Введение - Томский политехнический университет

advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УДК 539.12.04
Код ГРНТИ 29.15.35
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе и инновациям
Томского политехнического университета, д.ф.м.н., профессор
_____________________ В.А. Власов
“___” декабря 2010 г.
М.П.
ОТЧЕТ
по проекту № 2.1.2/3013 «Многоцелевой компактный источник монохроматического
рентгеновского излучения»
аналитической ведомственной целевой программы “Развитие научного потенциала
высшей школы (2009-2011 годы)”
мероприятие: 2, «Проведение фундаментальных исследований в области естественных,
технических и гуманитарных наук. Научно-методическое обеспечение развития
инфраструктуры вузовской науки»
раздел: 2.1, «Проведение фундаментальных исследований в области естественных,
технических и гуманитарных наук»
подраздел: 2.1.2, «Проведение фундаментальных исследований в области технических наук»
направление: 29, физика
вид отчета: заключительный
Руководитель проекта: _________________________ д.ф.-м.н., профессор Ю.Н. Адищев
Томск 2010 г.
2
РЕФЕРАТ
Отчет 81 с., 31 рис., 3 таб., 19 ист.
Ключевые
слова:
РЕНТГЕНОВСКОЕ
ИСТОЧНИК
ИЗЛУЧЕНИЕ,
ИЗЛУЧЕНИЯ,
БЕТАТРОН,
МОДЕЛИРОВАНИЕ,
АКТИВНЫЙ
МОНОХРОМАТОР, МЕДИЦИНСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Объект исследования: прототип многоцелевого компактного источника
монохроматического рентгеновского излучения.
Цель
работы:
настройка
прототипа
монохроматического
перестраиваемого рентгеновского источника на базе бетатрона Б-18 и
получение цифровых рентгеновских снимков с использованием данного
источника.
Методы:
метод
монохроматизации
тормозного
излучения,
метод
цифровой рентгенографии, метод абсорбционной рентгенографии, численные
методы, экспериментальные методы.
Основные
эксплуатационные
конструктивные,
технологические
характеристики:
прототип
и
установки
техниковключает
самостоятельные изделия: источник тормозного излучения на базе бетатрона с
энергией электронов 18 МэВ, средний ток 100 нА, частота следования
импульсов излучения 150 Гц, максимальная доза на расстоянии 1 м от
излучателя 157,2 мГр/мин, медная мишень толщиной 7 мкм, питание от трехфазной сети 220 В, потребляемая мощность 16 кВт; модуль монохроматизации
с программно-управляемым гониометром (3 поступательные и 3 вращательные
степени свободы с точностью ориентации не хуже 0,5 мм и 10 мкрад,
соответственно), активный кварцевый монохроматор; пульт управления на базе
персонального компьютера с набором специализированного программного
обеспечения для управления аппаратурой и для проведения необходимых
расчетов – моделирования спектров тормозного излучения, моделирования
квазимонохроматического
ускорителя,
рентгеновского
моделирования
дозовых
3
излучения,
полей
в
определение
гетерогенных
тока
средах,
моделирования
формы
линии
дифрагированного
излучения
от
деформированных кристаллов кварца.
Степень внедрения: результаты, полученные в ходе выполнения проекта
опубликованы в 6-ти статьях, докладывались на Международной конференции
Channeling – 2010 (Явления при каналировании заряженных и нейтральных
частиц), вошли в диссертацию Т.С. Иваниловой «Моделирование захвата и
вывода электронного пучка бетатрона с азимутальной вариацией поля»
представленной к защите на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.20 – Физика пучков заряженных
частиц и ускорительная техника (21.12.2010 г.), а также в научноисследовательскую
работу
студентов
Черепенникова
Ю.М.
«Источник
монохроматического рентгеновского излучения» и Ким В.Ю. «Разработка и
апробация методики юстировки и установки кристаллов кварца на пучок
рентгеновского источника в геометрии Лауэ».
