Dinamics of amorphous dielectrics lyuminescence induced by pulse electron beam

A method has been developed and experimental investigation conducted on time dependence of intensity of the cathodoluminescence (CL) induced in technical dielectric materials by high-energy pulse electron beam. At a LU-10 accelerator, the optical path and measuring channel were designed for remote recording CL signal. As optical sensor, a SFH203P photodiode was used with an amplifier on the basis of a HS special-purpose op amps. Preliminary study of conditions of CL registration was performed at a bench. For a number of materials, coincidence of signals of the beam current and CL, as well as dependence of CL amplitude from thickness of the CL radiator have been established. Possibility is shown to use CL signal induced by scanned electron beam for on-line monitoring the beam current density and absorbed dose distributions on the surface of a processed object.Розроблено методику і проведено експериментальне дослідження залежності від часу інтенсивності катодолюмінесценції (КЛ), що збуджується високоенергетичним імпульсним пучком електронів у технічних діелектричних матеріалах. Для дистанційної реєстрації сигналу КЛ на прискорювачі ЛУ-10 розроблені оптичний і вимірювальний тракти. Як фотоприймач використаний фотодіод типа SFH203P зі спеціально розробленим підсилювачем. Попереднє дослідження умов реєстрації КЛ проведено на стенді. Для ряду технічних матеріалів встановлено збіг сигналів пучка і КЛ, а також отримано залежність амплітуди сигналу КЛ від товщини радіатора. Показано можливість використання сигналу КЛ, індукованого скануючим пучком електронів, для on-line моніторингу розподілу щільності струму пучка та поглинутої дози на поверхні об’єкту, що оброблюється.Разработана методика и проведено экспериментальное исследование зависимости от времени интенсивности катодолюминесценции (КЛ), возбуждаемой высокоэнергетичным импульсным пучком электронов в технических диэлектрических материалах. Для дистанционной регистрации сигнала КЛ на ускорителе ЛУ-10 разработаны оптический и измерительный тракты. В качестве фотоприемника КЛ использован фотодиод типа SFH203P со специально разработанным усилителем. Предварительные исследования условий регистрации КЛ проведены на стенде. Для ряда материалов установлено совпадение сигналов пучка и КЛ, а также получена зависимость амплитуды сигнала КЛ от толщины радиатора. Показана возможность использования сигнала КЛ, возбуждаемого сканируемым пучком электронов, для on-line мониторинга распределения плотности тока пучка и поглощенной дозы на поверхности обрабатываемого объекта

Remote measurement of fire parameters of the industrial accelerator electron gun

A device designed for continuous remote control of the parameters of the incandescent circuit of the electronic gun of the accelerator LU-10 has been developed. The created device allows to measure with galvanic isolation of electric quantities of operating voltage and current which are under potential of 5 kV concerning the earth bus.Розроблено пристрій, призначений для безперервного дистанційного контролю параметрів розжарювального ланцюга електронної гармати прискорювача ЛП-10. Створений пристрій дає можливість вимірювання з гальванічною розв'язкою електричних величин, що знаходяться під потенціалом 5 кВ щодо земляної шини.Разработано устройство, предназначенное для непрерывного дистанционного контроля параметров накальной цепи электронной пушки ускорителя ЛУ-10. Созданное устройство дает возможность измерения с гальванической развязкой электрических величин, находящихся под потенциалом 5 кВ относительно земляной шины

Vacuum system of klystron repair facility for electron accelerators

KIU-12AM “AVRORA” klystron has been the main source of rf power for the accelerators for decades. Large accumulations of malfunctioning klystrons made it possible to recycle them using the donor parts, which are well preserved and still functional. Klystron repair process comprises of few stages and part of these stages requires maintaining the high vacuum inside the klystron and adjacent systems.Клістрон КІУ-12АМ «АВРОРА» протягом багатьох десятиліть був основним джерелом радіочастотної потужності для прискорювачів у ННЦ ХФТІ. Незважаючи на те, що цей клістрон більше не виготовляється, він все ще використовується. Наявність великої кількості несправних клістронів дає можливість їх реставрувати підбираючи донорські компоненти, які досі перебувають у робочому стані. Процес ремонту клістрона складається з декількох етапів, і частина з цих етапів вимагає підтримання високого вакууму всередині клістрона та в допоміжних системах.Клистрон КИУ-12АМ «АВРОРА» в течение многих десятилетий был основным источником радиочастотной мощности для ускорителей в ННЦ ХФТИ. Несмотря на то, что этот клистрон больше не производится, он все еще используется. Наличие большого количества неисправных клистронов дает возможность их реставрировать, подбирая донорские компоненты, которые до сих пор находятся в работоспособном состоянии. Процесс ремонта клистрона состоит из нескольких этапов, и часть из этих этапов требует поддержания высокого вакуума внутри клистрона и в смежных системах

