mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2022-3-245-255mateltech-488Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYСоздание композиционной теневой защиты для цифрового детектора получения изображений и терапевтического канала на основе нейтронного генератораTheoretical calculations and creation of a composite shadow protection for the CRD detector and a therapeutic channel for a neutron generatorСиксинВ. В.SiksinV. V.

Ленинский просп., д. 53, Москва, 119991

Сиксин Виктор Валентинович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник

53 Leninsky Ave., Moscow 119991

Viktor V. Siksin — Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher

11vvpet_lb_salo@inbox.ruФизический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наукРоссияLebedev Physical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202228092022253245255Copyright © Сиксин В.В., 20222022Сиксин В.В.Siksin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/488

Проведены теоретические расчеты для многослойной защиты цифрового детектора получения изображений. При конструировании интегрирующих электродов и сенсорных ячеек многофункционалной ионизационной камеры (МИК), были применены материалы и способы применяемые для создания микроэлектронных технологий. Рассмотрен принцип работы МИК для регистрации профилей импульсных условных спотов от нейтронного генератора. В основе принципа работы камеры МИК лежит взаимодействие интегрирующих электродов и сенсорных ячеек. Сенсорные ячейки состоят из 16 падов, сигналы с которых поступают в импульсном режиме синхронно с поступающим триггерным сигналом. 16-и канальная плата интегратора (16КПИ) обрабатывает поступающие на вход сигналы и отправляет их на схему контроля обнаружения отклонение (СКОО). При обнаружении отклонений от заданных параметров, СКОО немедленно отключает нейтронный генератор. Рассмотрена принципиальная схема 16 канального зарядовочувствительного усилителя производящего обмен информацией между камерой МИК и компьютером. Приводятся временные диаграммы прохождения сигналов на примере одного канала 16КПИ. Камера МИК вместе с каналом нейтронного пучка и многослойной защитой предназначена для нейтронной терапии. Предложены варианты композиционной многослойной защиты терапевтического канала на основе источника нейтронов на базе нейтронного генератора НГ-24. Конструкция канала построена на основе расчетов Монте-Карло на примере подобранных защитных материалов — воды, тиваробора и вольфрама. Предложено использовать камеру МИК для контроля дозных профилей нейтронных пучков. 

Theoretical calculations for the multilayer protection of a digital imaging detector (DDI) have been carried out. After analyzing the obtained attenuation coefficients of the calculated composite protection, its application for the formation of a neutron channel is proposed. The principle of operation of a multifunctional ionization chamber (MIC) for recording profiles of pulsed conditional spots from a neutron generator is considered. The principle of operation of the MIC chamber is based on the interaction of integrating electrodes and sensor cells. Sensor cells consist of 16 pads, the signals from which arrive in a pulsed mode synchronously with the incoming trigger signal. The 16 channel integrator board 1 board processes the input signals and sends them to the Deviation Detection Control Circuit (DDS). If the COOS circuit detects a deviation from the specified parameters, it immediately turns off the neutron generator (NG). A schematic diagram of a 16-channel charge-sensitive amplifier that exchanges information between the MIC camera and a computer is considered. Timing diagrams of the passage of signals are given on the example of one channel 1 board. The MIC chamber, together with the neutron beam channel and multilayer shielding, is designed for neutron therapy. Variants of composite multilayer protection of a medical channel based on a neutron source based on the NG-24 neutron generator are proposed. The channel design is built on the basis of Monte Carlo calculations on the example of selected protective materials - water, tivarobor and tungsten. A patent is considered, on the basis of which it is proposed to design a composite shadow protection of a neutron therapeutic channel. It is proposed to use the MIC chamber to control the dose profiles of neutron beams.