Рекомендации
по
внедрению:
привлечение
преподавателей
университета для разработки новых методических указаний к выполнению
лабораторных работ с использованием созданной установки; привлечение
аспирантов и студентов для выполнения НИР.
Область применения: образование, рентгено-флюоресцентный анализ,
рентгенография, дефектоскопия.
Экономическая
эффективность
или
значимость
работы:
для
образовательных целей и лабораторных исследований на кафедре Прикладной
физики
Физико-технического
института
Томского
политехнического
университета, разработанная уникальная установка вносит весомый вклад и
способствует проявлению интереса к науке у студентов; для полной оценки
технико-экономической
эффективности
внедрения
в
медицинских
приложениях необходимы дополнительные исследования.
Необходимо
отметить,
что
на
мировом
рынке
малогабаритных
монохроматических источников с регулируемой энергией излучения лидером
остается LABSYNC с установкой Mirrorcle разработанной проф. Ямада Х.
4
(Япония), стоимость которой более чем на порядок превышает стоимость
установки на базе бетатрона, что дает последней потенциальную возможность к
широкому спросу у потребителей.
Прогнозируемые предложения о развитии объекта исследования:
разработка экспериментального источника монохроматического излучения с
энергией электронов от 4 до 10 МэВ с минимальными требованиями к
биологической
оптимальных
защите
от
параметров
экспериментальное
фонового
излучения
мишеней
исследование)
в
и
стоимости;
(численное
новой
установке
выбор
моделирование,
для
получения
максимальной интенсивности монохроматического рентгеновского излучения
в диапазоне от 5 до 50 кэВ, которое необходимо для медицинских приложений;
адаптация схемы получения цифровых изображений с помощью сканирующего
детектора
ПРИЗ-1536
к
параметрам
нового
импульсного
источника
рентгеновского излучения; изготовление и исследование характеристик
активных
монохроматоров
разной
толщины,
оптимизированных
для
монохроматизации тормозного излучения в широком диапазоне энергий;
развитие направления "цветной" рентгенографии с использованием источника
монохроматического
излучения
на
5
базе
бетатрона.
Содержание
Введение ....................................................................................................................... 8
1 Основные результаты предыдущих этапов проекта ........................................... 10
1.1 Модель тормозного и параметрического рентгеновского излучения ........... 12
1.2 Модуль монохроматизации ................................ Error! Bookmark not defined.
1.3 Кристаллический активный монохроматор ..... Error! Bookmark not defined.
1.4 Услитель (1-100 МГц) для возбуждения акустических волн в
монокристаллах кварца............................................. Error! Bookmark not defined.
1.5 Исследования закономерности влияния внешних деформационных полей на
процесс когерентного рассеяния рентгеновского излучения .....Error! Bookmark
not defined.
1.6 Источник тормозного излучения ....................... Error! Bookmark not defined.
1.7 Внутренняя мишенная станция.......................... Error! Bookmark not defined.
1.8 Порядок включения и настройки бетатрона ... Error! Bookmark not defined.
1.9 Экспериментальные исследования генерации рентгеновского излучения
пучком бетатрона ...................................................... Error! Bookmark not defined.
1.10 Моделирование пространственного распределения поглощенной дозы
рентгеновского излучения ........................................ Error! Bookmark not defined.
1.11 Экспериментальное измерение пространственного распределения
поглощенной дозы с использованием пленки GAFCHROMIC EBT film..... Error!
Bookmark not defined.
2 Прототип интенсивного монохроматического перестраиваемого
рентгеновского источника на базе серийного малогабаритного бетатрона Error!
Bookmark not defined.
2.1 Испытания прототипа монохроматического источника рентгеновского
излучения (спектральные и дозиметрические измерения) .. Error! Bookmark not
defined.
2.1.1 Активный кварцевый монохроматор .......... Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Монохроматор из пиролитического графита ............ Error! Bookmark not
defined.
6
3 Экспериментальные результаты по получению цифровых изображений
внутренней структуры биологических объектов ... Error! Bookmark not defined.