Calibration of a system for on-line monitoring of electron energy and absorbed dose at an industrial accelerator LU-10

Particle beam energy and absorbed dose are critical parameters of product processing at industrial electron accelerators. For on-line monitoring of those parameters, a method based on measuring of distribution of the charge induced by irradiation in a wide-aperture stack-monitor, positioned behind an irradiated object, has been developed. A brief review of a control system for monitoring of the processing parameters created with the use of the EPICS package as well as the data of its operating experience at an LU-10 Linac of NSC KIPT are presented in the article. The procedure and results of calibration of the measuring channels within the electron energy range 8…10 MeV are described.Енергія частинок пучка і поглинута доза є критичними параметрами при обробці продукції на промислових прискорювачах електронів. Для on-line моніторингу цих параметрів розроблено метод, що є оснований на вимірюванні розподілу наведеного опромінюванням заряду у широкоапертурному стек-моніторі, який розміщено за оброблюваним об’єктом. Надано стислий огляд системи моніторингу та контролю параметрів обробки, що створена з використанням пакету EPICS, а також дані щодо досвіду її експлуатації на прискорювачі ЛУ-10 ННЦ ХФТІ. Описані процедура та результати калібрування вимірювальних каналів у діапазоні значень енергії електронів 8…10 МеВ.Энергия частиц пучка и поглощенная доза являются критическими параметрами при обработке продукции на промышленных ускорителях электронов. Для on-line мониторинга этих параметров разработан метод, основанный на измерении распределения наведенного облучением заряда в широкоапертурном стекмониторе, который находится за обрабатываемым объектом. Представлены краткий обзор системы мониторинга и контроля параметров обработки, созданной с использованием пакета EPICS, а также данные об опыте ее эксплуатации на ускорителе ЛУ-10 ННЦ ХФТИ. Описаны процедура и результаты калибровки измерительных каналов в диапазоне значений энергии электронов 8…10 МэВ

Application of cathodoluminescence for on-line monitoring of regime of an industrial electron accelerator

Continuous monitoring of critical parameters of an industrial electron accelerator provides quality of product processing. For that purpose, the methods of contact-free diagnostics of processing regime are developed. One of them is based on application of a wide-aperture stack-monitor for on-line measurement of beam current, electron energy, and also the mean absorbed dose over the plain of beam scanning in an irradiated object [1]. In the work, the conditions of application of cathodoluminescence (CL), accompanied action of accelerated electrons on amorphous dielectrics, for adjustment of the stack-monitor, and also for measuring in on-line mode the dose in a point of control as well as of distribution of the electron flux density on the surface of the object, is studied. It is shown, that titanium dioxide, keeping the radiation-optical yield at an accumulated dose of up to 4 MGy, can be considered as a promising material for manufacturing of CL detector.Безперервний моніторинг критичних параметрів промислового прискорювача електронів забезпечує якість обробки продукції. З цією метою розробляють методи безконтактної діагностики режиму обробки. Одним з таких методів є on-line моніторинг струму пучка, енергії електронів і середнього значення поглинутої дози в оброблюваному об’єкті в площині сканування пучка, що базується на використанні широкоапертурного стек-монітора. Досліджені умови застосування катодолюмінесценції (КЛ), яка супроводжує дію прискореними електронами на аморфні діелектрики, для юстирування стек-монітора, а також вимірювання в on-line режимі величини поглинутої дози в контрольній точці та розподілу щільності потоку електронів на поверхні оброблюваного об'єкту. Показано, що як перспективний матеріал для виготовлення КЛ-детектора може бути використаний діоксид титану, який зберігає величину радіаційно-оптичного виходу при інтегральній поглинутій дозі до 4 МГр.Непрерывный мониторинг критических параметров промышленного ускорителя электронов определяет качество обработки продукции. С этой целью разрабатывают методы бесконтактной диагностики режима обработки. Одним из таких методов является on-line мониторинг тока пучка, энергии электронов и среднего значения поглощенной дозы в плоскости сканирования пучка, основанный на использовании широкоаппертурного стек-монитора. Исследованы условия применения катодолюминесценции (КЛ), сопровождающей воздействие ускоренными электронами на аморфные диэлектрики, для юстировки стек-монитора, а также измерения в on-line режиме величины поглощенной дозы в контрольной точке обрабатываемого объекта и распределения плотности потока электронов на его поверхности. Показано, что в качестве перспективного материала для изготовления КЛ-дозиметра может быть использован диоксид титана, который сохраняет величину радиационно-оптического выхода при интегральной поглощенной дозе до 4 МГр

