/ЫВ1 (слева) и 60Со в КТ 1 -20 от СКС-50(М) (справа).

Таблица 1

Источник Пасп., А, кБк Гамма-1С/ЫВ1 СКС-50М

Эксперимент Модель Эксперимент Модель

А,кБк | 8А,% А,кБк | 6А,% А, кБк | 5А,% А. кБк 1 5А,%

точечные источники

""Со 1 197.6 206 8 210 9 200 2,7 203 1,8

1МС8 95,1 98 7 99 6 89,9 1,7 92,8 1,3

|ыЕи 243,6 [250 И 258 4 236,2 1,4 243,7 1

точечные источники в защитных контейнерах

60Со в КТ1-5 197,6 203 10 200 6 182 7 188 4

""СовКП-Ю 197,6 200 11 204 7 184 8 189 7

""Со в КТ1-20 197,6 190 14 205 8 197 8 193 4

""Сй вКТ1-5 95.1 96 9 95 6 90 4 85 4

'"СввКТМО 95,1 107 10 99 6 91 5 86 4

'ИС8 в КТ1-20 95,1 105 17 100 7 90 4 91 4

'"Ей в КТ1-5 243.6 260 15 245 10 222 2 232 2

152Ет1вКТ1-10 243,6 250 17 244 10 240 2.2 239 2,2

'"ЕивКП-20 243,6 260 23 254 11 240 2,8 239 2,7

Эффект истинного суммирования проявляется в так называемых каскадных переходах и обусловлен суммированием импульсов, образующихся в результате одновременной регистрации нескольких каскадных у- квантов в чувствительном объеме детектора. Так как время жизни ядерных уровней обычно гораздо меньше длительности импульсов на выходе детектора, в детекторе регистрируется только суммарная энергия каскадных гамма-лучей, а не энергия каждого отдельного у- кванта. Эти события приводят к искажению у- спектра измеряемого источника: к увеличению или уменьшению площадей пиков полного поглощения или к появлению ложных пиков

суммы с энергиями, которые

Крмлтон 1 Инк' "--------- -----------

ил

Комгггон 2 Пик 2

'/¿ШЯ - Комптон 1 + Комптон 2 •в®® - Пик 1+ Комптон 2 НвййИШ . Пик 2+ Комптон 1 вив -Пик )+Пик2

Рис. 5. Деформация измеряемого у - спектра каскадного источника

отсутствуют в истинном спектре излучения источника (Рис. 5).

Поправочный коэффициент для коррекции эффекта истинного суммирования определяется как отношение неискаженной площади пика полного поглощения (Е) к экспериментально определенной, искаженной процессом истинного суммирования (Е):

В данной работе для расчета эффективности регистрации и поправочных коэффициентов создан динамически связываемый модуль (DLL) TccfCalc (True Coincidence Correction Factors CALCulation). Расчет проводится методом Монте-Карло с использованием оцененных ядерных данных ENSDF для произвольных у-излучакяцих радионуклидов при измерениях точечных и объемных источников (сосуд Маринелли, цилиндрическая кювета) с применением детекторов различных типов (коаксиальные, пленарные, широкодиапазонные и колодезные полупроводниковые, а также сцинтилляционные) Транспорт фотонов производится с учетом основных типов взаимодействия гамма-излучения с веществом. Сечения взаимодействия фотонов рассчитываются на основе данных библиотеки ХСОМ. Данные ENSDF дополняются выходами квантов характеристического излучения К и L - серий.

Реализованная схема расчета кроме у - у совпадений учитывает корреляцию у -излучения с аннигиляционными квантами, сопровождающими Р+-распад, и рентгеновскими квантами К- и L-серий, возникающими вследствие эффектов внутренней конверсии и К-захвата Кроме того, учитываются анизотропия угловой корреляции каскадных у -квантов. Функции угловых корреляций у -излучения рассчитываются теоретически на основе информации о спинах участвующих ядерных состояний, а также мультипольностях и параметрах смешивания соответствующих у - переходов.

Для решения задачи учета эффекта истинного суммирования каскадных гамма-квантов были разработаны и проинтегрированы в программно-информационную систему:

1. Графическая оболочка GMaster для задания параметров моделей источника и детектора

2. DLL-модуль TccfCalc для расчета эффективности регистрации и поправочных коэффициентов.

3. DLL-модуль CorrectLib для коррекции интенсивностей гамма-излучения в библиотеке радионуклидов.

Проверка результатов, полученных с использованием модуля TccfCalc, проводилась путем сравнения с имеющимися экспериментальными данными и расчетами других авторов В Таблицах 2, 3 приведено сравнение расчетных значений эффективностей (в %) и поправочных коэффициентов с экспериментальными данными и расчетами с использованием модифицированного кода MCNP, для HPGe- детектора с относительной эффективностью 61,6% и источника шЕи в сосуде Маринелли объемом 1л. Д-относитеяьное отклонение расчетных величин от экспериментальных В приведенных значениях эффективностей регистрации учтен эффект истинного суммирования

Таблица 2.

Энергия, кэВ Эффективность регистрации СР

Эксперим ТссПСа1с Д,% Эксперим Тсс1Са1с Д,%

121,8 5,45 ±0,19 5,61 2.9 1,18 ±0,05 1,132 ^1.3

244,7 4,49 ±0,16 4,34 -3,3 1,22 ±0,05 1,178 "3,1

344,3 3,59 ±0,13 3,40 -5,2 1,08 ±0,04 1,083 -0,1

411,1 3,14±0,12 2,93 -6,6 1,19 ± 0,05 1,204 1,3

444,0 2,96 ±0,11 2,79 -5,6 1,15 ±0,05 1,158 1,1

778,9 2,02 ± 0,07 1,93 -4,6 1,07 ±0,04 1,119 4,6

867,3 1,87 ±0,07 1,82 -2,9 1,16 ±0,05 1,195 2,7

964,0 1,76 ±0,06 1,71 -2,7 1,04 ±0,04 1,075 3,4

1085,8 1,63 ±0,06 1,57 -3,4 0,93 ±0,04 0,978 4,7

1112,0 1,61 ±0,06 1,54 -4,2 1,01 ±0,04 1,048 3,7

1408,0 1,38 ±0,05 1,37 -0,9 1,03 ±0,04 1,061 2,8

Таблица 3.