многослойная композиционная теневая защитаводный фантомцифровой детектор получения изображениякомпозитный защитный материалкоэффициент ослаблениямощность амбиентного эквивалента дозытивароборнейтронный генераторmultilayer composite shadow shieldingwater phantomdigital imaging detectorcomposite shielding materialattenuation coefficientambient dose equivalent ratetivaroborneutron generatorАвтор выражает благодарность А.И. Львову за консультации по проведению испытаний электронного тракта камеры МИК на ускорителе “Пахра”.ReferencesЯстребинская А.В., Черкашина Н.И., Матюхин П.В. Радиационно-защитные нанонаполненные полимеры для космических систем. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015; (12-7): 1191—1194.Yastrebinskaya A.V., Cherkashina N.I., Matiukhin P.V. The radiation and protective nanofilled polymers for space systems. Mezhdunarodnyi Zhurnal Prikladnykh i Fundamental'nykh Issledovanii. 2015; (12-7): 1191—1194. (In Russ.)Малютин Е.В., Сиксин В.В., Щеголев И.Ю. Исследование полимерных материалов модифицированных с использованием карбида бора В4С, для радиационной защиты. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2022; 56(1): 86—92. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2022-56-1-86-92Malyutin E.V., Siksin V.V., Schegolev I.Yu. Testing polymer materials modified with the use of boron carbide B4C for radiation protection. Aerospace and Environmental Medicine. 2022; 56(1): 86—92. (In Russ.). https://doi.org/10.21687/0233-528X-2022-56-1-86-92Tcherdyntsev V.V., Kaloshkin S.D., Lunkova A.A., Musalitin A.M., Danilov V.D., Borisova Yu.V., Boykov A.A., Sudarchikov V.A. Structure, mechanical and tribological properties of radiation cross-linked ultrahigh molecular weight polyethylene and composite materials based on it. Journal of Alloys and Compounds. 2014; 586(1): S443—S445. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2013.05.150Tcherdyntsev V.V., Kaloshkin S.D., Lunkova A.A., Musalitin A.M., Danilov V.D., Borisova Yu.V., Boykov A.A., Sudarchikov V.A. Structure, mechanical and tribological properties of radiation cross-linked ultrahigh molecular weight polyethylene and composite materials based on it. Journal of Alloys and Compounds. 2014; 586(1): S443—S445. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2013.05.150Охлопкова А.А., Петрова П.Н., Попов С.Н., Слепцова С.А. Полимерные композиционные материалы триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена. Российский химический журнал. 2008; 52(3): 147—152.Okhlopkova A.A., Petrova P.N., Popov S.N., Sleptsova S.A. Tribotechnical polymer composite materials based on polytetrafluoroethylene. Russian Chemistry Journal. 2008; 52(3): 147—152. (In Russ.)Патент (РФ) № 2561989С1. Калошкин С.Д., Горшенков М.В., Чердынцев В.В., Гульбин В.Н., Бойков А.А. Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами. Заявл. 10.09.2015; опубл. 10.09.2015. https://patents.google.com/patent/RU2561989C1/ruPatent (RU) No. 2561989C1. Kaloshkin S.D., Gorshenkov M.V., Cherdyntsev V.V., Gulbin V.N., Boikov A.A. Polymer-based radiation-proof material with high resistance to X-ray and neutron radiation. Appl. 10.09.2015; publ. 10.09.2015. (In Russ.). https://patents.google.com/patent/RU2561989C1/ruПатент (РФ) № 2563650С1. Калошкин С.Д., Горшенков М.В., Чердынцев В.В., Гульбин В.Н., Бойков А.А. Способ получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с повышенными радиационнозащитными свойствами. Заявл. 20.09.2015; опубл. 