Operation of an industrial electron accelerator in a double-beam e,X-mode

Analysis of mixed e,X-radiation formation in output devices of an industrial electron accelerator is conducted. The possibility is demonstrated to obtain an extra radiation channel on the basis of a practically free source of Xrays simultaneously with the main channel of product processing with electron beam. The conditions of production of the secondary radiation in the state of electronic equilibrium at product treatment with scanning electron beam in the main radiation channel are studied by means of computer simulation. The dependence of spatial radiant characteristics of the X-ray radiation on the spectrum of a primary electron beam and surface density of a treated load has been established. For an industrial accelerator LU-10 of NSC KIPT, the regime of object processing in the extra radiation channel is examined. The results of calculation of the X-ray dose rate and its spatial distribution are in good agreement with the experimental data. The comparative capacity of both radiation channels of the plant is analyzed. The extra radiation source can be used for the execution of non-commercial programs like sanitation of cultural artefacts.Проведено аналіз умов формування змішаного е,Х-випромінювання у вихідних пристроях промислового прискорювача електронів. Показана можливість отримання одночасно з основним каналом опромінювання продукції пучком електронів додаткового радіаційного каналу на основі практично безкоштовного джерела гальмівних фотонів. Методом комп'ютерного моделювання вивчені умови отримання вторинного випромінювання в стані електронної рівноваги при проведенні обробки продукції скануючим пучком електронів в основному радіаційному каналі. Отримана залежність просторово-енергетичних характеристик гальмівного випромінювання від спектра первинного пучка електронів і поверхневої щільності оброблюваного ним вантажу. Для промислового прискорювача ЛУ-10 ННЦ ХФТІ досліджені умови обробки об'єктів у додатковому радіаційному каналі. Результати розрахунку потужності дози гальмівного випромінювання та її просторового розподілу задовільно узгоджуються із зміряними в експерименті. Отримані дані з порівняльної продуктивності установки в обох радіаційних каналах. Додаткове джерело випромінювання може бути використане для проведення некомерційних програм (наприклад, санітарної обробки об'єктів культурної спадщини).Проведен анализ условий формирования смешанного е,Х-излучения в выходных устройствах промышленного ускорителя электронов. Показана возможность получения одновременно с основным каналом облучения продукции пучком электронов дополнительного радиационного канала на основе практически бесплатного источника тормозных фотонов. Методом компьютерного моделирования изучены условия получения вторичного излучения в состоянии электронного равновесия при проведении обработки продукции сканирующим пучком электронов в основном радиационном канале. Получена зависимость пространственноэнергетических характеристик тормозного излучения от спектра первичного пучка электронов и поверхностной плотности обрабатываемого им груза. Для промышленного ускорителя ЛУ-10 ННЦ ХФТИ исследованы условия обработки объектов в дополнительном радиационном канале. Результаты расчета мощности дозы тормозного излучения и ее пространственного распределения удовлетворительно согласуются с измеренными в эксперименте. Получены данные по сравнительной производительности установки в обоих радиационных каналах. Дополнительный источник излучения может быть использован для проведения некоммерческих программ (например, санитарной обработки объектов культурного наследия)

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

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

Estimation of gross-structure parameters of giant dipole resonance: 2. Experimental testing