Энергия, кэВ ТссГСа1с МСЫР Д,% Энергия, кэВ ТссГСа1с МС№ Д,%

СР 5,% СР 5,% СР 8,% СР 6,%

121,8 1,139 0,31 1,132 0,21 0,66 867,4 1,225 1,41 1,195 0,78 2,46

244,7 1,169 0,69 1,173 0,39 -0,34 964,1 1,076 0,77 1,070 0,46 0,57

295,9 1,233 3,10 1,217 1,62 1,30 1005,3 1,191 3,84 1,152 2,07 3,27

444,0 1,183 1,39 1,182 0,75 0,09 1085,9 0,976 0,93 0,978 0,56 -0,18

488,7 1,187 3,79 1,211 2,01 -1,98 1112,1 1,056 0,82 1,050 0,50 0,57

564,0 1,158 3,60 1,100 1,97 4,98 1212,9 1,228 2,72 1,193 1,47 2,86

688,7 1,045 2,89 1,056 1,56 -1,00 1408,0 1,066 0,71 1,056 0,45 0,91

810,5 0,955 4,74 0,890 2,76 6,80 1457,6 0,943 4,51 0,936 2,63 0,71

В пятой главе приводится методика обработки экспериментальных данных с учетом особенностей формы аппаратной функции детектора, результаты ее применения для гамма-детектора на основе сжатого ксенона, а также результаты моделирования экспериментов с использованием системы «ГаммаЛаб» для приборов этого класса.

При обработке спектра форма аппаратной функции детектора задается с помощью т н пик-образа - табличного представления формы аппаратной линии, которое

позволяет учитывать пики вылета характеристического излучения. Пик-образ можно использовать при обработке спектров, полученных с помощью ксенонового гамма-детектора, характерной особенностью аппаратной функции которого является хорошо заметный пик вылета рентгеновских квантов с энергией

Таблица 4

Источник Пасп данные Измср активность

А, кБк погр.,% А, кБк погр, %

'"С* 113,5 3 113 3

шСо 99,6 3 99 12

123,1 3 119 7

'"Ва 117 3 119 6

Смесь

ШС8, 113,5 3 107 11

мСо, 99,6 3 105 7

иЫа, 123,1 3 124 9

шВа 117 3 120 9

примерно на 30 кэВ меньше энергии пика полного поглощения. В Таблице 4 приведены результаты расчета активности радионуклидов на основании спектров от стандартных источников и смеси 137Сз, 60Со, 22Ш,|33Ва, измдзенных ксеноновым гамма-детектором. Из этих данных следует, что рассчитанные активности в пределах ошибок совпадают с паспортными характеристиками используемых в измерении радионуклидов.

На базе построенной модели ксенонового детектора был проведен цикл модельных эксперимеетов, включающих как калибровочные измерения, так и измерения непосредственно образцов.

Для проверки возможности применения ксенонового гамма-детектора для обнаружения и идентификации радионуклидов были проведены моделирование и обработка спектров образцов, измерение которых традиционно проводилось с использованием ОЧГ-детекторов. Обработка проводилась с использованием методики, которая позволяет учитывать

специфику формы аппаратной функции ксенонового гамма-детектора. Представленные в таблице 5 результаты обработки спектров модельных источников, радионуклидный состав которых соответствует пробам,

отобранным в начале развития Чернобыльской катастрофы

(Рис.6), демонстрируют

принципиальную возможность применения ксеноновых

детекторов для проведения таких измерений.

Для исследования

возможности применения детекторов на основе сжатого ксенона для определения изотопного состава плутония были промоделированы образцы с изотопным составом,

радионуклидного состава выброса из аварийного блока Чернобыльской АЭС, от полупроводникового (сверху) и ксенонового (снизу) детекторов.

Таблица 5

Изотоп Паспорт А,Бк НРОе-детектор Хе-детектор

А, Бк Погр % А, Бк Погр %

п,Хе 44753 46500 5 54000 17

"'I 7473 7550 2 7600 4

,4иВа 3990 3970 2,4 3940 3

4000 3970 4 3770 2,8

>«Рг 2261 2380 4 2100 29

3000 3040 6 2830 9

3000 2960 2,8 3060 4

®Мо 2968 2950 2,7 2790 5

"»Се 2500 2500 6 2530 9

"»Ни 1600 1580 2,6 1690 7

шТе 1486 1460 4 1440 11

5%р 1000 1003 2,2 1150 9

1000 980 5 970 4

1ИС5 500 500 2,0 488 2,9

389 406 1,5 374 3

»мТс 286 296 8 300 10

,4(1Ьа 68,2 68,5 2,6 75 11

и№> 3,27 3,4 9 <14

соответствующим «оружейному» и «реакторному» плутонию, для ксенонового и ОЧГ-детектора. С целью выявления влияния 237и и 24'Аш на определение изотопного состава, а также исследования возможности определения возраста образца, моделировались спектры с разным временем выделения. Методика измерения изотопного состава предполагает учет самопоглощения гамма-излучения в материале образца, которое зависит от массы образца, в связи с чем моделировались образцы двух масс 500г и 10т. В таблице 6 приведены результаты обработки модельных спектров оружейного плутония от ОЧГ- и ксенонового детекторов. Для изотопов плутония приведены весовые соотношения в %, для 241 Ат - мкг/ г Ри, для 237и - вг/ г Ри. Образцы плутония различались по массе и времени, прошедшему со времени выделения Результаты обработки показывают, что с использованием ксенонового детектора содержание Ри достоверно определяется с точностью в несколько процентов, что сравнимо с точностью ОЧГ-спектрометрии. Достаточно надежно определяется 241 Лт, что позволяет с хорошей точностью определить возраст образца.

