Modeling the response of a planar silicon detector when measuring the exposure dose rate in the energy range from 5 keV to 10MeV

The main advantages of using silicon semiconductor detectors in dosimetry in comparison with traditional detectors are considered. The shortcomings are analyzed and possible methods for their elimination are proposed. One of the proposed methods makes it possible to increase the efficiency of detecting gamma quantum in the energy range 0.1…10MeV. The requirements are formulated to optimize the design of detectors operating in a wide range of dose rates and gamma radiation energies by computer simulation. Mathematical calculations and computer simulations determine the dosimeter design, materials and thicknesses γ–converter. The mechanisms of modeling the absorbed dose in air and ambient dose in silicon detectors with a thickness of 300 μm, sizes (5×5)mm² and (1.8×1.8)mm², in the range of incident γ–ray energies from 5keV to 10 MeV are presented.Розглянуто основні переваги застосування кремнієвих напівпровідникових детекторів у задачах дозиметрії в порівнянні з традиційними детекторами. Проаналізовано недоліки та запропоновані можливі методи їх усунення. Один із запропонованих методів дозволяє збільшити ефективність реєстрації гамма-квантів у діапазоні енергій 0,1…10 МэВ. Сформульовано вимоги, необхідні для оптимізації конструкції детекторів, які працюють у широкому діапазоні потужностей доз і енергії гамма–випромінювання, методом комп’ютерного моделювання. Проведені математичні розрахунки і комп’ютерне моделювання визначають конструкцію дозиметра, матеріали і товщину γ–конвертера. Наводяться механізми моделювання поглиненої дози в повітрі і амбієнтної дози в кремнієвих детекторах товщиною від 300 мкм, розмірами (5×5)мм² и (1,8×1,8)мм², у діапазоні енергій падаючого γ–випромінювання від 5 кеВ до 10 МеВ.Рассмотрены основные преимущества применения кремниевых полупроводниковых детекторов в задачах дозиметрии по сравнению с традиционными детекторами. Проанализированы недостатки и предложены возможные методы их устранения. Один из предложенных методов позволяет увеличить эффективность регистрации гамма-квантов в диапазоне энергий 0,1…10 МэВ. Сформулированы требования, необходимые для оптимизации конструкции детекторов, работающих в широком диапазоне мощностей доз и энергии гамма–излучения, методом компьютерного моделирования. Проведенные математические расчеты и компьютерное моделирование определяют конструкцию дозиметра, материалы и толщину γ–конвертера. Приводятся механизмы моделирования поглощенной дозы в воздухе и амбиентной дозы в кремниевых детекторах толщиной от 300 мкм, размерами (5×5)мм² и (1,8×1,8)мм², в диапазоне энергий падающего γ–излучения от 5 кэВ до 10 МэВ

Problems of remote detection of chemical explosives and fissile materials using neutron-activation diagnostics method

This paper presents results of computer simulation of nuclear processes (using Geant4 9.0 package) for neutrons passing through a shell-free explosive model and through a model of military load containing some fissile material. Spectral distributions of γ-quanta were calculated for the neutron with fixed energy at different points of time after irradiation. The programs were designed using C++ and function under execution control of OS Red Hat LINUX 6.2 FEDORA.Представлены результаты компьютерного моделирования с использованием пакета Geant4-09 ядерно-физических процессов прохождения нейтронов через безоболочечную модель взрывчатого вещества, а также через модель боезаряда с делящимся веществом. Рассчитаны спектральные распределения γ-квантов для фиксированной энергии нейтронов в различные моменты времени после облучения.. Программы разработаны на языке C++ и работают под управлением OS Red Hat LINUX 6.2 FEDORAПредставлено результати комп'ютерного моделювання з використанням пакету Geant4-09 ядерно-фiзичних процесiв проходження нейтронiв через модель вибухової речовини без оболонки, а також через модель боєзаряду з подiльчим матерiалом. Розрахованi спектральнi розподiли γ-квантiв для фiксованої енергiї нейтронiв у рiзнi моменти часу пiсля опромiнення. Програми розробленi на мовi C + + i працюють пiд управлiнням OS Red Hat LINUX 6.2 FEDORA

Bremsstrahlung of electrons and yield of neutrons from thick converters, passing of gamma-radiation and neutrons through biological shielding

