o Sylwester Bułka, Zbigniew Zimek, Karol Roman, Jacek Mirkowski i o Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa



Podobne dokumenty
Akceleratory elektronów przeznaczone do sterylizacji radiacyjnej. Jerzy Stanikowski

WALIDACJA PROCESU NAPROMIENIOWANIA W STACJI STERYLIZACJI RADIACYJNEJ SPRZĘTU MEDYCZNEGO I PRZESZCZEPÓW

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

Badanie transformatora

Badanie transformatora

Metody liniowe wielkiej częstotliwości

Ćwiczenie: "Mierniki cyfrowe"

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

J14. Pomiar zasięgu, rozrzutu zasięgu i zdolności hamującej cząstek alfa w powietrzu PRZYGOTOWANIE

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

Analizy Ilościowe EEG QEEG

Doświadczenie nr 6 Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji elektronów komptonowskich.

POLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA

Ćwiczenie 5 Badanie sensorów pola magnetycznego na przykładzie magnetorezystora AMR

dr inż. Zbigniew Szklarski

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

Theory Polish (Poland)

Komputerowe systemy pomiarowe. Dr Zbigniew Kozioł - wykład Mgr Mariusz Woźny - laboratorium

3.5 Wyznaczanie stosunku e/m(e22)

Badanie transformatora

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

Ćwiczenie 1 Metody pomiarowe i opracowywanie danych doświadczalnych.

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

Wprowadzenie do zagadnień akceleratorów elektronów. Janusz Harasimowicz

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

Parametry częstotliwościowe przetworników prądowych wykonanych w technologii PCB 1 HDI 2

Β2 - DETEKTOR SCYNTYLACYJNY POZYCYJNIE CZUŁY

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 17/10

Katedra Elektroniki ZSTi. Lekcja 12. Rodzaje mierników elektrycznych. Pomiary napięći prądów

DRGANIA W BUDOWNICTWIE. POMIARY ORAZ OKREŚLANIE WPŁYWU DRGAŃ NA OBIEKTY I LUDZI - PRZYKŁADY

FIZYKA LABORATORIUM prawo Ohma

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 14. Pomiary przemieszczeń liniowych

Ćwiczenie nr 31: Modelowanie pola elektrycznego

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

Lekcja 69. Budowa przyrządów pomiarowych.

Instrukcja obsługi spektrometru EPR

Przykłady pomiarów wielkości ogniska Lamp rentgenowskich

PRZEMYSŁOWE ZASTOSOWANIA TECHNOLOGII AKCELERATOROWYCH

OBNIŻENIE ENERGII WIĄZKI ELEKTRONÓW W AKCELERATORZE IŁU-6

E107. Bezpromieniste sprzężenie obwodów RLC

Sposoby opisu i modelowania zakłóceń kanałowych

MOMENT MAGNETYCZNY W POLU MAGNETYCZNYM

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

Zwój nad przewodzącą płytą METODA ROZDZIELENIA ZMIENNYCH

FORMOWANIE KRÓTKICH IMPULSÓW W AKCELERATORZE LINIOWYM ELEKTRONÓW. Zygmunt Dźwigalski, Zbigniew Zimek Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

KOOF Szczecin:

WFiIS. Wstęp teoretyczny:

TESTOWANIE CĘGOWYCH LICZNIKÓW KONTROLNYCH

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

WZMACNIACZ OPERACYJNY

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Metody analizy zapisu EEG. Piotr Walerjan

XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Urządzenie i sposób pomiaru skuteczności filtracji powietrza.

DTR.AT.01. APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

Ćwiczenie: "Obwody ze sprzężeniami magnetycznymi"

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Ćwiczenie M2 POMIARY STATYSTYCZNE SERII OPORNIKÓW

Politechnika Łódzka. Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej. Laboratorium cyfrowej techniki pomiarowej. Ćwiczenie 3

Obwody liniowe. Sprawdzanie praw Kirchhoffa

Ruch ładunków w polu magnetycznym

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

BADANIE EFEKTU HALLA. Instrukcja wykonawcza

Adrian Jakowiuk, Bronisław Machaj, Jan Pieńkos, Edward Świstowski

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

Ćwiczenie 57 Badanie absorpcji promieniowania α

Badanie histerezy magnetycznej

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

Miernictwo I INF Wykład 13 dr Adam Polak

Generator przebiegów pomiarowych Ex-GPP2

CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zastosowaniem diod i wzmacniacza operacyjnego

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

Lekcja 19. Temat: Wzmacniacze pośrednich częstotliwości.