3.1 Методика получения цифровых рентгеновских изображений на базе
прототипа источника монохроматического рентгеновского излучения ... Error!
Bookmark not defined.
3.1.1 Описание приемника рентгеновского излучения (ПРИЗ 1536)......... Error!
Bookmark not defined.
3.1.2. Описание геометрии облучения ................. Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Сопряжение (синхронизация) системы цифровой рентгенографии
(ПРИЗ 1536) с источником монохроматического излучения на базе бетатрона
Б-18........................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.4. Программное обеспечение для управления системой цифровой
рентгенографии....................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Цифровые изображения внутренней структуры биологических объектов
.................................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Настройка оборудования на пучке рентгеновской трубки и получение
цифровых рентгенографических изображений с пространственным
разрешением не более 250 мкм ............................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Проведение экспериментов по получению цифровых рентгеновских
изображений на пучке источника рентгеновского монохроматического
излучения на базе бетатрона с пространственным разрешением не более 250
мкм ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
4 Рекомендации о возможности использования монохроматического
рентгеновского излучения для медицинской диагностики . Error! Bookmark not
defined.
5 Методика оценки тока пучка бетатрона .............................................................. 14
Заключение ................................................................................................................ 16
Список использованных источников ...................................................................... 19
7
Введение
Основным
источником
рентгеновского
излучения
(РИ),
который
используют в практической медицине, остается рентгеновская трубка. Из-за
непрерывного
спектра
рентгеновских
трубок
традиционная
сталкивается
диагностика
с
проблемами
с
использованием
низкого
качества
изображений, значительной дозовой нагрузки на пациента и др. Использование
монохроматических пучков РИ позволяет устранить указанные недостатки.
В настоящее время все большее внимание уделяется источникам
монохроматического РИ на основе малогабаритных ускорителей. Один из
широко используемых способов получения монохроматического излучения –
монохроматизация
непрерывного
спектра
тормозного
излучения
(ТИ)
электронов, в другом способе используется электроны с энергией несколько
десятков МэВ, на которых рассеивается лазерное излучение. В результате
комптоновского
рассеяния
в
направлении
наблюдателя
генерируется
монохроматический пучок фотонов с энергией до 100 кэВ. Оба способа не
лишены недостатков, в первом случае сталкиваются с проблемой больших
потерь от 20 до 80% первичного пучка, за счет неполного отражения и
поглощения излучения монохроматором, во втором случае установки обладают
низкой эффективностью и дороговизной.
Для реализации проекта выбрана схема с монохроматизацией ТИ,
генерируемое в бетатроне электронами с энергией 18 МэВ в тонкой мишени,
что связано наличием в университете мощностей и квалифицированного
персонала по изготовлению индукционных ускорителей. В принципе, можно
получить пучок монохроматического излучения и от рентгеновской трубки.
Однако
на
современных
трубках
невозможно
получить
поток
монохроматических фотонов с интенсивностью необходимой для диагностики
в медицине. Интенсивность РИ в интересующем диапазоне 5-50 кэВ от
ускорителя на порядок выше.
8
Основная задача этапа заключалась в исследовании возможностей
собранного
прототипа
источника
монохроматического
рентгеновского
излучения и разработка рекомендаций к использованию. Исходя из габаритов,
массы бетатронов и результатов оценки интенсивности ТИ, для разной энергии
электронов, в частности 4, 6 и 18 МэВ, рекомендуется переход на источник с
энергией электронов 4 – 8 МэВ. С уменьшением энергии электронов
уменьшается интенсивность излучения, но в итоге получим большой выигрыш
в габаритах и стоимости по сравнению с источником ТИ на энергию 18 МэВ. В
этом случае также снижаются требования к биологической защите от фонового
излучения, что существенно удешевляет источник. При использовании
активных кварцевых монохроматоров, как показано при выполнении данного
проекта, можно повысить интенсивность монохроматизированного пучка
минимум в 5 раз, что скомпенсирует потери, связанные с уменьшением энергии
электронов.