Таблица 6

Масса Т Возраст образца Состав Пасп. т.% НРОе-детекгор т, % Хе-детектор т, %

10 свежевыделенный ""Ри 0,01 0,0076(12) <0,010

23,Ри 93,17 93,2(3) 92,9(14)

240Ри 6,28 6,2(3) 6,6(14)

241Ри 0,54 0,533(20) 0,47(6)

24|АШ 0 < 1,9 <20

2"и 0 < 9,4Е-5 <0,03

1 год "8Ри 0,01 0,0097(13) <0,010

шРи 93,17 93,0(3) 93,6(16)

™Ри 6,28 6,5(3) 6,0(16)

24,Ри 0,514 0,508(20) 0,48(6)

24|Аш 255 262(13) 280(30)

"'и 16,04 16,1(3) 14,1(10)

500 свежевыделенный 238Ри 0,01 0,0085(8) 0,090(24)

23"Ри 93,17 93,18(28) 94,0(9)

240Ри 6,28 6,29(28) 5,4(9)

24,Ри 0,54 0,521(24) 0,59(12)

241АШ 0 <0,67 <15

2"и 0 <5,7Е-5 <0,03

1 год 23»Ри 0,01 0,0086(9) 0,01^41

2ИРи 93,17 93,26(28) 93,1(10)

24°Ри 6,28 6,24(28) 6,4(10)

241Ри 0,514 0,493(24) 0,53(14)

24|Ат 255 259(10) 265(20)

23,и 16,04 15,8(2) 15,6(7)

В заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Разработана и реализована интегрированная программно-информационная система «ГаммаЛаб» для моделирования гамма-спектрометрических измерений:

• формализовала структура и логика построения системы,

• специфицированы правила сопряжения модулей в ее составе, разработан открытый протокол для передачи спектрометрической информации, создана библиотека функций доступа к информационным ресурсам системы,

• сформированы и иитегрированы в систему базы ядерно-физических данных,

• разработаны и реализованы принципы быстрого моделирования аппаратурных гамма-спектров при измерениях точечных и объемных источников, в том числе и в защитных контейнерах, произвольного радионуклидного состава различными типами детекторов.

2 На основе интегрированной программно-информационной системы по заказу Федеральной таможенной службы разработан электронный Тренажер-эмулятор для отработки практических вопросов применения спектрометров СКС-50М и Гамма-1С/КВ!. В рамках этого проекта

• разработаны и реализованы алгоритмы моделирования гамма-спектров в режиме реального времени на основе предварительно рассчитанных шаблонов с учетом взаимного расположения детектора и источника излучения и аппаратурных эффектов,

• разработана обучающая программа для формирования и выполнения учебных заданий с реалистичным интерфейсом, имитирующим действия спектрометриста по перемещению детектора и источников на рабочем столе.

По оценке специалистов из Федеральной таможенной службы, использование комплекса в процессе подготовки должностных лиц таможенных органов во Владивостокском и С-Петербургском филиалах Российской таможенной академии и непосредственно на местах их работы со спектрометрами Гамма-1С/>ГВ1 и СКС-50М показало его высокую эффективность и существенно облегчило процесс обучения.

Проведена проверка процедуры моделирования для полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов путем сравнения с экспериментальными данными. Полученные результаты демонстрируют соответствие модельных и экспериментальных спектров, а также совпадение в пределах погрешностей рассчитанных активностей используемых источников с паспортными значениями.

3. На основе интегрированной программно-информационной системы создан программный комплекс «Нуклид Мастер» для получения параметров радиоактивного распада, расчета эффективности регистрации, учета эффекта истинного суммирования каскадных гамма-квантов и создания пользовательских библиотек радионуклидов на основе информационных ресурсов системы. Для учета эффекта истинного суммирования были разработаны алгоритмы расчета поправочных коэффициентов для произвольных гамма-излучающих радионуклидов при измерении точечных и объемных источников с применением детекторов различных типов и последующей коррекции интенсивности гамма-излучения в библиотеке радионуклидов. Проведенная проверка результатов, полученных с использованием «Нуклид Мастер», демонстрирует совпадение в пределах погрешности как с экспериментом, так и с результатами расчетов других авторов. Дальнейшее развитие комплекса будет идти в рамках долгосрочного договора с МАГАТЭ

4. Разработана и опробована методика обработки спектрометрических данных с учетом особенностей формы аппаратной функции различных детекторов. Она была применена для спектров, полученных с помощью полупроводниковых, сцинтилляционных и ксеноновых детекторов как экспериментальных, так и модельных. Приведенные результаты показывают, что созданная методика позволяет успешно проводить обработку с учетом специфических особенностей формы аппаратной функции спектрометров и может быть применена для обработки результатов измерений, полученных с использованием других, в том числе и новых типов детекторов

5. Система «ГаммаЛаб» применена в целях исследования возможностей применения ксеноновых детекторов для решения сложных задач гамма-спектрометрического анализа. Были промоделированы спектры образцов, измерение которых традиционно проводилось с использованием ОЧГ-детекторов Сравнение результатов обработки с паспортными данными демонстрирует принципиальную возможность применения ксеноновых детекторов для проведения таких измерений.

Для исследования возможности применения ксеноновых детекторов при определении изотопного состава плутония были промоделированы эксперименты с образцами оружейного и реакторного плутония различной массы и времени выделения, с

использованием полупроводникового и ксенонового детекторов. Результаты обработки модельных спектров, полученных с помощью ксенонового детектора, показывают точность, сравнимую с точностью ОЧГ-спектрометрии (?J9Pu достоверно определяется с точностью в несколько процентов).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Берлизов А Н , Даниленко В Н., Казимиров А С., Соловьева С JI, Расчет поправок на истинное суммирование каскадных гамма-квантов на основе статистического моделирования с использованием оцененных ядерных данных - Атомная энергия, 2006, т. 100, вып. 5, с. 382-388

2 Берлизов А.Н., Даниленко В.Н, Ковальский Е.А., Скубо Ю.В., Соловьева С.Л., Федоровский С.Ю., Программный комплекс для эмуляции аппаратурных гамма-спектров в реальном времени - сборник материалов XIII ежегодного семинара "Спектрометрический анализ Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ", 20-24 ноября 2006 г.: в 2-х ч. - Обнинск: ФГОУ ТЦИПК", 2007, с. 123-134.