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2012/2013 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody III stopnia

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Miernictwo - W10 - dr Adam Polak Notatki: Marcin Chwedziak. Miernictwo I. dr Adam Polak WYKŁAD 10

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk ul. Radzikowskiego 152, Kraków

Przekształcenia sygnałów losowych w układach

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Ćwiczenie nr 7. Badanie wybranych elementów i układów z rdzeniami ferromagnetycznymi

WYZNACZANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU METODAMI SYMULACYJNYMI

Struktura układu pomiarowego drgań mechanicznych

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Szumy układów elektronicznych, wzmacnianie małych sygnałów

METODY BADAŃ POMIAROWYCH W WIEJSKICH STACJACH TRANSFORMATOROWYCH

Wydział Fizyki. Laboratorium Technik Jądrowych

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

RADIOMETR MIKROFALOWY. RADIOMETR MIKROFALOWY (wybrane zagadnienia) Opracowanie : dr inż. Waldemar Susek dr inż. Adam Konrad Rutkowski

Transkrypt:

UKŁAD DO POMIARU CHARAKTERYSTYKI WIDMOWEJ WIĄZKI ELEKTRONÓW o Sylwester Bułka, Zbigniew Zimek, Karol Roman, Jacek Mirkowski i o Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa Abstract SECONDARY ELECTRONS MONITOR FOR CONTINUOUS ELECTRON ENERGY MEASUREMENTS IN UHF LINAC A continuous energy measurement became now an obligatory in accelerator facility dedicated to radiation sterilization process. This is one of several accelerator parameters, like dose rate, beam current, beam scan width, conveyor speed, which must be recorded as it is required condition of accelerator validation procedure. The described below secondary electrons monitor for continous energy measurement has been tested at accelerator facijity with scanned electron beam, typically applied for radiation sterilization. Data processing and visualisation is performed by control computer, which utilizes collected information for irradiation process parameters optimization. 1. WPROWADZENIE Bieżący pomiar energii jest obecnie obowiązkowy dla instalacji akceleratorowych przeznaczonych do sterylizacji radiacyjnej. Jest to jeden z kilku wielkości takich jak: moc dawki, prąd wiązki, prędkość transportera, czy też parametry przemiatania, które muszą być rejestrowane stosownie do warunków narzuconych w procedurze walidacyjnej akceleratora. O ile określenie energii elektronów w akceleratorach elektrostatycznych jest stosunkowo proste i sprowadza się do pomiaru wartości napięcia przyspieszającego, to w przypadku akceleratorów liniowych w.cz. nie da się tego dokonać w prostym i bezpośrednim pomiarze. Niektóre instalacje akceleratorowe posiadają zintegrowany magnetyczny analizator energii, lecz takiej procedury pomiarowej nie można przeprowadzać w czasie sterylizacji. Także użycie klina aluminiowego nie spełnia wymogu bieżących pomiarów. Typowym rozwiązaniem jest pośrednie oszacowanie energii na podstawie znajomości pewnych parametrów, jak poziom mocy mikrofalowej i prąd wiązki, które mają wpływ na wyjściową energię wiązki elektronów. Powyższe wielkości dadzą się zmierzyć na bieżąco, a energię można wyliczyć posługując się znanymi zależnościami i krzywymi kalibracyjnymi. Niestety ta metoda nie oferuje zadowalającej dokładności wyniku, głównie z powodu koniecznego uproszczenia modelu obliczeniowego i niemożności pomiaru bardzo wielu innych parametrów fizycznych, jakie musiałby ten model uwzględniać. Jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie czujnika umieszczonego bezpośrednio pod wyprowadzeniem przemiatanej wiązki elektro- 564

nów w taki sposób, aby nie ingerował w rozkład dawki w obszarze napromieniania i dostarczał danych do określenia energii elektronów w wiązce oraz rozkładu widmowego tej energii. 2. ZESTAW I PROCEDURA POMIAROWA Opisana poniżej metoda pomiarowa oparta na zastosowaniu elektrody zbierającej elektrony wtórne została przetestowana w instalacji z przemiataną wiązką elektronów, typowo stosowaną do sterylizacji radiacyjnej. Idea pomiaru jest pokazana na rys. 1. Elektroda zbierająca może być wykonana z paska cienkiej folii metalowej lub z drutu. Elektrony o wysokiej energii przechodząc przez materiał elektrody wybijają pewną ilość elektronów wtórnych, z których część jest w stanie opuścić elektrodę; rejestruje się to jako przepływ niewielkiego, dodatniego prądu z elektrody, jest on wprost proporcjonalny do natężenia strumienia elektronów pierwotnych. h 8! =: i Bwr 9 i 5 7 ~~ " -o- 3 4 1 fi n ł 1 j j L 10 Rys. 1. Zasadnicze składniki układu pomiarowego: l - elektroda zbierająca, 2 - układ wzmacniacz/nadajnik, 3 - układ odbiornik/filtr, 4 - wzmacniacz sygnału prądu przemiatania, 5 - generator liniowego prądu przemiatania, 6 - zespół przetworników A/C i interfejs transmisji danych, 7 - komputer, 8 - sekcja przyśpieszająca, 9 - cewki układu przemiatania, 10-tubusz oknem wyjściowym. W praktycznych rozwiązaniach [1] dąży się do zminimalizowania powierzchni i grubości elektrody w celu zredukowania strat mocy wiązki elektronów w materiale, dodatkowo ekranuje się ją elektrycznie od zakłócających wpływów ładunków i sygnałów z otoczenia. 565

