Selection of elements of the detector unit of the system for measuring the coordinates of gamma radiation sources
Abstract
The article considers the current problem of creating modern, effective and reliable systems for monitoring the radiation situation and the operational search for nuclear radioactive materials and radiation sources that have come out of regulated supervision. A promising method of non-destructive testing using semiconductor detectors of ionizing radiation is used for radiation-environmental monitoring, prevention of the consequences of nuclear smuggling and determination of coordinates of ionizing radiation sources. The method for determining the direction to pulsed and constant sources of gamma radiation uses the ratio of the number of signals coming from the detectors located in the absorbers of a special geometric shape. The purpose of the article is to select the elements of the detector unit for the tool, which uses the method of absorption to determine the coordinates of the source of gamma radiation. The main attention is paid to the search for optimal characteristics of the material of the radiation absorber and the choice of the detector. The article analyzes the parameters of nuclear radiation detectors from different semiconductor materials, highlights and describes their characteristics. Analysis of experimental data and theoretical calculations allows us to assert that in the case of coordinateometry of gamma-radiation sources, a wide-gap semiconductor CdZnTe should be chosen as a detector material. For detectors of this type, the energy range is from 20 to 3000 keV, the operating temperature range is from -40 to +50 0С, and the energy resolution is of the order of several percent.
Downloads
References
/References
Grigor'ev O. M. Doslidzhennya ways of locating dzherel penetrating nuclear vipromynyuvan / O. M. Grigoriev, L. B. Bedenko, O. V. Sakun, S. M. Kovalenko // Systems of health and safety, 2006. - issue 4 (8). - S. 33−37. [in Ukrainian]
Method of directing gamma-vipromyuvannya to impulse dzherel: Patent UA 108262, G21J 5/00. / O. M. Grigor'ev, Z. V. Bilik, O. V. Sakun, V. V. Marushchenko - u 2013 05335; published on 10.04.2015. Bul. No. 7. [in Ukrainian]
Attach for direct visualization in space at points of continuous and impulse dzherela gamma-vipromynuvannya: Patent UA 85493 U, G01T 1/16, G01T 1/167, G01T 1/169, G21J 5/00 / O. M. Grigor'ev , Z. V. Bilik, O. V. Sakun, V. V. Marushchenko - u 2013 05331; published on November 25, 2013. Bul. No. 22. [in Ukrainian]
Grigor'ev OM Viznachennya directly on the dzherelo-penetrating nuclear vipprominuvans. Information bulletin for the RCB to the zahist № 1 (5), 2007 / O. M. Grigor'ev, L. B. Bedenko, O. V. Sakun // ─ Science-information view. ─ Kharkiv: KhGTV, 2007. ─ 112 p. [in Ukrainian]
Bilik Z. V. Viznachennya directly on the pulsed gamma-dagger from the spherical poglinac / Z. V. Bilik, O. M. Grigor'ev, Yu.V. Litvinov, M. Є. Polyanskiy, O. V. Sakun, V. V. Marushchenko, І. Y. Chernavsky // Kh .: Bulletin of NTU "KhPI", 2017. - No. 4 (1226). - S. 89−94. [in Ukrainian]
Chernyavsky I. Yu. Determination of the direction to the source of penetrating nuclear radiation in conditions of uneven radioactive contamination / I. Yu. Chernyavsky // Collection of articles based on the materials of the All-Russian scientific-practical conference with international participation // Voronezh Institute of the State Fire Service of the Ministry of Emergencies of Russia. ─ Voronezh, 2013. ─ 404 p. [in Russian].