Experimental testing of a novel technique for determination of width and maximum of excitation function of a photonuclear reaction with dominant giant dipole resonance is conducted. The method is based on measurement of normalized reaction yield in a thin target, overlapping entirely a flux of X-rays and on processing of data obtained with the use of a developed analytical model. For the checking of method, the nickel and molybdenum foils of natural isotopic composition were activated by bremsstrahlung radiation at four energies of the electron beam in the range 40…95 MeV. The obtained parameters of cross-section of the reference reactions ⁵⁸Ni(γ,n)⁵⁷Ni and ¹⁰⁰Mo(γ,n)⁹⁹Mo are in good agreement with those presented in the available databases.Проведена експериментальна перевірка нового методу визначення ширини і максимуму функції збудження фотоядерної реакції з домінуванням гігантського дипольного резонансу. Метод базується на вимірюванні нормованого виходу реакції у тонкій мішені, що повністю перекриває потік гальмівного випромінювання прискорювача електронів, і обробці одержаних даних з використанням розробленої теоретичної моделі. Для перевірки методу були активовані фольги з нікелю та молібдену природного складу гальмівним випромінюванням при чотирьох значеннях енергії пучку електронів у діапазоні 40…95 МеВ. Одержані параметри перерізів референтних реакцій ⁵⁸Ni(γ,n) ⁵⁷Ni та ¹⁰⁰Mo (γ,n) ⁹⁹Mo добре узгоджуються з такими, що представлені у наявних базах даних.Проведена экспериментальная проверка нового метода определения ширины и максимума функции возбуждения фотоядерной реакции с доминированием гигантского дипольного резонанса. Метод основан на измерении нормированного выхода реакции в тонкой мишени, перекрывающей полностью поток тормозного излучения ускорителя электронов, и обработке полученных данных с использованием разработанной аналитической модели. Для проверки метода фольги из никеля и молибдена природного состава были активированы тормозным излучением при четырех значениях энергии пучка электронов в диапазоне 40…95 МэВ. Полученные параметры сечений референтных реакций ⁵⁸Ni(γ,n) ⁵⁷Ni и ¹⁰⁰Mo (γ,n) ⁹⁹Mo хорошо согласуются с представленными в имеющихся базах данных

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

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

An estimate of ⁴⁷Sc photonuclear yield in a production target

⁴⁷Sc is considered as a promising beta-emitter for cancer immunotherapy. For its carrier-free production, the ⁴⁸Ti(γ,p) ⁴⁷ Sc reaction in the field of bremsstrahlung radiation of an electron accelerator can be used. On the basis of developed analytical model and a double-foil activation technique, the main characteristics of the photonuclear isotope production and optimal dimensions of a production target have been established. The measured photonuclear yield of ⁴⁷Sc and dominant scandium admixtures in thin foils of natural titanium in the electron energy range of 35 to 95 MeV enabled to specify the available data on the cross-section of the ⁴⁸Ti(γ,p)⁴⁷Sc reaction. Using those results, the gross and specific activity of ⁴⁷Sc in the cylindrical titanium targets of optimal size were calculated by a simulation technique. The comparison of capacity of the photonuclear method of the ⁴⁷Sc production with other techniques is carried out.⁴⁷Sc вважається перспективним бета-емітером в імунотерапії раку. Для виробництва ізотопу без носія може бути використана реакція ⁴⁸Ti (γ,p)⁴⁷Sc у полі гальмівного випромінення прискорювача електронів. На основі розробленої аналітичної моделі і методу сумісної активації двох фольг встановлені основні характеристики фотоядерного виробництва ізотопів та оптимальні розміри технологічної мішені. Одержані експериментальні дані щодо виходу ⁴⁷Sc і основних домішкових ізотопів скандію в тонких фольгах з природного титану в діапазоні значень енергії електронів 35…95 МеВ дозволяють уточнити наявні дані щодо перетину реакції ⁴⁸Ti(γ,p)⁴⁷Sc. На основі цих результатів методом моделювання розраховані загальна і питома активність ⁴⁷Sc у циліндричних мішенях з титану оптимального розміру. Проведено порівняння продуктивності фотоядерної технології виробництва ⁴⁷Sc з іншими методами.⁴⁷Sc считается перспективным бета-эмиттером в иммунотерапии рака. Для производства изотопа без носителя может быть использована реакция ⁴⁸ Ti (γ,p)⁴⁷ Sc в поле тормозного излучения ускорителя электронов. На основе разработанной аналитической модели и метода совместной активации двух фольг установлены основные характеристики фотоядерного производства изотопов и оптимальные размеры технологической мишени. Полученные экспериментальные данные по выходу ⁴⁷Sc и основных примесных изотопов скандия в тонких фольгах из природного титана в диапазоне значений энергии электронов 35…95 МэВ позволяют уточнить имеющиеся данные по сечению реакции ⁴⁸Ti(γ,p)⁴⁷Sc. На основе этих результатов методом моделирования рассчитаны общая и удельная активность ⁴⁷Sc в цилиндрических мишенях из титана оптимальных размеров. Проведено сравнение производительности фотоядерной технологии производства ⁴⁷Sc с другими методами

Formation and monitoring of secondary X-ray radiation under product processing with electron beam

