Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2025. Том 70. № 3

DOI:10.33266/1024-6177-2025-70-3-108-116

Д.В. Арефьева, В.Б. Фирсанов, С.В. Ярмийчук, А.В. Петушок 

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОНТЕ-КАРЛО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО СПЕКТРОМЕТРА ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

Научно-исследовательский институт промышленной и морской медицины, Санкт-Петербург

Контактное лицо: Дарья Владимировна Арефьева, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

РЕФЕРАТ

Цель: Разработка способа градуировки сцинтилляционного спектрометра гамма-излучения с применением метода Монте-Карло.

Материал и методы: Объектом исследования являлся спектрометр гамма-излучения, предназначенный для измерения энергетического распределения (спектра) и определения активности гамма-излучающих радионуклидов. Экспериментальные исследования проведены с набором образцовых мер активности специального назначения с радионуклидами ²⁴¹Am, ¹⁵²Eu, ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs, равномерно осажденными на ионообменную смолу. Градуировку спектрометра осуществляли с применением программы MCC 3D (Monte-Carlo Calculations 3D), моделирование аппаратурного спектра выполняли с применением программы MCA (MultiChannel Analyzer).

Результаты: Сравнение экспериментальных и смоделированных спектров проводили в следующих энергетических интервалах: интервал, соответствующий суммарному пику полного поглощения (ППП) для гамма-линий энергий 1173,2 кэВ и 1332,5 кэВ для ⁶⁰Co и ППП для гамма-линии энергии 661,7 кэВ для ¹³⁷Cs; интервалы, отвечающие комптоновскому рассеянию в диапазоне углов (30–60)°, (60–90)° и (90–180)°(для ⁶⁰Co рассматривалась средняя энергия гамма-излучения, равная 1252,9 кэВ); интервал, соответствующий многократному рассеянию гамма-квантов с энергией выше 100 кэВ. Установлено, что наибольшее отклонение смоделированного спектра от экспериментального составляет 12 % для интервала, соответствующего многократному рассеянию, что указывает на возможность идентичности спектров. Проверку данного предположения проводили для каждого энергетического интервала, используя критерий согласия Пирсона. Получено максимальное значение χ², равное 6,6 для энергетического интервала, отвечающего комптоновскому рассеянию в диапазоне углов (60–90)°, что говорит о приемлемости гипотезы об идентичности экспериментальных и смоделированных спектров.

Валидация предложенного метода показала, что расхождение между расчетным и паспортным значениями активности образца составило не более 13 %, что свидетельствует о возможности использования метода для градуировки гамма-спектрометра. Рассчитаны зависимости эффективности регистрации гамма-излучения в ППП от плотности счетного образца с использованием смоделированных аппаратурных спектров единичной активности.

Заключение: Предложенный метод позволяет проводить градуировку спектрометра для вычисления удельной активности в образцах при различных плотностях и энергиях с применением спектрометрического оборудования, оснащенного неорганическими сцинтилляционными кристаллами.

Ключевые слова: гамма-спектрометр, метод Монте-Карло, градуировка, радиационная безопасность

Для цитирования: Арефьева Д.В., Фирсанов В.Б., Ярмийчук С.В., Петушок А.В. Применение метода Монте-Карло для градуировки сцинтилляционного спектрометра гамма-излучения // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2025. Т. 70. № 3. С. 108–116. DOI:10.33266/1024-6177-2025-70-3-108-116

Список литературы

1. Monte Carlo N-Particle Transport Code. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/MCNP.

2. Fluka Particle Transport Code. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/FLUKA.

3. Penelope. A Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport URL: http://www.mcnpvised.com/visedtraining/penelope/penelope0.pdf.

4. Уроки и обучающие примеры по Geant4. Электронный ресурс: https://dev.asifmoda.com/geant4. (дата обращения: 24.09.2024)

5. Cinelli G., Tositti L., Mostacci D., Bare J. Calibration with MCNP of NaI Detector for the Determination of Natural Radioactivity Levels in the Field // Journal of Environmental Radioactivity 2019. V.155. No.156. P. 31-37

6. Mouhti I., Elanique A., Messous M.Y. Monte Carlo Modelling of a NaI(Tl) Scintillator Detectors Using MCNP Simulation Code // J. Mater. Environ. Sci. 2017. V.8. No.12. P. 4560-4565.

7. Багаев К.А., Козловский С.С., Новиков И.Э. Программа для имитационного трехмерного моделирования систем детектирования и регистрации ионизирующих излучений на базе развитого графического интерфейса // АНРИ. 2007. №.4. С. 35-40.

8. Спектрометры-радиометры гамма-, бета- и альфа-излучения МКГБ-01 «РАДЭК»: Руководство по эксплуатации. СПб.: Научно технический центр Радэк, 2012. 60 с.

9. Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные на основе кристаллов натрия йодистого, активированного таллием: ТУ 2651-001-26083472-2015. Усолье-Сибирское: Кристалл. 2015. 10 с.

10. Капитонов М.И. Ядерная резонансная флуоресценция: Учебник. М.: МГУ им. М.В.Ломоносова., 2018. 128 с.

11. Арефьева Д.В., Фирсанов В.Б., Куруч Д.Д. и др. Градуировка сцинтилляционного спектрометра гамма-излучений с применением метода математического моделирования // Радиационная гигиена. 2020. Т.13. № 4. С. 93-100. doi: 10.21514/1998-426X-2020-13-4-93-100. EDN ZAAYGU.

12. Силантьев А.Н. Спектрометрический анализ радиоактивных проб внешней среды. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1969. 185 с.

13. Малышева Т.А. Численные методы и компьютерное моделирование. Лабораторный практикум по аппроксимации функций: Учеб.-метод. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2016. 33 с.

  PDF (RUS) Полная версия статьи

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Участие авторов. Cтатья подготовлена с равным участием авторов.

Поступила: 20.02.2025. Принята к публикации: 25.03.2025.