Modernization of control system of the beam critical parameters at a LU-10 industrial electron accelerator

Continuous control and monitoring of critical parameters of radiation processing of products is one of the requirements of the international standard ISO 11137. The current system to monitoring the parameters of radiation treatment of products at the LU-10 accelerator is being in operation for more than 15 years. The life-time of the mayor part of measuring modules is over, and those modules are no longer produced. Modernization of monitoring system with the use of the multi-functional USB modules, single-board mini-computers and EPICS control system (Experimental Physics and Industrial Control System) is considered. The architecture and software for a new monitoring system have been developed. Debugging and operation of the system in a test mode is performed.Безперервний контроль і моніторинг критичних параметрів радіаційної обробки продукції є одним з вимог Міжнародного стандарту ISO 11137. Діюча система контролю параметрів радіаційної обробки продукції на прискорювачі ЛП-10 працює більше 15 років. Велика частина вимірювальних модулів системи виробила свій ресурс і більше не виробляється. Розглянуто модернізацію системи контролю з використанням багатофункціональних USB-модулів, одноплатних міні-комп'ютерів та системи управління EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Розроблена архітектура та програмне забезпечення для нової системи контролю параметрів радіаційної обробки. Проводиться налагодження і робота системи в тестовому режимі.Непрерывный контроль и мониторинг критических параметров радиационной обработки продукции является одним из требований Международного стандарта ISO 11137. Действующая система контроля параметров радиационной обработки продукции на ускорителе ЛУ-10 работает более 15 лет. Большая часть измерительных модулей системы выработала свой ресурс и больше не производится. Рассмотрена модернизация системы контроля с использованием многофункциональных USB-модулей, одноплатных мини-компьютеров и системы управления EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Разработана архитектура и программное обеспечение для новой системы контроля параметров радиационной обработки. Проводится отладка и работа системы в тестовом режиме

Optimization of a Compton direct-charge detector for monitoring high-energy bremsstrahlung radiation

The conditions of application of a Compton direct-charge detector (DCD) for monitoring of intensity of the highenergy bremsstrahlung (X-ray) radiation are studied. A method is described for calculation of characteristics of the secondary е,Х-radiation at exit of an electron accelerator, and also for providing the conditions of the electronic equilibrium. By means of computer simulation, the processes of charge generation in a DCD monitor comprising two plates of different thickness from various metals are analyzed. On the basis of the obtained results, the requirements imposed on DCD composition for providing the maximum of its sensitivity are formulated. It is shown, that within the suggested DCD geometry, the monitor sensitivity reveals a weak dependence on the atomic number of its material at Z>29, and also on the end-point energy of X-rays in the span of 20…100 MeV.Досліджені умови застосування комптонівського ДПЗ для моніторингу високоенергетичного гальмівного випромінювання. Описаний метод розрахунку характеристик вторинного е,Х-випроміннюваня на виході прискорювача електронів, а також забезпечення умови електронної рівноваги. Методом комп'ютерного моделювання вивчені процеси формування зарядів у детекторі, що складається з двох пластин різної товщини з різних металів. На основі отриманих результатів сформовані вимоги до складу ДПЗ для забезпечення максимуму його чутливості. Показано, що у запропонованій геометрії ДПЗ вона слабо залежить від атомного номера матеріалу в області Z > 29 і граничної енергії гальмівного випромінювання в діапазоні 20…100 МеВ.Исследованы условия применения комптоновского детектора прямого заряда (ДПЗ) для мониторинга высокоэнергетического тормозного излучения. Описан метод расчета характеристик вторичного е,Хизлучения на выходе ускорителя электронов и обеспечения условия электронного равновесия. Методом компьютерного моделирования изучены процессы формирования зарядов в ДПЗ, состоящем из двух пластин разной толщины из различных металлов. На основе полученных результатов сформулированы требования к составу ДПЗ для обеспечения максимума его чувствительности. Показано, что в предложенной геометрии ДПЗ она слабо зависит от атомного номера его материала в области Z > 29, а также от граничной энергии тормозного излучения в диапазоне 20…100 МэВ