Необходимо
отметить,
что
на
мировом
рынке
малогабаритных
монохроматических источников с регулируемой энергией излучения за
последнее время не произошло значительных изменений. Лидером остается
LABSYNC с установкой Mirrorcle разработанной проф. Ямада Х. (Япония) [1],
стоимость которой более чем на порядок превышает стоимость установки на
базе бетатрона, что делает последнюю привлекательной для широкого круга
потребителей.
9
1 Основные результаты предыдущих этапов проекта
За предыдущие этапы были проведены экспериментальные исследования
отдельных составляющих экспериментального стенда, в частности:
- разработана модель параметрического рентгеновского излучения
(квазимонохроматичное рентгеновское излучение) от умеренно релятивистских
электронов;
-
созданы
коды
для
моделирования
спектров
тормозного
и
квазимонохроматического рентгеновского излучения, генерируемых пучком
электронов с заданными параметрами;
- разработан и изготовлен модуль монохроматизации рентгеновского
излучения
с
возможностью
монохроматором,
который
дистанционного
обладает
точностью
управления
ориентации
кристалломкристалла
относительно выбранного направления (10±5) мкрад по трем вращательным
степеням свободы и (1±0,5) мм по трем поступательным;
- изготовлен экспериментальный образец активного монохроматора на
базе кристалла кварца с возбуждением объемного акустического поля, который
позволяет плавно управлять интенсивностью монохроматического пучка;
- разработан и изготовлен генератор импульсов для возбуждения упругих
колебаний в кристаллах кварца со следующими параметрами: диапазон частот
1-10 МГц, амплитуда от 0 до 50 В;
- экспериментально исследованы закономерности влияния внешних
деформационных полей на процесс когерентного рассеяния рентгеновского
излучения;
- получены результаты экспериментальных исследований эффективности
монохроматоров на основе идеальных и мозаичных кристаллах;
- разработан и собран источник тормозного рентгеновского излучения на
основе бетатрона на энергию 18 МэВ c технико-эксплуатационными
показателями: средний ток – 100 нА; частота повторения импульсов сброса
электронов на мишень – 150 Гц; диапазон энергий фотонов, регистрируемых
10
измерительным трактом – от 10 до 100 кэВ; максимальная доза на расстоянии 1
м от излучателя – 157,2 мГр/мин;
- разработан и изготовлен механизм управления внутренней мишенью с
диапазоном перемещения мишени по радиусу 50 мм, точность установки
мишени
определяется
числом
шагов
двигателя
и
может
задаваться
программируемым модулем шагового драйвера;
-
собран
спектрометрический
тракт
со
сцинтилляционным
и
полупроводниковым детектирующими блоками, обеспечивающий получение
достоверных данных;
- получены результаты экспериментальных исследований режима
многократного прохождения;
- разработана методика по определению кратности прохождения
электронами внутренней мишени бетатрона;
- разработана модель динамики движения электронов в процессе
ускорения для ускорителей с индукционным типом ускорения;
- проведено численное моделирование динамики движения электронов в
бетатронах с энергиями 18 и 33 МэВ;
- разработан компьютерный алгоритм на основе пакета библиотек
GEANT4 для моделирования пространственного распределения дозы в водном
фантоме
и
моделирования
гетерогенных
(геометрии
средах,
позволяющий
облучения,
параметры
выбирать
первичного
условия
пучка
излучения), результаты моделирования согласуются с экспериментальными
данными не более чем на 15 %;
-
получены
экспериментальные
измерения
пространственного
распределения дозы в водном фантоме на источнике рентгеновского излучения
– рентгеновской трубке РАП 160-5 с использованием дозиметра UNIDOS E и
пленочных дозиметров GAFCHROMIC EBT film, что позволило обеспечить
погрешность детектирующей аппаратуры менее 15 %;
- получены результаты экспериментальных измерений пространственного
распределения поля рентгеновского излучения стенда на основе бетатрона с
11
энергией электронов 18 МэВ с помощью дозиметра UNIDOS E и пленочных
дозиметров GAFCHROMIC EBT film;
- получены результаты экспериментальных измерений по исследованию
зависимости контраста от условий облучения и способа обработки полученной
информации.