Wiązka elektronów jest odchylana wzdłuż osi X tubusa przez pole magnetyczne pomiędzy nabiegunnikami elektromagnesu 9, pozycja x wiązki może być wyrażona (przy zaniedbaniu efektów brzegowych pola magnetycznego) następującą zależnością: V Zzz k gdzie k wiąże stałe fizyczne ze współczynnikiem wynikającym z geometrii układu cewki - tubus: (1) gdzie: E k - energia kinetyczna elektronów w wiązce, EQ - energia spoczynkowa elektronu, rao - masa spoczynkowa elektronu, e ładunek elektronu, c - prędkość światła, JJLQ - przenikalność magnetyczna próżni, h - wysokość nabiegunników cewek odchylających, L - wysokość tubusa, / - natężenie prądu w cewkach odchylających, z - liczba zwojów. Zależność pokazuje, iż wiązka elektronów o energii kinetycznej Ek znajdzie się w punkcie x przy odpowiedniej wartości / natężenia prądu w cewkach. Dla energii różnych od Ek wielkość odchylenia będzie inna i różna zatem będzie trajektoria przelotu cząstek. Jeśli w wiązce znajdują się składowe o różnych energiach, to zostanie ona w konsekwencji rozszczepiona i rozciągnięta na pewnym odcinku AJC. Analizując intensywność strumienia przechodzących elektronów w kolejnych punktach wzdłuż Ax i posiłkując się odwróconą zależnością (1): (2) k^_ x 2 można uzyskać charakterystykę widma energetycznego wiązki elektronów. Rys. 2. Oscylogram przebiegu w czasie: A - prądu w cewkach przemiatania, B - prądu z elektrody zbierającej. 566

Fizyczne przemieszczanie elektrody wzdłuż Ax jest zbędne, ponieważ prąd / przemiatający wiązkę powoduje jej liniowy ruch po osi X, w ten sposób wszystkie punkty odcinka Ax przesuną się nad elektrodą w pewnym czasie. W rezultacie prąd zbierany przez elektrodę ma postać impulsu o amplitudzie modulowanej chwilową intensywnością strumienia (rys. 2). Prądowy sygnał elektryczny z elektrody B jest bardzo słaby i musi być przetwarzany przed przesłaniem i obróbką, aby zwiększyć odstęp od zakłóceń od urządzeń energetycznych zastosowana została szerokopasmowa modulacja FM. Przenosi ona widmo sygnału poza zakres częstotliwości, gdzie występują zakłócenia. Dalsza obróbka po demodulacji polega synchronicznym próbkowaniu przed przetworzeniem A/C, momenty otwarcia bramki określa przekroczenie nastawionego progu przez wartość prądu przemiatania wiązki. Pozwala to przywiązać skalę energii po skalibrowaniu układu do konkretnych wartości prądu / oraz dodatkowo uniezależnia tę skalę od ewentualnych korekcji amplitudy / (szerokości przemiatania). Serie danych dostarczanych poprzez interfejs szeregowy gromadzone są w tablicach w pamięci operacyjnej komputera, po zastosowaniu procedur eliminacji błędów i uśrednieniu są one normowane i przeliczane wg zależności (2) i przesyłane do wizualizacji (rys. 3). 100 50 90-80- 70-60- 40-30 - 20-10 - O ) 8.5 9 Energia [MeV] Rys. 3. Przykładowy wykres widm energii wiązki elektronów dla różnych nastaw akceleratora. Oprócz spełnienia wymogu archiwizacji parametrów procesu sterylizacji, znajomość rozkładu widma energetycznego wiązki elektronów pozwala operatorowi na takie dobranie nastaw urządzeń, aby akcelerator pracował w optimum wydajności. Przy pracach naprawczych pomiary takie są bardzo ważnym narzędziem diagnostycznym, dają one informację o warunkach pracy niektórych podzespołów akceleratora, ich zestrojeniu i stopniu zużycia. 3. PODSUMOWANIE Opracowany i przetestowany układ po skalibrowaniu go przy użyciu innych metod określania energii pracuje w trybie ciągłym w instalacji ak- 567

celeratorowej na Stacji Sterylizacji w IChTJ. Bieżąca kontrola rozkładu widma energetycznego wiązki elektronów oraz zautomatyzowane pomiary innych parametrów są rejestrowane stosownie do obowiązujących wymogów oraz umożliwiają wieloparametrową optymalizację procesu napromieniania. LITERATURA [1]. Zimek Z.: Dozymetria wiązki elektronów. Pomiary elektryczne. Centrum Informatyki Energetyki, Warszawa 1989, s. 86-87. 568

INSTYTUT CHEMII l TECHNIKI JĄDROWEJ ul. Dorodna 16, 03-195 Warszawa tel.: (+22) 811 06 56, fax: (+22) 811 15 32, e-mail: sekdyrn@orange.ichtj.waw.pl