Methods of bremsstrahlung monitoring for photonuclear technologies

The paper describes the methods and devices proposed for measuring the main parameters of high-power highenergy bremsstrahlung sources. It has been suggested that space-energy characteristics of radiation should be investigated by the method of combined (γ, n) activation of a set of foils that have different energy thresholds of the reaction. In each energy range, the geometrical characteristics of the radiation field are reconstructed from the foil surface activity distributions. The last ones are determined through one-dimensional scanning of the foils by a specially designed detecting head that includes a linear matrix from collimated CdZnTe-base detectors. For a continuous monitoring of the bremsstrahlung power flow it is suggested that the method of feed-free secondary emission should be used, with a plane-parallel detector having two plates of different thickness as the base. A preliminary analysis of the geometry and applicability conditions of each of the detector systems was performed by the method of computer simulation based on the PENELOPE software systemОписаны предложенные авторами методы и средства измерения основных параметров мощных источников высокоэнергетичного тормозного излучения. Исследование пространственно-энергетических характеристик излучения предлагается выполнять методом совместного (γ,n)-активирования набора фольг из материалов, имеющих различный энергетический порог реакции. Геометрические характеристики поля излучения в каждом энергетическом диапазоне восстанавливают из распределений поверхностной активности фольг. Последние определяются путем одномерного сканирования фольг специально разработанной детекторной головкой, включающей линейную матрицу из коллимированных детекторов на основе CdZnTe. Для непрерывного мониторинга потока мощности тормозного излучения предложено использовать метод вторичной эмиссии без питания на основе плоскопараллельного детектора из двух пластин с различной толщиной. Предварительный анализ геометрии и условий применения каждой из детекторных систем выполнен методом компьютерного моделирования на основе программной системы PENELOPE/2001.Описані запропоновані авторами методи і засоби вимірювання основних параметрів потужних джерел високоенергетичного гальмівного випромінювання. Дослідження просторово-енергетичних характеристик випромінювання пропонується виконувати методом спільного (γ,n) - активування набору фольг з матеріалів, що мають різний енергетичний поріг реакції. Геометричні характеристики поля випромінювання в кожному енергетичному діапазоні визначають з розподілів поверхневої активності фольг. Останні визначаються шляхом одномірного сканування фольг спеціально розробленою детекторною голівкою, що включає лінійну матрицю з колімованих детекторів на основі CdZnTe. Для безперервного моніторингу потоку потужності гальмівного випромінювання запропоновано використовувати метод вторинної емісії без живлення на основі плоскопаралельного детектора з двох пластин з різною товщиною. Попередній аналіз геометрії і умов застосування кожної з детекторних систем виконаний методом комп'ютерного моделювання на основі програмної системи PENELOPE/2001

A РС-controlled beam scanning system at the technological electron LINAC

The regulatory documents for a number of technological processes (sterilization and others) require that a continuous control and archiving of beam scanning regime should be provided. To meet these conditions at the radiation-technological facility with the electron linear accelerator LU-10 (10 MeV, 10 kW), an automated complex of scanner control was designed and put into operation. The complex is a CAMAC-based autonomous system controlled by a computer. It provides a programmed control of the beam scanning zone width proceeding from the assigned dimensions of the object under treatment, within 20 to 60 cm, with an automatic setting of the center of the zone in the middle of the object. The complex control also includes the possibility of correcting the position of the beam-scanning center in order to compensate the angle of beam entrance into the scanner electromagnet.Нормативные документы на ряд технологических процессов (стерилизация и др.) требуют обеспечения непрерывного контроля и архивирования режима сканирования пучка. Для выполнения этих условий на радиационно-технологической установке с линейным ускорителем электронов ЛУ-10 (10 МэВ, 10 кВт) разработан и введен в эксплуатацию автоматизированный комплекс управления сканером. Комплекс является основанной на стандарте КАМАК автономной системой под управлением РС. Он обеспечивает программное управление шириной зоны сканирования пучка, исходя из заданных размеров обрабатываемого объекта, в пределах 20…60 см с автоматическим выставлением центра зоны в середине объекта. Управление комплексом включает также возможность корректировки положения центра развертки пучка для компенсации угла его входа в электромагнит сканера.Нормативні документи на ряд технологічних процесів (стерилізація та ін.) вимагають забезпечення безперервного контролю й архивування режиму сканування пучка. Для виконання цих умов на радіационо- технологічній установці з лінійним прискорювачем електронів ЛУ-10 (10 МеВ, 10 кВт) розроблений і введений в експлуатацію автоматизований комплекс управління сканером. Комплекс є заснованою на стандарті КАМАК автономною системою під керуванням РС. Він забезпечує програмне управління шириною зони сканування пучка, виходячи з заданих розмірів оброблюваного об'єкта, у межах 20...60 см з автоматичним виставленням центра зони в середині об'єкта. Керування комплексом включає також можливість коректування положення центра розгортки пучка для компенсації кута його входу в електромагніт сканера