In GEANT4 spectral-angular distributions of the bremsstrahlung of medium-energy electrons from amorphous targets of different thickness and atomic charge were calculated. The total yield of gamma quanta in the forward hemisphere and at large scattering angles were determined depending on the converter thickness. The difference in the characteristics of gamma radiation for thin and thick targets was shown. The neutron yield is calculated due to photonuclear reactions for various converters. Numerical estimates of the radiation spectra after passing through the biological shielding for neutron and bremsstrahlung were carried out.У GEANT4 розраховано спектрально-кутові розподіли гальмівного гамма випромінювання електронів середніх енергій з аморфних мішеней-конверторів різної товщини і атомного заряду. Визначено повний вихід гамма-квантів у передню півсферу і під великими кутами розсіювання в залежності від товщини конвертора. Показано відмінність характеристик гамма-випромінювання для тонких і товстих мішеней. Проведено розрахунок виходу нейтронів за рахунок фотоядерних реакцій для різних конверторів. Проведено чисельні оцінки спектрів випромінювання після проходження біологічного захисту окремо для нейтронного і гальмівного випромінювань.В GEANT4 рассчитаны спектрально-угловые распределения тормозного гамма-излучения электронов средних энергий из аморфных мишеней-конверторов различной толщины и атомного заряда. Определен полный выход гамма-квантов в переднюю полусферу и под большими углами рассеяния в зависимости от толщины конвертора. Показано различие характеристик гамма- излучения для тонких и толстых мишеней. Проведен расчет выхода нейтронов за счет фотоядерных реакций для различных конверторов. Проведены численные оценки спектров излучения после прохождения биологической защиты отдельно для нейтронного и тормозного излучений

Low-energy X-ray radiation after the biological shielding of electron accelerators

The bremsstrahlung of electrons from thick converters and its passage through concrete shielding of accelerators at different angles to the axis of the electron beam were calculated using GEANT4. Numerical estimates of the residual low-energy component of X-ray radiation after passing through the biological protection were carried out at an electron energy of up to 300 MeV. Additional reasons for the possible appearance of soft X-ray radiation after the shielding are considered. Experimental measurements of the spectral and dosimetric characteristics were performed by a silicon uncooled detector with the energy resolution of ~ 1 keV and spectral sensitivity in the range 5...150 keV. The comparison of the estimated dose (using the number of counts in Si detector) with indications of dosimeters was made.У GEANT4 розраховано гальмівне випромінювання електронів з товстих перетворювачів і проходження випромінювання через бетонне екранування прискорювачів під різними кутами до осі електронного пучка. Проведені численні оцінки залишкової низькоенергетичної складової рентгенівського випромінювання після проходження біологічного захисту при енергії електронів до 300 МеВ. Розглянуто додаткові причини появи м'якого рентгенівського випромінювання після проходження захисту. Експериментальні виміри спектральних та дозиметричних характеристик виконувалися кремнієвим неохолодженим детектором з енергетичним дозволом ~ 1 кеВ і спектральною чутливістю в діапазоні 5...150 кеВ. Проведено порівняння оціночної дози (з використанням кількості відліків у детекторі Si) з показами дозиметрів.В GEANT4 рассчитаны тормозное излучение электронов из толстых конверторов и прохождение излучения через бетонное экранирование ускорителей под разными углами к оси электронного пучка. Проведены численные оценки остаточной низкоэнергетической составляющей рентгеновского излучения после прохождения биологической защиты при энергии электронов до 300 МэВ. Рассмотрены дополнительные причины возможного появления мягкого рентгеновского излучения после прохождения защиты. Экспериментальные измерения спектральных и дозиметрических характеристик выполнялись кремниевым неохлаждаемым детектором с энергетическим разрешением ~ 1 кэВ и спектральной чувствительностью в диапазоне 5...150 кэВ. Проведено сравнение оценочной дозы (с использованием количества отсчетов в детекторе Si) с показаниями дозиметров

Регистрация тормозного излучения прибором СТЭП-Ф в области Бразильской магнитной аномалии