3. Berlizov A N., Solovyeva S. L., A Dynamic Link Library for calculating true-coincidence summing correction factors - Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol. 276, No.3 (2008) 663-668

4 Даниленко B.H., Ковальский E.A, Скубо Ю.В., Соловьева С.Л., Федоровский С.Ю., Берлизов А Н., Власик К.Ф., Грачев В.М., Дмлтренко В В., Улин С. Е., Утешев 3. М., Чернышева И.В Моделирование экспериментов с помощью детекторов гамма-излучения на основе сжатого ксенона. - Атомная энергия, 2008, т 105, вып. 1, с. 38-44. 5. Берлизов А Н., Даниленко В Н., Казимиров A.C., Соловьева С.Л., Федоровский С.Ю., Использование оригинальных оцененных данных по структуре ядра ENSDF в программе «Нуклид-Мастер» - материалы IX Международного совещания "Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии", г. Заречный, 3-6 октября 2005г., с. 11. 6 Берлизов А Н, Даниленко В.Н, Ковальский Е А, Скубо Ю В., Соловьева С.Л., Интегрированная среда для моделирования гамма-спектров - материалы X Международного совещания "Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии", Колонтаево, 8-11 октября 2007 г., с. 12.

7. Борисенко A.B., Темченко В.В., Гайфутдинов В А, Назаров Ю П, Кравченко Н.Э., Банных И.Н., Даниленко В.Н., Соловьева С.Л, О применении электрошюго эмулятора спектрометров Гамма- 1C/NB и СКС-50М в обучении - материалы X Международного совещания "Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии", Колонтаево, 8-11 октября 2007 г., с. 13.

8. Даниленко В Н., Ковальский Е.А , Скубо Ю.В , Соловьева С.Л, Федоровский С Ю., Юферов А.Ю., Программное обеспечение семейства «8ресИ"а1лпе» Комплексный подход к решению задач спектрометрического анализа. - X Международное совещание "Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии" ППСР-2007, Колонтаево, 8-11 октября 2007 г., с. 15.

Подписано в печать 16 09 08 г. Тираж 100 экз. Заказ №270 Типография МИФИ. Москва, Каширское шоссе, 31.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Соловьева, Светлана Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ.

1.1 Данные по параметрам радиоактивного распада.

1.2 Данные по сечениям взаимодействия гамма-излучения с веществом

1.3 Численные методы решения уравнения переноса излучения.

1.3.1 Детерминистские методы.

1.3.2 «Инженерные» методы.

1.3.3 Метод Монте-Карло.

Выводы.

ГЛАВА 2. СИСТЕМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ «ГАММАЛАБ». СТРУКТУРА И КОМПОНЕНТЫ.

2.1 Общее описание системы.

2.2 Принципы моделирования спектров.

2.3 Информационные компоненты системы.

2.4 Программные компоненты системы.

2.4.1 Построение функций отклика детектора на монохроматическое излучение.

2.4.2 Расчет квазифизических спектров монолиний :.

2.4.3 Получение шаблонов спектров источника.

2.4.4 Быстрое моделирование.

2.4.5 Расчет распада радиоактивной цепочки.

2.5 Общая схема моделирования гамма-спектрометрических измерений

2.6 Область моделирования.

Выводы.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ.

3.1 База данных по параметрам радиоактивного распада.

3.2 Интерфейсные оболочки.

3.3 Программные компоненты для моделирования спектров.

3.4 Механизмы передачи данных.

3.4.1 Доступ к информационным ресурсам системы.

3.4.2 Протокол передачи спектрометрических данных.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Программный комплекс для моделирования гамма-спектрометрических экспериментов и методика обработки гамма-спектров"

Спектрометрические методы анализа состава вещества как по радионуклидному составу, так и по изотопному содержанию с появлением приборов высокого разрешения находят все новые применения на практике в таких областях, как экология и охрана окружающей среды, сертификация продукции, таможенный контроль и т.д.

Радионуклидный состав таких объектов столь же многообразен: зачастую он включает короткоживущие радионуклиды, что еще больше затрудняет изготовление образцов для лабораторных измерений.

Все вышесказанное делает актуальным создание инструмента для моделирования таких ситуаций. Этот инструмент должен позволить моделировать спектральное распределение источников произвольного радионуклидного состава, трансформацию спектра при взаимодействии излучения с веществом, преобразование в аппаратурный спектр при регистрации детектирующим устройством, наложение аппаратурных эффектов, обусловленных электроникой. Реализация такого инструмента требует привлечения как справочных данных (параметры радиоактивного распада, сечения взаимодействия излучения с веществом и т.д.), так и расчетных методов. Для практического использования такого инструмента необходимо иметь возможность сохранения параметров моделей детекторов, источников и геометрий измерения, а также удобного подключения программных алгоритмов для расчета и последующей обработки полученных данных. Все это накладывает определенные требования на разрабатываемый инструмент: модульность представления и обработки данных, наличие четко специфицированных правил обмена и хранения информации. Таким образом, речь идет о создании интегрированной программно-информационной системы для моделирования гамма-спектрометрических измерений.

Отметим ряд факторов, позволяющих делать вывод о реалистичности такого проекта:

1. Наличие достоверных данных по параметрам радиоактивного распада большинства известных радионуклидов. Наиболее полная информация содержится в так называемых ENSDF - файлах оцененных ядерных данных (Evaluated Nuclear Structure Data Files), которые поддерживаются и обновляются Национальным центром ядерных данных в Брукхейвенской национальной лаборатории.

2. Наличие достоверных данных по сечениям взаимодействия гамма-излучения с веществом ХСОМ для элементов с 1 по 100 в диапазоне энергий от 1 кэВ до 100 ГэВ.

3. Развитые методы расчета, описывающие перенос излучения в веществе, в частности расчеты, основанные на методе Монте-Карло. Наиболее известный пример реализации таких расчетов -международный верифицированный код MCNP (Monte Carlo N-Particle Transport Code), разработанный в Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory), который описывает все типы взаимодействия излучения с веществом.

Комбинация достоверных данных и расчетных методов позволяет обеспечить моделирование спектров с точностью, сравнимой с точностью реальных измерений.