Subsystem for control of isotope production with linear electron accelerator

One of advanced ways of isotope production for medicine is using of bremsstrahlung of the electron accelerator [1]. Therewith, this technology requires development of special target units, that can be operated under high radiation energy flow (up to 10 kW and more) and absorbed doze up to 10¹⁰ Gy. The conditions of high efficiency of the nuclide production and an isotope purity of them define requirements to the control and diagnostic systems. In this report the high-current LINAC subsystem for diagnostic and monitoring the basic technological parameters of isotope production (energy flux of bremsstrahlung photons and absorbed doze in the target, target activity, temperature and consumption of water cooling the converter and target) is described. The parallel printer port (LPT) of the personal computer is proposed to use as an interface with the measurement channels

Real-time system for processing regime diagnostic on accelerator

A continuous mode of product transportation into the radiation zone of the electron accelerator with a scanned beam is attained by means of a remote loading of the conveyor. To keep an assigned distribution of the absorbed dose, it is necessary to provide a continuous monitoring of process parameters such as the beam current (average and pulse values), the electron energy, the linear density distribution of beam current, and also the conveyor speed. The automatic real-time system operating at the LU-10 linac and providing measurements of the mentioned parameters is described in the paper.На прискорювачі електронів з пучком, що сканується, для обробки продукції в безупинному режимі застосовують її подачу в зону опромінення за допомогою конвеєра який завантажується дистанційно. Для підтримки заданого розподілу поглиненої дози необхідно здійснювати безупинний контроль таких параметрів процесу, як струм пучку (середнє й імпульсне значення), енергія електронів, розподіл лінійної щільності току пучка, а також швидкість конвеєра. У роботі описано автоматизовану систему, що працює на прискорювачі ЛУ-10 у режимі real-time і дозволяє проводити вимірювання зазначених параметрів.На ускорителе электронов со сканируемым пучком для обработки продукции в непрерывном режиме применяют ее подачу в зону облучения с помощью дистанционно загружаемого конвейера. Для поддержания заданного распределения поглощенной дозы необходимо осуществлять непрерывный контроль таких параметров процесса, как ток пучка (среднее и импульсное значение), энергия электронов, распределение линейной плотности тока пучка, а также скорость конвейера. В работе описана автоматизированная система, работающая на ускорителе ЛУ-10 в режиме real-time и позволяющая проводить измерение указанных параметров

A dosimetry technique of high-energy X-ray in MGy range

Possibility of a dosimetry method for high-energy bremsstrahlung radiation in the range up to МGy and higher by activation of a detector from indium via the ¹¹⁵In (γ,γ') ¹¹⁵mIn reaction with determination of absorbed dose on specific activity of the ¹¹⁵mIn isomer is investigated. To study such an approach, a method based on joint irradiation of a stack of thin targets is offered. Each target includes the foils from indium and molybdenum of natural isotopic composition, and also a standard dosimeter in the form of a plate from PMMA. Preliminary study of indium activation (with due regard to known data on the reaction cross section), detector thermal stability, yield of the reference reactions ⁹²Mo(γ,2n)⁹⁰Mo and ¹⁰⁰Mo(γ,n)⁹⁹Mo as well as absorbed dose in PMMA, was conducted by means of computer simulation. The measurement of specific activity of ¹¹⁵mIn, ⁹⁰Mo and ⁹⁹Mo was carried out jointly with the absorbed dose of in PMMA using the Harwell Red 4034 dosimeters. Sensitivity of the method against end-point energy of X-Ray in the range 8 to 71 MeV has been established.Досліджена можливість дозиметрії високоенергетичного гальмівного випромінювання в діапазоні доз ~МГрей і вище шляхом активації індію за реакцією ¹¹⁵In(γ,γ′)¹¹⁵mIn з визначенням поглинутої дози з питомої активності ізомеру ¹¹⁵mIn. Для дослідження такого підходу запропонована методика, що заснована на сумісному опромінюванні набору тонких мішеней. Кожна мішень включає фольги з індію і молібдену, а також стандартний дозиметр у вигляді пластини з ПММА. Методом моделювання проведено попереднє дослідження активації індію з урахуванням відомих даних з перетину реакції, теплової стійкості детектора, виходу референтних реакцій ⁹²Mo(γ,2n)⁹⁰Mo and ¹⁰⁰Mo(γ,n)⁹⁹Mo у молібдені, а також поглинутої дози в ПММА. Виконано вимірювання питомої активності ¹¹⁵mIn, ⁹⁰Mo and ⁹⁹Mo, а також поглинутої дози гальмівного випромінювання з використанням дозиметрів Harwell Red 4034. Встановлена чутливість методу залежно від граничної енергії гальмівного випромінювання в діапазоні 8…71 МеВ.Исследована возможность дозиметрии высокоэнергетичного тормозного излучения в диапазоне доз ~МГрей и выше путем активации индия по реакции ¹¹⁵In (γ,γ') ¹¹⁵mInс определением поглощенной дозы по удельной активности изомера ¹¹⁵mIn. Для изучения такого подхода предложена методика, основанная на совместном облучении набора тонких мишеней. Каждая мишень включает фольги из индия и молибдена, а также стандартный дозиметр в виде пластины из ПММА. Методом моделирования проведено предварительное исследование активации индия с учетом известных данных по сечению реакции, тепловой стойкости детектора, выхода референтных реакций ⁹²Mo(γ,2n)⁹⁰Mo and ¹⁰⁰Mo(γ,n)⁹⁹Mo в молибдене, а также поглощенной дозы в ПММА. Выполнены измерения удельной активности ¹¹⁵mIn, ⁹⁰Mo and ⁹⁹Mo, а также поглощенной дозы тормозного излучения с использованием дозиметров Harwell Red 4034. Установлена зависимость чувствительности метода от граничной энергии тормозного излучения в диапазоне 8…71 МэВ