On-line luminescent dosimetry of product processing mode at an electron linac

Radiation-technological processes on the basis of electron accelerators, in particular, sterilization of medical devices, are regulated by international standards. The distribution of the electron flux density and absorbed dose are the main parameters of such processes, that require constant monitoring. In this work, we investigated the possibility to determine in real time the absorbed dose profile on the surface of an object processed using the effect of cathodoluminescence, that occurs when the electron flux acts on technical materials (mainly amorphous dielectrics). The results of calibration of the cathodoluminescent radiators of different composition against the absorbed dose measured by a calorimetric method are presented. The study of the novel technique at an LU-10 electron Linac of NSC KIPT made it possible to identify the sources of uncertainty and evaluate their contribution to the dose measurement.Радіаційно-технологічні процеси із застосуванням прискорювачів електронів, зокрема стерилізація виробів медичного призначення, регламентуються міжнародними стандартами. Основними параметрами таких процесів, що вимагають постійного контролю, є розподіл щільності потоку електронів і поглинута доза випромінювання. Досліджена можливість застосування ефекту катодолюмінесценції, яка виникає при дії потоку електронів на технічні матеріали (головним чином, аморфні діелектрики) для визначення в режимі реального часу профілю поглинутої дози на поверхні оброблюваного об'єкта. Наведено результати калібрування катодолюмінесцентних радіаторів різного складу за поглинутою дозою із застосуванням калориметричного методу. Апробація нового методу на прискорювачі електронів ЛП-10 ННЦ ХФТІ дозволила встановити джерела невизначеності та оцінити їх внесок у результат вимірювань.Радиационно-технологические процессы с применением промышленных ускорителей электронов, в частности стерилизация изделий медицинского назначения, регламентируются международными стандартами. Основными параметрами таких процессов, требующими постоянного контроля, являются: распределение плотности потока электронов и поглощенная доза излучения. Исследована возможность применения эффекта катодолюминесценции, возникающей при воздействии потока электронов на технические материалы (главным образом, аморфные диэлектрики) для определения в режиме реального времени профиля поглощенной дозы на поверхности обрабатываемого объекта. Приведены результаты калибровки катодолюминесцентных радиаторов разного состава по поглощенной дозе с применением калориметрического метода. Апробация нового метода на ускорителе электронов ЛУ-10 ННЦ ХФТИ позволила установить источники неопределенности и оценить их вклад в результат измерений