When conducting an industrial radiation processes at an electron accelerator, a part of the beam energy is transformed into bremsstrahlung radiation. In such a way, the mixed e,X-radiation is formed in the area behind an irradiated object. The intensity of the electron and photon components in the radiation is determined by the energy and power of the primary electron beam, as well as by the parameters of the object and devices located behind it. In paper, the characteristics of the e,X-radiation accompanying the product processing by a scanning electron beam with energy 8…12 MeV at a LU-10 Linac of NSC KIPT are studied. The conditions for obtaining a source of secondary X-rays in the state of electronic equilibrium, as well as its monitoring using an extended free-air ionization chamber are explored. Such an extra-source of radiation can be used for carrying out various non-commercial programs like radiation tests, sanitization of archival materials and cultural heritage objects, etc.При проведенні радіаційно-технологічних програм на прискорювачі електронів частина енергії пучка трансформується в гальмівне випромінювання. Як наслідок, в області за об'єктом формується потік мішаного e,X-випромінювання. Інтенсивність його електронного та фотонного компонентів визначається енергією і потужністю первинного пучка електронів, а також параметрами об’єкта та розміщених за ним пристроїв. Досліджені характеристики e,X-випромінювання, що супроводжує обробку продукції скануючим пучком електронів з енергією 8…12 МеВ на промисловому прискорювачі ЛП-10 ННЦ ХФТІ. Вивчені умови отримання джерела вторинного гальмівного випромінювання в стані електронної рівноваги, а також його моніторингу з використанням протяжної вільно-повітряної іонізаційної камери. Таке додаткове джерело випромінювання може бути використано для проведення різних некомерційних програм, наприклад, радіаційних випробувань, санітарної обробки архівних матеріалів, об’єктів культурної спадщини та інше.При проведении радиационно-технологических программ на ускорителе электронов часть энергии пучка трансформируется в тормозное излучение. В результате, в области за объектом формируется поток смешанного e,X-излучения. Интенсивность его электронного и фотонного компонентов определяется энергией и мощностью первичного пучка электронов, а также параметрами объекта и размещенных за ним устройств. Изучены характеристики e,X-излучения, которое сопровождает обработку продукции сканирующим пучком электронов с энергией 8…12 МэВ на промышленном ускорителе ЛУ-10 ННЦ ХФТИ. Исследованы условия получения источника вторичного тормозного излучения в состоянии электронного равновесия, а также его мониторинга с использованием протяженной свободно-воздушной ионизационной камеры. Такой дополнительный источник излучения может быть использован для проведения некоммерческих программ, например, радиационных испытаний, санитарной обработки архивных материалов, объектов культурного наследия и т.п

Estimation of radiation risks under photonuclear production of 67Cu and 99Mo isotopes

The activated bremsstrahlung converter and isotopic target are the main sources of radiation hazard in the isotope production at electron accelerators. In experiments at the NSC KIPT accelerators KUT-30 and LU-40m, intended to produce 99Mo and 67Cu isotopes in the targets based on natural Mo and Zn, the output devices were exposed to radiation. Induced activities of the tantalum converter, of targets and cooling water were measured. The exposure dose rates provided by each element and the activity decrease after the exposure were determined.Основными источниками радиационной опасности при производстве изотопов на ускорителе электронов являются активированные конвертер тормозного излучения и изотопная мишень. На ускорителях КУТ-30 и ЛУ-40М ННЦ ХФТИ проведено облучение экспериментальных выходных устройств для получения изотопов 99Мо и 67Сu в мишенях на основе природных Мо и Zn. Исследована наведенная активность конвертера из тантала, мишеней и охлаждающей воды. Определена мощность экспозиционной дозы, создаваемая каждым элементом, а также скорость ее снижения после облучения.Основними джерелами радіаційної небезпеки при виробництві ізотопів на прискорювачі електронів є активовані конвертер гальмівного випромінювання та ізотопна мішень. На прискорювачах КУТ-30 і ЛУ-40M ННЦ ХФТІ проведено опромінювання експериментальних вихідних пристроїв для отримання ізотопів 99Мо і 67Сu в мішенях на основі природних Мо і Zn. Досліджена наведена активність конвертера з танталу, мішеней і води, що охолоджує. Визначена потужність експозиційної дози, що створюється кожним елементом, а також швидкість її зниження після опромінення

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