Остановимся еще раз на возможных областях применения такой системы.

Как уже отмечалось выше, модельные спектры могут использоваться для целей тестирования методов, алгоритмов и программ обработки. Такой подход имеет ряд очевидных преимуществ: можно подготовить набор тестовых спектров для различных источников, типов детекторов и условий измерения; модельные спектры лишены неконтролируемых аппаратурных эффектов, с другой стороны эти эффекты могут быть наложены контролируемым образом; можно промоделировать спектры для источников с произвольным точно заданным радионуклидным составом и активностью, чего нельзя сказать о реальных образцах; единообразно могут быть получены как калибровочные спектры, так и спектры измеряемых образцов с нужными свойствами (плотность, материал).

Использование модельных спектров представляется перспективным при проведении калибровочных процедур. Здесь одной из проблем корректной обработки данных является определение функции отклика детектора в широком диапазоне энергий. Такая потребность возникает при применении методов, использующих форму аппаратурной линии, в частности метода обработки на основе эталонных гамма-спектров, экспериментальное получение которых для ряда важных прикладных задач практически невозможно. Это касается, например, отдельных радионуклидов, находящихся в цепочке распадов, короткоживущих радионуклидов и т.д.

Еще одним важным аспектом применения интегрированной программно-информационной системы является процесс обучения. Использование даже самых подробных МВИ невозможно без квалифицированного персонала, обладающего практическими навыками применения методик и программного обеспечения. Возможность применения в процессе обучения дорогостоящей аппаратуры, также как моделирования разнообразных ситуаций в учебных центрах на реальных объектах крайне ограничена. Интегрированная программно-информационная система может использоваться практически неограниченно в моделировании различных ситуаций с произвольной аппаратурой для выработки практических навыков у пользователей методик.

Применение системы в целях обучения накладывает дополнительные требования на разрабатываемый продукт - реалистичный интерфейс: трехмерная графика, расчет спектра в реальном времени и т.д.

Помимо гамма-спектрометрических измерений, такая система может использоваться и для моделирования различных физических процессов.

В частности, с появлением детекторов большого объема стала актуальной необходимость учета эффекта истинного суммирования каскадных гамма-квантов. Интегрирование программных компонентов, реализующих соответствующие алгоритмы, и требуемые справочные ядерно-физические данные в систему позволяет настроить ее для решения такой задачи.

Основными целями диссертационной работы являются:

Разработка инструмента для моделирования гамма-спектров точечных и объемных источников, в том числе в защитных контейнерах, различными типами детекторов.

Разработка обучающего комплекса для моделирования экспериментов в режиме реального времени на основе интегрированной программно-информационной системы.

Научная новизна работы:

Разработана схема быстрого моделирования гамма-спектров источников произвольного радионуклидного состава, на основе данных, предварительно рассчитанных с использованием метода Монте-Карло.

Разработан обучающий Тренажер-эмулятор для моделирования измерений источников с помощью полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов в режиме реального времени на основе информационных и программных ресурсов системы.

Разработан программный комплекс «Нуклид Мастер» для получения данных, необходимых для спектрометрического анализа: эффективности регистрации, параметров радиоактивного распада, поправочных коэффициентов для коррекции эффекта истинного суммирования.

Проведено моделирование экспериментов с ксеноновым детектором с целью исследования возможностей его применения для идентификации и определения активности сложного радионуклидного состава и определения изотопного состава плутония. Практическая ценность работы.

На ее основе создан электронный Тренажер-эмулятор для отработки практических вопросов применения спектрометров СКС-50М и Гамма-1C/NB1. Комплекс разработан по заказу Федеральной таможенной службы с целью повышения эффективности подготовки должностных лиц таможенных органов при проведении таможенного оформления и таможенного контроля делящихся и радиоактивных материалов и внедрен во Владивостокском и С.-Петербургском филиалах Российской таможенной академии.

Разработана и опробована методика обработки экспериментальных данных с учетом особенностей формы аппаратной линии различных гамма-спектрометров, в частности полупроводниковых, сцинтилляционных и ксеноновых. Проведена проверка методики как на экспериментальных, так и на модельных спектрах. Методика может быть применена для обработки результатов измерений, полученных с использованием других, в том числе и новых типов детекторов. Апробация работы:

Результаты работы докладывались на IX, X Международном совещании "Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии" ППСР (2005, 2007) и XIII ежегодном семинаре "Спектрометрический анализ. Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ" в ФГОУ "ГЦИПК" г. Обнинск (2006).

Публикации:

Диссертация основана на работах, которые были опубликованы в период с 2005-2008 гг. в российских и зарубежных журналах, материалах международных конференций и семинарах [25, 28, 36, 67-69, 74, 78]. За это время опубликовано 4 статьи, из них 3 в реферируемых журналах.

На защиту автор выносит следующие результаты:

2. Электронный Тренажер-эмулятор для обучения работе со спектрометрами СКС-50М и Гамма-1СЛМВ1. В его состав входят

• базы и библиотеки ядерно-физических данных,

• модуль для расчета в реальном времени спектра от требуемых лабораторным заданием источников излучения,

• интегрирующая оболочка, обеспечивающая связь между всеми компонентами комплекса.

3. Программный комплекс «Нуклид Мастер», основными функциями которого являются

• создание пользовательских библиотек радионуклидов,

5. Результаты моделирования экспериментов с использованием «ГаммаЛаб», проводимых для исследования возможностей применения детектора на основе сжатого ксенона для идентификации и определения активности сложного радионуклидного состава и определения изотопного состава плутония.

Структура диссертации;

Диссертация состоит из 5 глав, введения, заключения и списка литературы. Каждая из глав содержит краткое резюме ее содержания. Основные выводы диссертации приведены в заключении. Объем диссертации 151 страница, 43 рисунка, 20 таблиц, 78 наименований цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Выводы

1. Разработана и опробована методика обработки спектрометрических данных с учетом особенностей формы аппаратной функции детектора. Она была применена для спектров, полученных с помощью полупроводниковых, сцинтилляционных и ксеноновых детекторов, как экспериментальных, так и модельных. Приведенные результаты показывают, что созданная методика позволяет успешно проводить обработку с учетом специфических особенностей формы аппаратной функции спектрометров и может быть применена для обработки результатов измерений, полученных с использованием других, в том числе и новых типов детекторов.