Measurement of electron beam energy characteristics at an industrial accelerator

At an electron accelerator, the particle energy is one of critical parameters in the technological processes, as well as when conducting the radiation tests. The report presents the results of modernization of beam energy-spectrum analyzer on the basis of a 90˚ electromagnet of an industrial Linac LU-10 (10 MeV, 10 kW). A control system on the basis of a multifunction USB device for the analyzer data acquisition and processing has been developed. The results of measuring the energy characteristics of the accelerator beam with the analyzer, as well as using a dosimetric wedge technique are presented. A computer simulation method was used to study the features of the wedge application in case of a beam with wide spectrum. The conditions of on-line electron energy control using a wide-aperture stack monitor are investigated. A comparative analysis of results of the energy determination by the different techniques is carried out.Енергія випромінення є одним з критичних параметрів у радіаційно-технологічних процесах, а також при проведенні випробувань на прискорювачах електронів. У статті викладені результати модернізації аналізатора спектра пучка промислового прискорювача ЛУ-10 (10 МеВ, 10 кВт) на основі 90˚-електромагніта. Для прийому і обробки даних розроблена система контролю з використанням багатофункціонального USB-пристрою. Приведені результати вимірювання енергетичних характеристик пучка прискорювача за допомогою аналізатора, а також дозиметричного клину. Методом комп'ютерного моделювання вивчені особливості застосування клину у тому разі, коли пучок з широким спектром. Досліджені умови on-line контролю енергії електронів з використанням широкоапертурного стек-монітора. Проведено порівняльний аналіз результатів вимірювання енергій, отриманих різними методами.Энергия излучения является одним из критических параметров в радиационно-технологических процессах, а также при проведении радиационных испытаний на ускорителях электронов. В статье изложены результаты модернизации анализатора спектра пучка электронов на основе 90˚-электромагнита промышленного ускорителя ЛУ-10 (10 МэВ, 10 кВт). Для приема и обработки данных разработана система контроля с использованием многофункционального USB-устройства. Приведены результаты измерения энергетических характеристик пучка ускорителя с помощью анализатора, а также дозиметрического клина. Методом компьютерного моделирования изучены особенности применения клина в случае пучка с широким спектром. Исследованы условия on-line мониторинга энергии электронов с использованием широкоаппертурного стек-монитора. Проведен сравнительный анализ результатов измерения энергии, полученных разными методами

Methods of adjusting forming lines using a low voltage thyristor switch

A method of adjusting the generating lines of a high-voltage pulse modulator with a thyristor switch at a charging voltage of 150 V is given. The degree of pre-distortion is determined to obtain in the operating mode (60 kV) a voltage pulse with the required non-uniformity at the optimal value of the degaussing current of the transformer. An element of fine tuning of forming lines at operating voltage is developed and applied.Приведено спосіб налаштування формуючих ліній потужного високовольтного імпульсного модулятора за допомогою тиристорного ключа при зарядній напрузі 150 В. Метод полягає у введенні у форму імпульсу модулятора при низькій напрузі передспотворень з метою отримання високовольтного імпульсу з плоскою вершиною при робочій напрузі. Визначено передспотворення для отримання в робочому режимі (60 кВ) імпульсу напруги з необхідною нерівномірністю при оптимальній величині струму розмагнічування трансформатора. Розроблено та застосовано елемент точного налаштування формуючих ліній при робочій напрузі.Приведен способ настройки формирующих линий мощного высоковольтного импульсного модулятора с помощью тиристорного ключа при заданном напряжении 150 В. Метод заключается в ведении в форму импульса модулятора при низком напряжении предискажений с целью получения высоковольтного импульса с плоской вершиной при рабочем напряжении. Определено предискажение для получения в рабочем режиме (60 кВ) импульса напряжения с необходимой неоднородностью при оптимальной величине тока размагничивания трансформатора. Разработан и использован элемент точной настройки формирующих линий при рабочем напряжении

Analysis of a double-beam e,X-mode at an idustrial accelerator “EPOS”