1.1 Модель тормозного и параметрического рентгеновского
излучения
Моделирование процесса генерации тормозного излучения проводилось с
использованием библиотек GEANT4, что и определило достоверность
полученных
результатов
моделирования.
Результаты
моделирования
сравнивались с опубликованными экспериментальными данными, сходимость
результатов лучше 10%.
Параметрическое
рентгеновское
излучение
(ПРИ)
возникает
при
прохождении равномерно движущейся заряженной частицы через кристалл
(периодическую структуру) и является квазимонохроматическим.
Модель для расчёта характеристик излучения построена на основе
кинематического рассмотрения процесса ПРИ. Учёт влияния на характеристики
ПРИ таких факторов как размеров пучка, расходимости, мозаичности
кристалла,
многократного
рассеяния
и
конечной
апертуры
проводилось методом Монте-Карло (МК), тогда как потери
детектора
энергии
учитывались в приближении непрерывного замедления.
Результаты моделирования генерации ПРИ по разработанному коду
апробировались
в
работах
экспериментов различных
рассчитанная
ширина
[2-6]
и
сопоставлялись
авторов.
В
частности,
линии
ПРИ
для
с
выход
условий
результатами
излучения
эксперимента
и
[7]
удовлетворительно согласуется с результатами, полученными в данной работе.
В эксперименте [7] ПРИ генерировалось электронами с энергией 6,8 МэВ в
кристалле алмаза толщиной 55 мкм экспериментальное значение ширины
12
линии составляет (86 ± 10) эВ. Расчётное значение по созданному коду с
объемом выборки 103 равно 68 эВ.
Моделирование данных процессов необходимо для оценки технических
характеристик
источника
излучения
необходимых
для
использования
установки в медицине и определения эффекта многократного прохождения
электронами внутренней аморфной/кристаллической мишени.
13
5 Методика оценки тока пучка бетатрона
Одной
из
абсолютизация
актуальных
проблем
экспериментальных
любого
данных.
эксперимента
Эта
проблема
является
становится
чрезвычайно важной, если мишень не перекрывает сечение пучка, либо в
случае внутренней мишени циклических ускорителей, когда частицы пучка
могут неоднократно пересекать мишень. В настоящей работе для подведения
итогов и разработки рекомендаций и исходных данных по использованию
созданной
установки
важно
знать
количество
электронов,
которые
провзаимодействовали с внутренней мишенью. Один из традиционных
способов оценки тока электронов в индукционных ускорителях – измерение
тока со слоя (тока доли электронов выбывшие из ускорения), известно только
примерное отношение ускоренных электронов к выбывшим из ускорения,
кроме того данное отношение разное в разных бетатронах, что также требует
калибровки данного метода перед эксплуатацией ускорителя.
В этом разделе предлагается методика измерения тока электронов,
которые непосредственно провзаимодействовали с мишенью.
Методика
заключается
в
измерении
наведенной
активности
характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) внешней мишени
сколлимированным
пучком
тормозного
излучения
от
бетатрона.
Положительной стороной подобного метода является: изотропность ХРИ, что
не накладывает ограничений на размещение регистрирующей аппаратуры;
монохроматичность ХРИ обеспечивает необходимую точность, поскольку ХРИ
легко «выделяется» на непрерывном фоне и теоретические предсказания
интенсивности ХРИ сходятся с экспериментом лучше 10%.
Для эксперимента требуется источник тормозного излучения, который
необходимо прокалибровать, в частности, бетатрон (пункт 1.6, рисунок 7),
толстая мишень (толщина мишени должна быть больше длины поглощения Клинии ХРИ материала мишени), спектрометрическое оборудование, компьютер
для обработки данных и проведения расчетов.