2. С использованием программного комплекса «ГаммаЛаб» исследованы возможности применения детекторов на основе ксенона для решения сложных задач гамма-спектрометрического анализа. На базе построенной модели был проведен цикл модельных экспериментов, включающих как калибровочные измерения, так и измерения непосредственно образцов. Сравнение с экспериментальными спектрами показало, что модельные спектры достаточно хорошо передают особенности аппаратной функции ксенонового детектора. Полученные результаты показывают принципиальную возможность применения ксенонового детектора с использованием программы ЗресйаЫпе для решения задач количественного анализ образцов сложного радионуклидного состава, в частности, определения изотопного состава плутония.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы была разработана и реализована интегрированная программно-информационная система «ГаммаЛаб» для моделирования гамма-спектрометрических измерений:

• формализована структура и логика построения системы,

• сформированы и интегрированы в систему базы ядерно-физических данных,

На основе интегрированной программно-информационной системы по заказу Федеральной таможенной службы разработан электронный Тренажер-эмулятор для отработки практических вопросов применения спектрометров СКС-50М и Гамма- 1С/ЫВ1. В рамках этого проекта

• создан модуль, обеспечивающий связь между всеми компонентами комплекса, с помощью которого пользователь может выполнить последовательно, в режиме мастера, все действия по генерации шаблонов аппаратурных спектров для источников с произвольным радионуклидным составом с возможностью просмотра результатов на каждом этапе расчетов, • разработана обучающая программа для формирования и выполнения учебных заданий с реалистичным интерфейсом, имитирующим действия спектрометриста по перемещению детектора и источников на рабочем столе.

По оценке специалистов из Федеральной таможенной службы, использование комплекса в процессе подготовки должностных лиц таможенных органов во Владивостокском и С.-Петербургском филиалах Российской таможенной академии и непосредственно на местах их работы со спектрометрами Гамма-1С/ЫВ1 и СКС-50М показало его высокую эффективность и существенно облегчило процесс обучения.

На основе интегрированной программно-информационной системы создан программный комплекс «Нуклид Мастер» для получения параметров радиоактивного распада, расчета эффективности регистрации, учета эффекта истинного суммирования каскадных гамма-квантов и создания пользовательских библиотек радионуклидов на основе информационных ресурсов системы. Для учета эффекта истинного суммирования были разработаны алгоритмы расчета поправочных коэффициентов для произвольных гамма-излучающих радионуклидов при измерении точечных и объемных источников с применением детекторов различных типов и последующей коррекции интенсивности гамма-излучения в библиотеке радионуклидов.

Проведенная проверка результатов, полученных с использованием «Нуклид Мастер», демонстрирует совпадение в пределах погрешности как с экспериментом, так и с результатами расчетов других авторов. Дальнейшее развитие комплекса будет идти в рамках долгосрочного договора с МАГАТЭ.

Разработана и опробована методика обработки спектрометрических данных с учетом особенностей формы аппаратной функции различных детекторов. Она была применена для спектров, полученных с помощью полупроводниковых, сцинтилляционных и ксеноновых детекторов, как экспериментальных, так и модельных. Приведенные результаты показывают, что созданная методика позволяет успешно проводить обработку с учетом специфических особенностей формы аппаратной функции спектрометров и может быть применена для обработки результатов измерений, полученных с использованием других, в том числе и новых типов детекторов.

Система «ГаммаЛаб» применена в целях исследования возможностей применения ксеноновых детекторов для решения сложных задач гамма-спектрометрического анализа. Были промоделированы спектры образцов, измерение которых традиционно проводилось с использованием ОЧГ-детекторов. Сравнение результатов обработки с паспортными данными демонстрирует принципиальную возможность применения ксеноновых детекторов для проведения таких измерений.

Для исследования возможности применения ксеноновых детекторов при определении изотопного состава плутония были промоделированы образцы оружейного и реакторного плутония различной массы и времени выделения, от полупроводникового и ксенонового детекторов. Результаты обработки модельных спектров показывают точность, сравнимую с точностью ОЧГ-спектрометрии

239 Ри достоверно определяется с точностью в несколько процентов).

Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю признательность и глубокую благодарность своему научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики МИФИ Улину Сергею Евгеньевичу и генеральному директору ООО «ЛСРМ», кандидату физико-математических наук Даниленко Владимиру Николаевичу за постоянное внимание к данной работе на всех этапах ее проведения, научные консультации, поддержку и практическую помощь при определении направлений научных исследований, положенных в основу диссертации.

Автор благодарит своих коллег: Ковальского Е.А., Федоровского С.Ю., Скубо Ю.В., Кузнецова В.П., Юферова С.Ю. за плодотворные дискуссии по теме диссертации, сотрудничество и поддержку.

Автор благодарит кандидата физико-математических наук Берлизова А.Н., сотрудника Института ядерных исследований Национальной академии наук Украины, за участие в проведении экспериментов, обработке данных, выполнении расчетов и обсуждении полученных результатов.

Автор выражает признательность и благодарность профессору Дмитренко В.В., Утешеву З.М., Грачеву В.М. и другим сотрудникам кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики МИФИ за постоянное внимание к работе.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Соловьева, Светлана Леонидовна, Москва

1. Хольнов Ю.В., Чечев В.П., Камынов Ш.М., Кузьменко Н.К., Недовесов В.Г. Характеристики излучений радиоактивных нуклидов, применяемых в народном хозяйстве. Справочник. М.-Атомиздат, 1980.

2. Таблицы стандартных справочных данных ГСССД 120-88.

3. Tuli J. К., Evaluated Nuclear Structure Data File. A Manual for Preparation of Data Sets National Nuclear Data Center Brookhaven National Laboratory P.O. Box 5000 Upton, New York 11973-5000 (2001).