The main assignment of industrial plant with an accelerator “EPOS” providing the electron energy up to 30 MeV is radiation dyeing of gemstones. At treatment of them, the part of the electron energy is transformed into bremsstrahlung (X-) radiation. The energy characteristics of the electron beam were measured by a dosimetry wedge technique. On the basis of obtained results, the parameters of the mixed e,X-flux (the energy conversion coefficient and the factor of secondary radiation) along the path of radiation formation were alculated using a transport code GEANT4. The conditions for production of X-ray radiation in the state of electronic equilibrium have been determined. The spectrum of the X-ray photons as well as the dose rate and its distribution behind a target device for gemstone irradiation were calculated. A measured dose profile is satisfactory agreed with the data of the simulation. Implementation of a double-beam mode enables to conduct the extra radiation programs in the field of the bremsstrahlung radiation (modification of semiconductors and polymers, radiation tests, photonuclear activation of samples, etc.).Основним призначенням технологічної установки з прискорювачем «ЕПОС», що забезпечує енергію електронів пучка до 30 МеВ, є радіаційне фарбування ювелірних каменів. У процесі їх обробки частина енергії електронів трансформується в гальмівне випромінювання. За допомогою дозиметричного клину зміряні енергетичні характеристики пучка. На основі одержаних даних методом моделювання з використанням транспортного коду GEANT 4 розраховані параметри змішаного е,Х-випромінювання (енергетичний коефіцієнт конверсії і показник вторинного випромінювання) уздовж тракту його формування. Визначені умови отримання на виході тракту гальмівного випромінювання в стані електронної рівноваги. Розраховано спектр фотонів, а також потужність поглинутої дози гальмівного випромінювання та її розподіл. Результати вимірювання останнього задовільно узгоджуються з даними моделювання. Реалізація двопучкового режиму забезпечує можливість, разом з опромінюванням продукції електронами в основному радіаційному каналі, проводити також додаткові програми в полі гальмівного випромінювання (радіаційні випробування, фотоядерну активацію зразків, модифікацію напівпровідників і полімерів, тощо).Основным назначением технологической установки с ускорителем «ЭПОС», обеспечивающим энергию электронов пучка до 30 МэВ, является радиационное окрашивание ювелирных камней. В процессе их обработки часть энергии электронов трансформируется в тормозное излучение. С помощью дозиметрического клина измерены энергетические характеристики пучка. На основе полученных данных методом моделирования с использованием транспортного кода GEANT 4 рассчитаны параметры смешанного е,Х-излучения (энергетический коэффициент конверсии и фактор вторичного излучения) вдоль тракта его формирования. Определены условия получения тормозного излучения в состоянии электронного равновесия. Рассчитаны спектр фотонов, а также мощность поглощенной дозы тормозного излучения и ее распределение. Результаты измерения последнего удовлетворительно согласуются с данными моделирования. Реализация двухпучкового режима обеспечивает возможность, наряду с облучением продукции электронами в основном радиационном канале, проводить также дополнительные программы в поле тормозного излучения (радиационные испытания, фотоядерную активацию образцов, модификацию полупроводников и полимеров и т. д.)

About the use in nuclear medicine of pharmaceuticals on the basis of the isotope ¹⁸F and its achievements on linear electron accelerators of NIK "Accelerator"

The importance widely used in the world of Radiopharmaceutical: 2-fluoro [¹⁸F]-2-deoxy-D-glucose (fluo-rideglucose, ¹⁸F) for the diagnosis of various diseases using PET and CT imaging are shown. Provides information about the levels of specific activity of aqueous solutions containing the isotope ¹⁸F, the resulting target irradiation-matrix of Teflon (C₂F₄) on different linear accelerators of electrons NIK "Accelerator". Emphasis on the need to increase the density of the electron flux on the target and find ways of improvement of the methodology for obtain-ing Radiopharmaceutical, using isotope ¹⁸F, produced by the photonuclear method.Показана значимість широко використовуваного в світі РФП: 2-фтор[¹⁸F]-2-дезоксі-D-глюкози (фторде-зоксіглюкози, ¹⁸F) для діагностики різних захворювань із застосуванням ПЕТ і КТ-томографіі. Приведені відомості про рівні питомої активності водних розчинів, що містять ізотоп ¹⁸F, що утворюється в результаті опромінення мішеней-матриць з фторопласту (C₂F₄) на різних лінійних прискорювачах електронів НДК «Прискорювач». Робиться наголос на необхідності підвищення щільності потоку електронів на мішені і пошуку шляхів удосконалення методології отримання РФП-фтордезоксіглюкози з використанням ізотопу ¹⁸F, напрацьованого фотоядерним методом.Показана значимость широко используемого в мире РФП: 2-фтор[¹⁸F-2-дезокси-D-глюкозы (фтордезок-сиглюкозы, ¹⁸F) для диагностики различных заболеваний с применением ПЭТ и КТ-томографии. Приведены сведения об уровнях удельной активности водных растворов, содержащих изотоп ¹⁸F, образующийся в результате облучения мишеней-матриц из фторопласта (C₂F₄) на различных линейных ускорителях электронов НИК «Ускоритель». Делается ударение на необходимости повышения плотности потока электронов на мишени и поиска путей усовершенствования методологии получения РФП-фтордезоксиглюкозы с использованием изотопа ¹⁸F, нарабатываемого фотоядерным методом