Integrated measuring sensor for electron radiation parameters

One of the most actual problems of the metrology is obtaining of information about several parameters measured with the help of one sensor. With the reference to the metrology of the electron radiation on the industrial accelerators such parameters can be particle flux (mean current of the beam), energy flow (power) and energy of electrons (average value). For solution of these problems the authors of the report designed the combined charge-calorimetric sensor (CCS) on the base of elaborated in VNIIM Faraday cup (FC) FC-1 from the State Measurement Standard of Russia GET 72-90 content. With the help of the soft ware package GEANT the computer model for radiation-sensor interaction was constructed, that allowed to receive quantitative data on leakages from the sensing volume of a charge and radiation energy. The measuring channel for the mentioned parameters of electron radiation in energy range 5...50 MeV was built. The experimental investigation of the channel on the specially built bench and accelerator LU-10 KIPT has been carried out

On a possibility of nondisturbing monitoring of electron-radiation absorbed dose in radiation-technological processes

Great deals of present-day radiation technologies that use electron accelerators involve the procedure of transporting the products under treatment across the irradiation zone normally to the beam scanning plane. The main controlled characteristic of the process is the electron radiation dose absorbed in the object under treatment. The present paper offers the method of nonperturbing real-time dose and electron energy monitoring. The method is based on the analysis of distribution of currents from the plates of a sectionalized beam charge absorber. The absorber is placed behind the conveyor and is periodically shut off from the beam by the object under irradiation. The method was preliminarily analyzed through computer simulation.Значительная часть современных радиационных технологий с использованием ускорителей электронов включает процедуру перемещения продукции через зону облучения нормально плоскости сканирования пучка. Основной контролируемой характеристикой такого процесса является поглощенная в обрабатываемом объекте доза электронного излучения. В сообщении предложен метод невозмущающего мониторирования поглощенной дозы, а также энергии электронного излучения в режиме реального времени. Метод основан на анализе распределения токов с пластин секционированного поглотителя заряда пучка. Поглотитель размещен за конвейером и периодически перекрывается от пучка облучаемым объектом. Предварительный анализ метода выполнен при помощи компьютерного моделирования.Значна частина сучасних радіаційних технологій з використанням прискорювачів електронів включає процедуру переміщення продукції через зону опромінення нормально площині сканування пучку. Основною контрольованою характеристикою такого процесу є поглинена в оброблюваному об'єкті доза електронного випромінювання. У повідомленні запропонований метод незбурюючого моніторування поглиненої дози та енергії електронного випромінювання в режимі реального часу. Метод заснований на аналізі розподілу струмів із пластин секційованого поглинача заряду пучка. Поглинач розміщений за конвеєром і періодично перекривається від пучка об'єктом, що опромінюється. Попередній аналіз методу виконаний за допомогою комп'ютерного моделювання

Target unit for radiation test of materials under bremsstrahlung of electron accelerator

There is a necessity to provide an immobilization of the long-lived radioactive waste into radiation-resistant structure (a cement matrix, container capsule, geological disposal environment and so on) for it safely disposal. The material of the every of these barriers should have resistance corresponding to the absorbed dose value up to 10⁸ Gy for the period of time up to 1000 years. The method of imitation exposure of the materials under bremsstrahlung of the high-current Linac was developed for prediction behavior and material selection. For realization of this method in a wide range of exposure conditions (by temperature, humidity, rate and amount of the doze) the special target unit was designed. It has a modular construction and includes two chambers for samples (one for exposure in liquid and another one – in the atmosphere) that are placed along the irradiation axis and integrated together spatially. Also, the target unit has plane-parallel ionization chamber for continuous monitoring of the photon flux intensity and absorbed doze. The copper thermistor is used as a temperature probe. The structure and characteristics of measurement channels are described as well