14
Тормозное излучение, генерируемое электронами на внутренней мишени
ускорителя, выходит через лучепровод 9 (рисунок 7), формируется свинцовым
коллиматором толщиной не менее 10 см и диаметром 1 см, падает на толстую
внешнюю мишень. При взаимодействии рентгеновского излучения с атомом,
который может переходить в возбужденное состояние, испускается ХРИ. C
помощью спектрометрического оборудования измеряется спектр ХРИ, который
далее используется в качестве исходных данных в расчетах по восстановлению
спектра тормозного излучения. Из восстановленного спектра тормозного
излучения
в
абсолютных
единицах
происходит
восстановление
числа
электронов, которые провзаимодействовали с мишенью. Для уменьшения
фонового излучения при регистрации ХРИ детектор устанавливается под углом
90°
относительно
проводятся
с
направления
использованием
пучка
тормозного
бесплатного
излучения.
набора
Расчеты
библиотек
для
моделирования физических процессов Geant4. Подобная методика проходила
апробацию в рамках данного проекта в работе [2].
Модификация данной методики позволит контролировать величину тока
ускорителя в режиме реального времени, что особенно важно в лабораторных
установках, которые рассчитаны на проведение разного рода работ. Суть
модификации заключается в регистрации ХРИ от внутренней мишени
ускорителя, которое испускается атомами мишени после их возбуждения
электронами, а не рентгеновским излучением. Для реализации онлайн монитора
тока пучка, необходимо также модифицировать конструкцию ускорительной
камеры ускорителя, в частности, добавить лучепровод в противоположном
направлении лучепроводу 9 (рисунок 7). Можно отметить, что в данной
методике значительно сокращается время на проведение расчетов.
15
Заключение
За отчетный период были получены следующие результаты:
- Проведены эксперименты по получению цифровых изображений на
пучке рентгеновского монохроматического излучения с помощью приёмника
рентгеновского излучения ПРИЗ-1536.
-
Настроен
прототип
монохроматического
перестраиваемого
рентгеновского источника на базе бетатрона Б-18 с энергией ускоренных
электронов 18 МэВ. Перекрываемый диапазон энергий рентгеновского
излучения 10-50 кэВ. Модуль монохроматизации позволяет ориентировать
кристалл-монохроматор с точностью лучше чем 0,05°, что позволяет
непрерывно изменять энергию фотонов, с учетом ширины линии порядка 100
эВ. Использование эффективных первых порядков отражений для диапазона
энергий фотонов от 20 кэВ и выше, требует малых углов отклонения от 6° и
менее, что в свою очередь требует увеличение расстояния от источника до
детектора и уменьшение «жесткого» фонового излучения. В частности, для
решения данной проблемы рекомендуется использовать источник тормозного
излучения с меньшей энергией электронов, что также понизит общие
требования к биологической защите и стоимость установки.
-
Проведены спектральные и дозовые измерения монохроматического
рентгеновского излучения на собранном стенде, в случае с активным
монохроматором при включении деформационного акустического поля
наблюдалось двукратное увеличение интенсивности дифрагированного пучка.
-
Получены
цифровые
рентгеновские
изображения
на
пучке
рентгеновской трубки и внутренней структуры биологического объекта (рыба)
на пучке бетатрона с пространственным разрешением 2 пары линий на мм
(размер чувствительной ячейки 260 мкм) удовлетворительного качества.
-
Определены
рекомендации
о
возможности
использования
разработанного источника монохроматического рентгеновского излучения и
сопутствующих результатов проекта для медицинской диагностики.
16
- Разработаны основы методики оценки и мониторинга тока пучка в
бетатроне.