Bilik ZV Method and control for direct measurement of gamma-viprominuvannya dzherel points / ZV Bilik // Abstract of a dissertation on the scientific level of a candidate of technical sciences. Specialty 11/05/13 - attach and control methods for the value of the storehouse. - Kharkiv: NTU "KhPI", 2017. - 21 p. [in Ukrainian]
Grigor'ev O. M. Dyuchy mock-up of an annex for the advancement of a tank operator from the metal of shock damage and gamma-viprominuvannya nuclear vibuhu / O. M. Grigor'ev, Z. V. Bilik, O. V. Sakun, V. V. Marushchenko // Prospects for the development of the development and development of technology for land use: Materials of international sciences. conf. ─ Lviv: ASV im. Hetman Petr Sagaidachny, 2013. ─ P. 207−208. [in Ukrainian]
Chernavskiy I. Yu. Assessment of the degree of radiation damage by predicting dose loads according to the combat capability sensor / I, Yu, Chernavskiy, V. V. Marushchenko, A. V. Matykin // ─ Systems of health and safety, 2016. ─№ 1 (45). ─ S. 196─202. [in Russian].
Saybel A. G. Fundamentals of radar / A. G. Saybel // - M .: "Soviet radio", 1961. - 384 p. [in Russian].
Linear attenuation coefficient of gamma radiation https: //www.studfile.net/previen/17021642/
Attenuation coefficient of gamma radiation, calculator [Electronic resource]. ─ Access mode: https://www.cali.ru/153html.
Akimov Yu. K. Semiconductor detectors in experimental physics / Yu. K. Akimov, OV Ignatiev, AI Kalinin, V. F. Kushneruk // ─ M .: Energoatomizdat, 1989. ─ 344 p.
Semiconductor detectors [Electronic resource]. ─ Access mode: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/11_radioaktivnye_veshchestva_vrednye_veshchestva_gigienicheskie_normativy/5135
Tolbanov OP Detectors of ionizing radiation on the basis of compensated gallium arsenide / OP Tolbanov // ─ Tomsk: Bulletin of Tomsk State University, 2005. ─ P. 155─163. [Electronic resource] ─ Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/detektory-ioniziruyuschih-izlucheniy-na-osnove-kompensirovannogo-arsenida-galliya
Prokhorets IM Modeling and experimental study of CdTe (CdZnTe) detectors for measuring X-ray and -radiation [Electronic resource] ─ Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-i-eksperimentalnoe-issledovanie-cdte -cdznte-detektorov-dlya-izmereniya-rentgenovskogo-i-gamma-izlucheniy / viewer
Baranochnikov ML Receivers and detectors of radiation. Directory. Part 1 / M. L. Baranochnikov // ─ Electronic version. ─ Moscow, 2017. ─ P. 123─161 [Electronic resource] ─ Access mode: www.radioliga.com/Books/pdi2_1PDF.
Davydov L. N. Radiation resistance of semiconductor detectors of corpuscular and gamma radiation / L. N. Davydov, A. A. Zakharchenko, L. V. Kutniy et al. physical "Kernels, particles, fields", vip. 1 (26), 2005. ─ P. 3-21.
Bespalov VA Electrophysical properties of GaAs layers and characteristics of high-energy particle detectors based on them / VA Bespalov, AV Vorontsov, AA Gorbatsevich et al. // [Electronic resource]. ─ Access mode: http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/ztf/2004/03/ztf_t74v03_06.pdf
Elin V. A. Ionizing radiation sensor based on crucible-free zone melting of conductivity type / V. A. Elin, M. M. Merkin // ─ International patent W 02017200416A1, IPC H01L31 / 117. Stated 05/08/2016 (RU2016119242A), published 11/23/2017. [Electronic resource]. ─ Access mode: https://patents.google.com/patent/WO2017200416A1/ru
Vorobiev A. P. Semiconductor detectors of ionizing radiation based on gallium arsenide. Abstract for the degree of Doctor of Physical and Mathematical Sciences. ─ Protvino: Institute of High Energy Physics, 2005. ─ 28 p.
Gavallini A., Fraboni B., Chirco P. et al. Electronic properties of traps induced by -irradiation in CdTe and CdZnTe detectors // Nucl. Instr. and Meth. A. ─ 2000. ─ V. 448. ─ P. 558─566.
Gavallini A., Fraboni B., Dusi W. et al. Radiation effects on II─VI compound-based detectors // Nucl. Instr. and Meth. A. ─ 2002. ─ V. 476. ─ P. 770─778.