4. Tuli J. К., Руководство по работе с ядерными данными в формате ENSDF. перевод Шуляк Г.И., ПИЯФ РАН, 2006.

5. White G.R.X-ray Attenuation Coefficient from 1 keV to 1000 MeV. NBS Report 1003, 1952.

6. Morgan R.H. Handbook of Radiology. Chicago. The Year Book Publisher, Inc., 1955, p.99.

7. Grodstein G.W. X-ray Attenuation Coefficients from 10 keV to 100 VeV. NBS circular, 583, 1957.

8. Storm E., Gilbert H.E., Israel H. Gamma-Ray Absorption coefficients for Elements 1 through 100 Derived from the Theoretical Values of the National Bureau of Standards. Los Alamos Scientific Laboratory, Report LA-2237, 1958.

9. Allison, J.W., Gamma-Radiation Absorption Coefficients of Various Materials Allowing for Bremsstrahlung and other Secondary Radiations, Austral. J. Phys. 14, 443-461 (1961).

10. Berger, R.T., The X- or Gamma-Ray Energy Absorption or Transfer Coefficient: Tabulations and Discussion, Rad. Res. 15, 1-29 (1961).

11. Дейвиссон Ш. В кн. «Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия». Под ред. К.Зигбана. Перев. С англ. Вып. 1. М., Атомиздат, 1969, Глава 2 и приложение 2.

12. Hubbell J.H., Berger M.H. Photon Attenuation and Energy Absorption Coefficients. Tabulation and Discussion, NBS Report 8681 (Second Edition), 1966.

13. Storm, E. and Israel, H.I. (1970), Photon Cross Sections from 1 keV to 100 MeV for Elements Z= 1 to Z= 100, Nucl. Data Tables A 7, 565-681.

14. Сторм Э., Исраэль X. Сечения взаимодействия гамма-излучения (для энергий 0.001 — 100 МэВ и элементов с 1 по 100). Справочник. Перев. с англ. М., Атомиздат, 1973, 256 с.

15. Hubbell J.H. and Seltzer S.M. Tables of X-Ray Mass Attenuation Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients 1 keV to 20 MeV for Elements Z = 1 to 92 and 48 Additional Substances of Dosimetric Interest, NISTIR 5632, May 1995.

16. Berger M.J., Hubbell J.H., XCOM: Photon cross-sections on a personal computer, NIST report NBSIR 87-3597, 1987.

17. Berger M. J., Hubbell J. H., Seltzer S. M., Chang J., Coursey J. S., Sukumar R., Zucker D.S., XCOM: Photon Cross Sections Database (version 1.3), NBSIR 87-3597, 2005.

18. Nowotny R., XMuDat: Photon attenuation data on PC Version 1.0.1, IAEA-NDS-1951. Rev 0, August 1998.

19. Cullen D. E., Hubbell J. H., Kissel L. EPDL97: the Evaluated PhotonData Library, *97 Version, IAEA-NDS-196, Rev. 1, November 2001.

20. Гусев Н.Г., Климанов B.A., Машкович В.П., Суворов А.П., Защита от ионизирующих излучений, т.1, Физические основы защиты от излучений, под ред. Гусева Н.Г., М.: Энергоатомиздат, 1989, 512 с.

21. Руководство по радиационной защите для инженеров. Том 1. Перев. с англ. Под ред. Д. JI. Бродера и др. М., Атомиздат, 1972.

22. Briesmeister J. F., MCNP a general Monte Carlo N-particle transport code, Los Alamos National Laboratory Report, 1997, LA-12625-M.

23. Brun R., et al., GEANT3—Detector description and simulation tool, CERN Program Library Long Write-up W5013, CERN Geneva.

24. Agostinelli S. et al., Geant4 a simulation toolkit - Nucl. Instrum. Meth. A506 (2003) 250.

25. Столярова E.JI. Прикладная спектрометрия ионизирующих излучений. Под ред. Латышева Г.Д., М., Атомиздат, 1964.

26. Marc Kippen R., The GEANT low energy Compton scattering (GLECS) package for use in simulating advanced Compton telescopes — New Astronomy Reviews 48 (2004) 221-225.

27. Hager R. S., Seltzer E. C. Nucl. Data A4, 1 (1968); Internal Conversion Tables.

28. Part I: K-, L-, M-Shell Conversion Coefficients for Z=30 to Z=103.

29. Bambinek W. et al. Rev. Mod. Phys., 49, No.l (1977) 77.

30. Larkins F.B., At. Data and Nucl. Data Tables 20 (1977) 313.

31. Firestone R.B., XICC Version 2.0. Lawrence Berkeley National Laboratory.

32. Кимель Л.Р., Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений. Справочник. Изд. 2. М., Атомиздат, 1972.

33. Мухин К.Н., Экспериментальная ядерная физика: Учебник для вузов —М.: Энергоатомиздат, 1983.

34. Андреев Д.С., Ерохина К.И., Звонов B.C., Лемберг И.Х. Учет каскадных переходов при определении абсолютного выхода гамма-лучей — Приборы и техн. экспер., 1972, т. 5, с. 63-65.

35. Андреев Д.С., Ерохина К.И., Звонов B.C., Лемберг И.Х. Определение эффективности регистрации гамма-квантов в пиках энергии с помощью нуклидов со сложной схемой распада в условиях близкой геометрии Известия АН СССР, сер. физ., 1973, т. 37, с. 16091612.

36. Schima F.J., Hoppes D.D. Tables for cascade-summing corrections in gamma-ray spectrometry Int. Appl. Rad. Isot. Vol. 34:8 pp. 1109-1114, 1983.

37. MCCallum G. J., Corte G.E., Influence of source-detector distance on relative intensity and angular correlation measurements with Ge(Li) spectrometers Nucl. Instr. and Meth. 130 (1975) 189-197.

38. Vidmar T., Korun M., Likar A., Close-geometry calibration in gamma-ray spectrometry using radio-nuclides with a two-step cascade decay Nucl. Instr. and Meth. A 508 (2003) 404-413.

39. Sima O., Accurate calculation of total efficiency of Ge well-type detectors suitable for efficiency calibration using common standard sources -Nucl. Instr. and Meth. A 450 (2000) 98-108.