Представлены результаты компьютерного моделирования с использованием пакета Geant4 8.2 а также экспериментальные данные, полученные в рамках проекта КОРОНАС-ФОТОН. Исследуются возможности прибора регистрировать спектральное распределение тормозного излучения первичного потока электронов, попадающего на прибор. Анализируются возможные зависимости спектрального распределения от первичной энергии электрона. Рассматриваются механизмы и условия регистрации, гамма-квантов прибором. Программы моделирующие работу прибора СТЭП-Ф разработаны на языке С++ и работают под управлением ОС Red Hat LINUX 6.2 FEDORA [1]. The results of the computer simulation by means Geant4 8.2 package, CORONAS-PHOTON experimental data are presented. Device ability to register primary electron’s bremsstrahlung spectrum was investigated. The possible gamma-spectrum dependence on primary electron’s energy and device response on these changes was analyzed. Mechanisms and conditions of the device gamma-quantum registration are discussed. The simulation STEP-F device program was made by C++ program language under OS Red Hat LINUX 6.2 FEDORA operation [1]. Представлені комп’ютерні результати ,які були отримані за допомогою пакету Geant4 8.2, а також експериментальні дані, отриманні зі супутника КОРОНАС-ФОТОН. Досліджуються можливості приладу реагувати на гальмівне випромінювання від первинного потоку електронів, які мають можливість потрапити до приладу. Аналізується можливість наявності залежності спектрального розподілу від первинної енергії електрону. Розглядаються можливі механізми та умови реєстрації гама-квантів приладом. Програми моделювання роботи приладу СТЕП-Ф розроблені на мові С++ та працюють на платформі ОС Red Hat LINUX 6.2 FEDORA[1]

Регистрация тормозного излучения прибором СТЭП-Ф в области Бразильской магнитной аномалии

Представлены результаты компьютерного моделирования с использованием пакета Geant4 8.2 а также экспериментальные данные, полученные в рамках проекта КОРОНАС-ФОТОН. Исследуются возможности прибора регистрировать спектральное распределение тормозного излучения первичного потока электронов, попадающего на прибор. Анализируются возможные зависимости спектрального распределения от первичной энергии электрона. Рассматриваются механизмы и условия регистрации, гамма-квантов прибором. Программы моделирующие работу прибора СТЭП-Ф разработаны на языке С++ и работают под управлением ОС Red Hat LINUX 6.2 FEDORA [1]. The results of the computer simulation by means Geant4 8.2 package, CORONAS-PHOTON experimental data are presented. Device ability to register primary electron’s bremsstrahlung spectrum was investigated. The possible gamma-spectrum dependence on primary electron’s energy and device response on these changes was analyzed. Mechanisms and conditions of the device gamma-quantum registration are discussed. The simulation STEP-F device program was made by C++ program language under OS Red Hat LINUX 6.2 FEDORA operation [1]. Представлені комп’ютерні результати ,які були отримані за допомогою пакету Geant4 8.2, а також експериментальні дані, отриманні зі супутника КОРОНАС-ФОТОН. Досліджуються можливості приладу реагувати на гальмівне випромінювання від первинного потоку електронів, які мають можливість потрапити до приладу. Аналізується можливість наявності залежності спектрального розподілу від первинної енергії електрону. Розглядаються можливі механізми та умови реєстрації гама-квантів приладом. Програми моделювання роботи приладу СТЕП-Ф розроблені на мові С++ та працюють на платформі ОС Red Hat LINUX 6.2 FEDORA[1]

Self-field compensation of high-current reb transported by gradient drift in azimuthal magnetic field

The research on the basic physical factors influencing the compensation of self-fields of a high-current electron beam transported in azimuthal magnetic field using gradient drift was conducted. The magnetic field was produced by the current carrying conductor placed on the beam axis. The beam self-field compensation is provided by the plasma produced by the electron beam when it is injected into some rarified gas. It was shown, that under conditions of the experiments carried out by the authors, the transversal magnetic field considerably reduced the electron beam compensation degree. On the whole, the obtained results confirm the general concepts of the physical processes occurring in the beam-produced plasma when the beam is injected into some rarified gas. So, when solving some technical tasks associated with effective transport of a high-current relativistic electron beam (REB), the parameters of the electron beam and those of the transport channel are to be matched carefully. Исследованы основные физические факторы, влияющие на компенсацию собственных полей сильноточного электронного пучка, транспортируемого посредством градиентного дрейфа в азимутальном магнитном поле, создаваемом током в проводнике, размещенном на оси пучка. Компенсация собственных полей пучка обеспечивается плазмой, создаваемой электронным пучком при инжекции его в разреженный газ. Показано, что в условиях выполненных экспериментов, поперечное магнитное поле существенно снижает степень компенсации электронного пучка. В целом, полученные результаты подтверждают общие представления о физических процессах, происходящих в создаваемой пучком плазме при инжекции его в разреженный газ. При решении технических задач, связанных с высокоэффективной транспортировкой сильноточных РЭП, необходимо тщательно согласовывать параметры электронного пучка и канала транспортировки