Kutniy V. E. Development of dosimetric and spectrometric gamma-radiation registration units based on semiconductor compounds CdTe (CdZnTe) for Ukrainian NPPs / V. E. Kutniy. A. V. Rybka, D. V. Kutniy et al. // ─ Questions of atomic science and technology. Series; "Physics of radiation damage and radiation materials science", 2004. ─ No. 3. ─ P. 96─100.
Ionizing radiation detectors based on cadmium-zinc telluride: Monograph / V.E. Kutny, A.V. Rybka, L.N. Davydov and others - Kharkiv: Printing House Madrid, 2021.-352 p. ISBN 978-617-7988-21-1.
Григор’єв О. М. Дослідження способів локації джерел проникаючих ядерних випромінювань / О. М. Григорьев, Л. Б. Беденко, О. В. Сакун, С. М. Коваленко // Системи озброєння і військова техніка, 2006. – випуск 4(8). − С. 33−37.
Спосіб визначення напрямку на імпульсні джерела гамма-випромінювання : Патент UA 108262, G21J 5/00. / О. М. Григор'єв, З. В. Білик, О. В. Сакун, В. В. Марущенко – u 2013 05335 ; опубліковано 10.04.2015. Бюл. № 7.
Пристрій для визначення напрямку в просторі на точкові постійні та імпульсні джерела гамма-випромінювання : Патент UA 85493 U, G01Т 1/16, G01T 1/167, G01T 1/169, G21J 5/00 / О. М. Григор'єв, З. В. Білик, О. В. Сакун, В. В. Марущенко – u 2013 05331 ; опубліковано 25.11.2013. Бюл. №22.
Григор’єв О. М. Визначення напрямку на джерело проникаючих ядерних випромінювань. Інформаційний бюлетень військ РХБ захисту № 1(5), 2007 / О. М. Григор’єв, Л. Б. Беденко, О. В. Сакун // ─ Науково-інформаційне видання. ─ Харків: ХГТВ, 2007. ─ 112 с.
Білик З. В. Визначення напрямку на імпульсне гамма-джерело з використанням сферичного поглинача / З. В. Білик, О. М. Григор’єв, Ю.В. Литвинов, М. Є. Полянський, О. В. Сакун, В. В. Марущенко, І. Ю. Чернавський // Х.: Вісник НТУ «ХПІ», 2017. − № 4 (1226). – С. 89−94.
Чернявский И. Ю. Определение направления на источник проникающих ядерных излучений в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения / И. Ю. Чернявский // Сборник статей по материалам всероссийской научно-практической конференции с международным участием // ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России. ─ Воронеж, 2013. ─ 404 с.
Білик З. В. Метод та засіб контролю для визначення напрямку на точкові джерела гамма-випромінювання / З. В. Білик // Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Харків: НТУ «ХПІ», 2017. – 21 с.
Григор’єв О. М. Діючий макет пристрою для підвищення захисту танка від метальної дії ударної хвилі та гамма-випромінювання ядерного вибуху / О. М. Григор’єв, З. В. Білик, О. В. Сакун, В. В. Марущенко // Перспективи розвитку озброєння та військової техніки сухопутних військ : Матеріали міжнародної наук.-техн. конф. ─ Львів : АСВ ім. гетьмана Петра Сагайдачного, 2013. ─ С. 207−208.
Чернавский И. Ю. Оценка степени радиационного поражения путем прогнозирования дозовых нагрузок по данным датчика боеспособности / И, Ю, Чернавский, В. В. Марущенко, А. В. Матыкин // ─ Системи озброєння і військова техніка, 2016. ─№1(45). ─ С. 196─202.
Сайбель А. Г. Основы радиолокации / А. Г. Сайбель // − М.: «Советское радио», 1961. – 384 с.