- Результаты, полученные в ходе выполнения проекта опубликованы в 6ти статьях [8, 9, 14-17], докладывались на
Международной конференции
Channeling – 2010 (Явления при каналировании заряженных и нейтральных
частиц) [18, 19], вошли в диссертацию Т.С. Иваниловой «Моделирование
захвата и вывода электронного пучка бетатрона с азимутальной вариацией
поля» представленной к защите на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук по специальности 01.04.20 – Физика пучков
заряженных
частиц
исследовательскую
и
ускорительная
работу студентов
техника,
а
также
в
науно-
(Черепенникова Ю.М. «Источник
монохроматического рентгеновского излучения», Ким В.Ю. «Разработка и
апробация методики юстировки и установки кристаллов кварца на пучок
рентгеновского источника в геометрии Лауэ»).
Полученные результаты выполнены надлежащим образом, соответствуют
условиям технического задания.
Рекомендации и исходные данные по конкретному использованию
результатов проекта:
-
разработка
экспериментального
источника
монохроматического
излучения с энергией электронов от 4 до 10 МэВ с минимальными
требованиями к биологической защите от фонового излучения и стоимости;
- выбор оптимальных параметров мишеней (численное моделирование,
экспериментальное исследование) в новой установке для максимизации
интенсивности монохроматического рентгеновского излучения в диапазоне от 5
до 50 кэВ, которое необходимо для медицинских приложений;
- адаптация схемы получения цифровых изображений с помощью
сканирующего детектора ПРИЗ-1536 к параметрам нового импульсного
источника рентгеновского излучения;
17
- изготовление и исследование характеристик активных монохроматоров,
разной толщины, оптимизированных для монохроматизации тормозного
излучения в широком диапазоне энергий;
- развитие направления "цветной" рентгенографии с использованием
источника монохроматического излучения на базе бетатрона;
-
привлечение
преподавателей
университета
для
разработки
лабораторных работ на источнике тормозного излучения, монохроматического
излучения и системе цифровой рентгенографии;
- привлечение студентов и аспирантов для выполнения НИР.
Оценка технико-экономической эффективности внедрения:
- для полной оценки технико-экономической эффективности внедрения
для медицинских приложений необходимы дополнительные исследования;
- для образовательных целей и лабораторных исследований на кафедре
Прикладной
физики
Физико-технического
института
Томского
политехнического университета, разработанная уникальная установка, вносит
весомый вклад и способствует проявлению интереса к науке у студентов.
Необходимо
отметить,
что
на
мировом
рынке
малогабаритных
монохроматических источников с регулируемой энергией излучения лидером
остается LABSYNC с установкой Mirrorcle разработанной проф. Ямада Х.
(Япония) [1], стоимость которой более чем на порядок превышает стоимость
установки на базе бетатрона, что дает последней потенциальную возможность
к широкому спросу у потребителей.
18
Список использованных источников
1. LABSYNC [Электронный ресурс]. – http://www.kuleuven.be/labsync/
2. Гоголев А.С. Генерация параметрического рентгеновского излучения
умеренно релятивистскими заряженными частицами: дис. … к-та ф-м. наук /
А.С. Гоголев; Томский политехнический университет. – Томск, 2008. –
110 с.
3. А.С. Гоголев, А.П. Потылицын, С.Р. Углов. Кинематическая группировка
рефлексов параметрического рентгеновского излучения // Поверхность. –
2008. – № 3. – С. 53
4. Yu. Adischev, S.V. Afanasiev, A.S. Gogolev et al. First observation of parametric
X-rays produced by moderate relativistic protons and carbon nuclei in Si crystals
// NIMB. – 2006. – Vol. 252. – Р. 111
5. А.С. Гоголев, А.П. Потылицын. Сравнение источников рентгеновского
излучения на основе тормозного и параметрического // Известия ТПУ. –
2007. – Т. 311. – № 2. – С. 57
6. А.С. Гоголев, А.П. Потылицын. Источник параметрического рентгеновского
излучения с регулируемой длиной волны // ЖТФ. – 2008. – Т. 78. – № 11. –
С. 64
7. Freundenberger, H. Genz, V.L. Morokhovskii et al. Lineshape, linewidth and
spectral density of parametric X-radiation at low electron energy in diamond //
Appl. Phys. Lett. – 1997. – Vol. 70. – Р. 267
8. Гоголев А.С., Попов Ю.А., Вагнер А.Р., Потылицын А.П., Кочарян В.Р.,
Мовсисян А.Е., Мкртчян А.Г. Рассеяние рентгеновского излучения в
деформированных кристаллах //Известия вузов. Физика. – 2010. – т. 53, – №
11/2. – С. 33-38
9. А.С. Гоголев, Ю.А. Попов, А.Р. Вагнер, А.П. Потылицын. Дифракция
рентгеновского излучения под влиянием объемных акустических волн//
Естественные и технические науки. – 2010. – №4. – С. 260-264
19
10.Иванилова Т.С. Моделирование захвата и вывода электронного пучка
бетатрона с азимутальной вариацией поля: дис. … к-та ф-м. наук / Т.С.
