Физико-техническая лаборатория

Категория: Подразделения
Обновлено: 31.03.2021 16:48
Опубликовано: 24.04.2013 09:52
Автор: Анохин Михаил
Просмотров: 2395

 

Зав. лабораторией:    АНОХИН Михаил Всеволодович

 

ФИЗИКА, МЕТОДИКА И ТЕХНИКА СПЕКТРАЛЬНОЙ МИКРОДОЗИМЕТРИИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, МЕДИЦИНЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

     В современной дозиметрии сложилась парадоксальная ситуация. С одной стороны, большое количество экспериментальных и теоретических работ убедительно показывают, что параметр «полная доза» не связан на прямую с риском поражения чувствительного объёма малого размера, находящегося в сложном поле ионизирующих частиц. С другой стороны, этот параметр используется широко с применением частных коррекций с введением так называемых коэффициентов качества, значения которых размываются, особенно для многокомпонентных потоков частиц, с которыми и приходится сталкиваться чаще всего на практике в космических аппаратах, медицинской аппаратуре и экологическом мониторинге.
    Вполне рабочая альтернатива парадигме «полная доза» заложена в своё время в нормативных документах РД 50-25645.217-90, Приказе РОС Атома от 01.06.2018 N 239 и ECSS-E-HB-10-12A. Она основана на возможности применения частотных и дозовых спектров удельной энергии, поглощённой чувствительным микро- и нано- объёмом при решении задач дозиметрии и радиационной стойкости аппаратуры, касающихся отклика чувствительного нано объёма (ЧНО, SNV), находящегося в сложном многокомпонентном поле ионизирующих частиц. Логично вводится в качестве критериального параметра «число смещений на атом» .
     Тем не менее методика и техника измерения спектров удельной энергии в настоящее время развиты не достаточно для широкого применения.  В данной работе приведены результаты сравнительных испытаний матричных спектромикродозиметров (СМД), изготовленных с использованием CMOS, CCD и TimePIX технологий. CMOS СМД предоставило нам СКБ КП ИКИ РАН, CCD СМД предоставил НИИЯФ МГУ, TimePIX СМД – ООО Азимут Фотоникс. Примеры использования этих приборов для регистрации заряженных частиц широко описаны в открытой печати, однако анализ их спектрометрических возможностей проанализирован недостаточно. В связи с этим, мы провели статистическое моделирование физического отклика для двух матриц с пикселами 18 и 54 площадью 3х10-4 и 3х10-3 мм2. Результат статистического моделирования для случая имитации остановки ядра отдачи кремния в нейтронном поле представлен на рисунке 1.

     Отсюда прямо следует, что даже при больших плотностях мощности, получаемых кремнием при остановке в нём ионов (в частном случае остановке ядра кремния отдачи) физический отклик прибора мало зависит от размера чувствительного объёма в данном интервале линейного масштаба. С некоторой долей оптимизма в данной работе мы полагаем, что этот результат можно проектировать на интервал, принятый в РД-50.25645.217-90 (определившим размеры шарового микрообъема от 0,1 до 20 мкм). И для определённости, оценку дозы для дозового спектра удельной энергии мы пересчитываем для микрообъёма 1 мкм3 для всех трёх СМД. Абсолютные значения удельной энергии привязаны к показаниям TimePIX СМД, калиброванного вInstitute of Experimental and Applied Physics in Prague,
        Спектры удельной энергии, полученные с помощью данных детекторов в поле ионизирующих частиц, радиоактивных изотопов 90Sr (энергия распада 545,9 кэВ и 90Y(β-распад с энергией 2,28 МэВ) представлены на рис.2. Важно, что здесь представлены не энергетические спектры частиц, испускаемых радионуклидами, спектры энергии выделяемые полем ионизирующих частиц в ЧНО. 

Таким образом, используя подход, описанный в РД 50-25645.217-90 для частоты значимых (iтых)  событий можно записать выражение:

где ω(ε ) - вероятность одиночного события значимого типа в ответ на выделение в данном чувствительном объёме удельной энергии ε(Гр) достаточной величины (становится известной на основании радиационных испытаний или модельных эксприментов), Фi(ε) - спектр удельной энергии поля ионизирующих частиц, измеряемый матричным трековым спектрометром в условиях эксплуатации, близких к штатным, εmin– порог возникновения iтого события.
         Можно сделать предварительный вывод - для спектромикродозиметрии на космических аппаратах более всего подходит CCD СМД, для наземного мониторинга - TimePIX СМД, а в качестве бытового прибора вполне пригоден  CMOS СМД (он присутствует в наших карманных смартфонах).

 

Анохин М.В.1,3,5,6, Галкин В.И.2,5, Дубов А.Е.3,5, Дитлов В.А.4, Зелёный Л.М.6, Савкин Л.В., Чулков И.В.6.

1 – НИИЯФ МГУ, г. Москва, 2 - Физический факультет МГУ, г. Москва, 3 – СКБ КП ИКИ РАН, г. Таруса,
 4 – ИТЭФ, г. Москва,  5 - ИТЭТ , г. Таруса, 6 – ИКИ РАН, г. Москва.