Линейный коэффициент ослабления гамма-излучения [Электронный ресурс] https://www.studfile.net/previen/17021642/page
Коэффициент ослабления гамма-излучения, калькулятор [Электронный ресурс]. ─ Режим доступа: https://www.cali.ru/153html .
Акимов Ю. К. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике / Ю. К. Акимов, О. В. Игнатьев, А. И. Калинин,В. Ф. Кушнерук // ─ М.: Энергоатомиздат, 1989. ─ 344 с.
Полупроводниковые детекторы [Электронный ресурс]. ─ Режим доступа: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/11_radioaktivnye_veshchestva_vrednye_veshchestva_gigienicheskie_normativy/5135
Толбанов О. П. Детекторы ионизирующих издучений на щснове компенсированного арсенида галлия / О. П. Толбанов // ─ Томск: Вестник Томского государственного университета, 2005. ─ С. 155─163. [Электронный ресурс] ─ Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/detektory-ioniziruyuschih-izlucheniy-na-osnove-kompensirovannogo-arsenida-galliya
Прохорец И. М. Моделирование и экспериментальное исследование CdTe (CdZnTe) детекторов измерения рентгеновского и -излучений [Электронный ресурс] ─ Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-i-eksperimentalnoe-issledovanie-cdte-cdznte-detektorov-dlya-izmereniya-rentgenovskogo-i-gamma-izlucheniy/viewer
Бараночников М. Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник. Часть 1 / М. Л. Бараночников // ─ Электронная версия. ─ Москва, 2017. ─ С. 123─161 [Электронный ресурс] ─ Режим доступа: www.radioliga.com/Books/pdi2_1PDF .
Давыдов Л. Н. Радиационная стойкость полупроводниковых детекторов корпускулярного и гамма-излучения / Л. Н. Давыдов, А. А. Захарченко, Л. В. Кутний и др.// ─ Харків: Вісник Харківського університету, № 657, серія фізична «Ядра, частинки, поля», вип.1 (26), 2005. ─ С. 3─21.
Беспалов В. А. Электрофизические свойства GaAs слоев и особенности характеристик детекторов частиц высоких энергий на их основе / В. А. Беспалов, А. В. Воронцов, А. А. Горбацевич и др.// [Электронный ресурс]. ─ Режим доступа: http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/ztf/2004/03/ztf_t74v03_06.pdf
Елин В. А. Сенсор ионизирующего излучения на основе кремния бестигельной зонной плавки типа проводимости / В. А. Елин, М. М. Меркин//─ Международный патент W 02017200416A1, МПК H01L31/117. Заявлено 08.05.2016 (RU2016119242A), опубликовано 23.11.2017. [Электронный ресурс]. ─ Режим доступа: https://patents.google.com/patent/WO2017200416A1/ru
Воробьев А. П. Полупроводниковые детекторы ионизирующих излучений на арсениде галлия. Автореферат на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. ─ Протвино: Институт физики высоких энергий, 2005. ─ 28 с.
GavalliniA., Fraboni B., Chirco P. et al. Electronic properties of traps induced by -irradiation in CdTe and CdZnTe detectors // Nucl. Instr. and Meth. A. ─ 2000. ─ V. 448. ─ P. 558─566.
GavalliniA., Fraboni B., Dusi W. et al. Radiation effects on II─VI compound-based detectors // Nucl. Instr. and Meth. A. ─ 2002. ─ V. 476. ─ P. 770─778.
Кутний В. Е. Разработка дозиметрических и спектрометрических блоков регистрациигамма-излученияна основе полупроводниковых соединений CdTe (CdZnTe) для АЭС Украины / В. Е. Кутний. А. В. Рыбка, Д. В. Кутний и др. // ─ Вопросы атомной науки и техники. Серия; «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение», 2004. ─ № 3. ─ С. 96─100.
Детекторы ионизирующих излучений на основе теллурида кадмия - цинка: Монография/ В.Е. Кутный, А.В. Рыбка, Л.Н. Давыдов и др. – Харьков:Типография Мадрид, 2021. -352 с. ISBN 978-617-7988-21-1 .