First concept of compact instrument SIDRA for measurements of particle fluxes in the space

The concept of the compact instrument SIDRA for measurements of energetic charge particle fluxes and the first results of laboratory tests of the separate units are presented. The SIDRA instrument consists of one detector unit based on the high purity silicon PIN (∆E, E) and rapid scintillation detectors, of analogue & digital signal processing units, and of one secondary power supply module. Different objectives – scientific and also applied ones such as measurements of absorbed dose rates can be achieved in the outer space with the help of the SIDRA device. Main features and parameters of the device such as weight, dimensions, power consumption as well as some electrical characteristics are presented. Представлены концепция компактного прибора SIDRA для измерений потоков энергичных заряженных частиц и первые результаты лабораторных тестов отдельных модулей прибора. Прибор SIDRA состоит из детекторного блока, созданного на основе сверхчистых кремниевых и сцинтилляционного детекторов, аналогового и цифрового блоков обработки сигналов, и модуля источника вторичного питания. Различные задачи, как научные, так и прикладные, такие, как измерения мощности поглощенных доз, могут быть решены в окружающем космическом пространстве с помощью прибора SIDRA. Представлены основные особенности и параметры прибора, такие как вес, размеры, потребляемая мощность и некоторые электрические характеристики. Представлені концепція компактного приладу SIDRA для вимірювань потоків енергійних заряджених частинок і перші результати лабораторних тестувань окремих модулів приладу. Прилад SIDRA включає в себе детекторний блок, створений на основі надчистих кремнієвих і сцинтиляційного детекторів, аналогового і цифрового блоків обробки сигналів і модуля джерела вторинного живлення. Різноманітні задачі, як наукові, так і прикладні, такі, як вимірювання потужності поглинених доз, можуть бути вирішені в навколоземному космічному просторі за допомогою приладу SIDRA. Представлені головні особливості і параметри приладу, такі, як вага, розміри, споживана потужність і деякі електричні характеристики

Self-field compensation of high-current reb transported by gradient drift in azimuthal magnetic field

The research on the basic physical factors influencing the compensation of self-fields of a high-current electron beam transported in azimuthal magnetic field using gradient drift was conducted. The magnetic field was produced by the current carrying conductor placed on the beam axis. The beam self-field compensation is provided by the plasma produced by the electron beam when it is injected into some rarified gas. It was shown, that under conditions of the experiments carried out by the authors, the transversal magnetic field considerably reduced the electron beam compensation degree. On the whole, the obtained results confirm the general concepts of the physical processes occurring in the beam-produced plasma when the beam is injected into some rarified gas. So, when solving some technical tasks associated with effective transport of a high-current relativistic electron beam (REB), the parameters of the electron beam and those of the transport channel are to be matched carefully. Исследованы основные физические факторы, влияющие на компенсацию собственных полей сильноточного электронного пучка, транспортируемого посредством градиентного дрейфа в азимутальном магнитном поле, создаваемом током в проводнике, размещенном на оси пучка. Компенсация собственных полей пучка обеспечивается плазмой, создаваемой электронным пучком при инжекции его в разреженный газ. Показано, что в условиях выполненных экспериментов, поперечное магнитное поле существенно снижает степень компенсации электронного пучка. В целом, полученные результаты подтверждают общие представления о физических процессах, происходящих в создаваемой пучком плазме при инжекции его в разреженный газ. При решении технических задач, связанных с высокоэффективной транспортировкой сильноточных РЭП, необходимо тщательно согласовывать параметры электронного пучка и канала транспортировки