40. Sima O., Arnold D., Dovlete C., GESPECOR: a versatile tool in gamma ray spectrometry J. Radioanal. Nucl. Chem., 248 (2001) 359.

41. De Corte F., De Wispelaere A., Vancrayenest L., De Neve P., Van den haute P., True-coincidence correction for field gamma-ray spectrometry in auger hole counting geometry Nucl. Instr. and Meth. A 353 (1994) 539-541.

42. Lin X., Heydorn K., Effect of cascade coincidence on the efficiency calibration of a gamma-x detector J. Radioanal. Nucl. Chem., 169 (1993) 419.

43. El-Gharbawy H.A., Metwally S.M., Sharshar T., Elnimr T., Badran H.M., Establishment of HPGe detector efficiency for point source including true coincidence correction Nucl. Instr. and Meth. A 550 (2005) 201-211.

44. Wang T. -K., Ying T.-H., Mar W.-Y., Tseng C.-L., Liao C.-H., Wang M.-Y., HPGe detector true-coincidence correction for extended cylinder and Marinelly-beaker sources Nucl. Instr. and Meth. A 376 (1996) 192-202.

45. Wang T.-K., Hou I.-M., Tseng C.-L. Well-type HPGe-detector absolute-peak-efficiency calibration and true-coincidence correction Nucl. Instr. and Meth. A 425 (1999) 504-515.

46. Kolotov V.P., Atrashkevich V.V., Gelsema S.J. Estimation of true coincidence for voluminous sources J. Radioanal. Nucl. Chem., 210 (1996) 183.

47. Russ W., Venkataraman R., Bronson F., Validation testing of the Genie 2000 Cascade Summing Correction J. Radioanal. Nucl. Chem., Vol. 264, № 1 (2005) 193-197.

48. Quintana В., Fernandez F., An empirical method to determine coincidence-summing corrections in gamma spectrometry- Appl. Radiat. Isot., Vol. 46, №9 (1995) 961-964.

49. Daza M.J., Quintana В., Garcia-Talavera M., Fernandez F., Efficiency calibration of a HPGe detector in the 46.54-2000] keV energy range for the measurement of environmental samples Nucl. Instr. and Meth. A 470 (2001) 520-532.

50. Blaauw M., Gelsema S.J., Cascade summing in gamma-ray spectrometry in marinelly-beaker geometries: the third efficiency curve Nucl. Instr. and Meth. A 505 (2003)311-315.

51. Keyser R.M., The evaluation of true coincidence summing effect on CTBTO-type sample geometry Nuclear Science Symposium Conference Record, 2003 IEEE, Vol. 1, Publication Date: 19-25 Oct. 2003 , pp 508- 512.

52. Hoover A.S., Characterization of the virtual point detector effect for coaxial HPGe detectors using Monte Carlo simulation Nucl. Instr. and Meth. A 572 (2007) 839-843.

53. Decombaz M., Gostely J.-J., Laedermann J.-P., Coincidence-summing corrections for extended sources in gamma-ray spectrometry using Monte Carlo simulation Nucl. Instr. and Meth., A 312 (1992) 152-159.

54. Sima O., Arnold D., Self-attenuation and coincidence-summing corrections calculated by Monte Carlo simulations for gamma-spectrometric measurements with well-type germanium detectors Appl. Radiat. Isot., Vol. 47, №9/10 (1996) 889-893.

55. Laborie J.-M., Le Petit G., Abt D., Girard M. Monte Carlo calculation of the efficiency calibration curve and coincidence-summing corrections in low-level gamma-ray spectrometry using well-type HPGe detectors Appl. Radiat. Isot. 53 (2000) 57-62.

56. Laborie J.-M., Le Petit G., Abt D., Girard M. Monte Carlo calculation of the efficiency response of a low-background well-type detector Nucl. Instr. and Meth. A 479 (2002) 618-630.

57. Sima O., Applications of Monte Carlo calculations to gamma-spectrometric measurements of environmental samples Appl. Radiat. Isot., Vol. 47, № 9/10 (1996) 919-923.

58. Toma M., Dinescu L., Sima O., Detector characterization for efficiency calibration in different measurement geometries Romanian Reports in Physics, Vol.57, №3 (2005) 329-333.

59. Byun S.H., Prestwich W.V., Chin K., McNeill F.E., Chettle D.R., Efficiency calibration and coincidence summing correction for a 4n Nal(Tl) detector array Nucl. Instr. and Meth. A 535 (2004) 674-685.

60. Wang Z., Kahn B., Valentine J.D., Efficiency calculation ad coincidence summing correction for germanium detectors by Monte Carlo simulation -IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol.49 (2002) № 4.

61. Berlizov A. N., MCNP-CP, a Correlated Particle Extension of a General Purpose Monte Carlo N-Particle Transport Code, in: Applied Modeling and Computations in Nuclear Science, ACS/Oxford (in press).

62. Berlizov A. N., Solovyeva S. L., A Dynamic Link Library for calculating true-coincidence summing correction factors Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol. 276, No.3 (2008) 663-668.

63. Berlizov A. N., Tryshyn V. V., J. Radioanal. Nucl. Chem., 264 (2005) 169.

64. Los Arcos J., Blaauw M., Fazinic S., Kolotov V.P. The 2002 IAEA test spectra for low-level gamma-ray spectrometry software Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res., т. A 536, №.1-2, 2005, c. 189-195.

65. Dmitrenko V.V., Gratchev V.M., Ulin S.E, et al.// Nuclear Science Symposium, 1996. Conference Record. V. 1. P. 393 397.

66. Ulin S.E., Chernycheva I.V., Dmitrenko V.V. et al.// Proc. of SPIE. 1999. V. 3768. P. 271-279.

67. Dmitrenko V.V., Gratchev V.M., Ulin S.E. et al.// Applied Radiation and Isotopes, 2000. V. 52. № 3. P. 739-743.

68. Ulin, S.E., Dmitrenko V.V., Grachev V.M. et al.// Proc. of SPIE. 200l.V 4507. P. 221-225.

69. Beddingfield D.H., Beyerle A., Russo P.A. et al.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2003. V.A 505. P.474-477.