Иванилова; Томский политехнический университет. – Томск, 2010. – 116 с.
11.Иванилова Т.С., Кашковский В.В. Моделирование вывода электронного
пучка из бетатрона с азимутальной вариацией поля//Известия вузов. Физика.
– 2009. – т. 52. – № 11/2. – c. 117-122
12.GAFCHROMIC
[Электронный
ресурс].
–
http://www.gafchromic.com;
http://www.cpce.ru\tools\rtad_unidos.shtml
13.Adischev Y.N., Popov Yu.A., Potylitsyn A.P., Wagner A.R., Uglov S.R., Zabaev
V.N. The comparison of monochromatic X-ray sources based on compact electron
accelerators and X-ray tube //Charged and Neutral Particles Channeling
Phenomena (Channeling 2008): Proceedings of the 51st Workshop of the INFN
Eloisatron Project - Erice, Italy, October 25-November 1, 2008. - Erice: World
Scientific, 2008. - c. 696-704
14.Gogolev A.S., Popov Yu.A., Wagner A.R., Potylitsyn A.P. Active quartz
monochromator//Journal of Physics: Conference Series, 2010 - т. 236, - № 1,
Article number 012019. - c. 5p.
15.Вагнер А.Р., Куликова Е.С., Попов Ю.А. Методика диагностики источников
излучения с помощью пленочных дозиметров //Известия вузов. Физика,
2010 - т. 53, - № 10/2. - c. 190-196
16.Адищев Ю.Н., Вагнер А.Р., Васьковский И.К., Маликов Е.Л., Николаев В.Л.,
Чахлов Г.Л., Шестак А.П. Разработка и испытание бетатрона для
многоцелевого источника монохроматического рентгеновского излучения
//Известия вузов. Физика, 2010 - т. 53, - № 11/2. - c. 22-29
17.Иванилова Т.С., Кашковский В.В. Влияние поля, накопленного в стенке
камеры заряда при инжекции электронов, на параметры частиц, захваченных
в ускорение в бетатроне //Известия вузов. Физика, 2010 - т. 53, - № 11/2. - c.
47-50
18.Adischev Yu.N., Wagner A.P., Vas`kovskii I.K., Vukolov A.V., Malikov E.L.,
Nikolaev V.L., Potylitsyn A.P., Uglov S.R., Chakhlov G.L., Shestak A.P. Source
20
of monochromatic X-radiation //Charged and Neutral Particles Channeling
Phenomena (Channeling - 2010): Book of Abstracts of 4th International
Conference - Ferrara, Italy, 3-8 October 2010. - Ferrara: University of Ferrara,
2010. - c. 168
19.Gogolev A.S., Popov Yu.A., Wagner A.R., Potylitsyn A.P. The coherent
scattering of X-ray under acoustic exposure //Charged and Neutral Particles
Channeling Phenomena (Channeling - 2010): Book of Abstracts of 4th
International Conference - Ferrara, Italy, October 3-8, 2010. - Ferrara: University
of Ferrara, 2010. - c. 91
21
Download