20.09.2015. https://patents.google.com/patent/RU2563650C1/ruPatent (RU) No. 2563650C1. Kaloshkin S.D., Gorshenkov M.V., Cherdyntsev V.V., Gulbin V.N., Boikov A.A. Method of producing radiation-protective material based on ultra-high-molecular-weight polyethylene with improved radiation-protective properties. Appl. 20.09.2015; publ. 20.09.2015. (In Russ.). https://patents.google.com/patent/RU2563650C1/ruWannasri S., Panina S.V., Ivanova L.R., Kornienko L.A., Piriyayon S. Increasing wear resistance of UHMWPE by mechanical activation and chemical modification combined with addition of nanofibers. Procedia Engineering. 2009; 1(1): 67—70. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2009.06.018Wannasri S., Panina S.V., Ivanova L.R., Kornienko L.A., Piriyayon S. Increasing wear resistance of UHMWPE by mechanical activation and chemical modification combined with addition of nanofibers. Procedia Engineering. 2009; 1(1): 67—70. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2009.06.018Domnich V., Reynaud S., Haber R.A., Chhowalla M. Boron carbide: structure, properties, and stability under stress. Journal of the American Ceramic Society. 2011; 94(11): 3605—3628. https://doi.org/0.1111/J.1551-2916.2011.04865.XDomnich V., Reynaud S., Haber R.A., Chhowalla M. Boron carbide: structure, properties, and stability under stress. Journal of the American Ceramic Society. 2011; 94(11): 3605—3628. https://doi.org/0.1111/J.1551-2916.2011.04865.XСиксин В.В. Особенности контроля пучка падовыми камерами на «теплой жидкости» на ускорителе «Прометеус». Краткие сообщения по физике ФИАН. 2021; 48(1): 16—23.Siksin V.V. Features of beam monitoring by “warm-liquid” pad chambers at the “Prometheus” accelerator. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2021; 48(1): 16—23. (In Russ.)Милинчук В.К. Радиационная химия. Соросовский образовательный журнал. 2000; (4): 24—29.Milinchuk V.K. Radiation chemistry. International Soros Science Education Program. 2000; (4): 24—29. (In Russ.)Siksin V.V., Ryabov V.A., Shemyakov A.E. Brag peak recording in the target scanning mode by a low-intensity proton beam. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2021; 48(12): 16—21. https://doi.org/10.3103/S106833562112006XSiksin V.V., Ryabov V.A., Shemyakov A.E. Brag peak recording in the target scanning mode by a low-intensity proton beam. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2021; 48(12): 16—21. https://doi.org/10.3103/S106833562112006XThe official site: FLUKA home. http://www.fluka.orgThe official site: FLUKA home. http://www.fluka.org http://www.fluka.orgFasso A., Ferrari A., Ranft J., Sala P.R. FLUKA: a multi-particle transport code. 12 October 2005. https://doi.org/10.2172/877507Fasso A., Ferrari A., Ranft J., Sala P.R. FLUKA: a multi-particle transport code. October 12, 2005. https://doi.org/10.2172/877507Сиксин В.В. Оптический датчик для измерения профиля сканирующего пучка протонов на терапевтическом ускорителе «Прометеус». Краткие сообщения по физике ФИАН. 2022; 49(5): 10—21.Siksin V.V. Optical sensor for measuring the profile of a scanning proton beam at the “Prometheus” therapeutic accelerator. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2022; 49(5): 10—21. (In Russ.)Определение поглощенной дозы при дистанционной лучевой терапии: Международные практические рекомендации по дозиметрии, основанные на эталонах единицы поглощенной дозы в воде. При поддержке IAEA, WHO, PAHO и ESTRO. МАГАТЭ. Серия технических докладов № 398. Вена, июнь 2004. https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/trs398r web.pdfAbsorbed dose determination in external beam therapy: international practice guidelines for dosimetry based on standards for the unit of absorbed dose in water. Supported by IAEA, WHO, PAHO and ESTRO. IAEA. Technical paper series No. 398. Vienna, June 2004. (In Russ.). https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/trs398r web.pdfПатент (РФ) № 2442620С2. Литяев В.М., Ульяненко С.Е., Горбушин Н.Г. Устройство для лучевой терапии быстрыми нейтронами. Заявл. 20.02.2012; опубл. 20.02.2012. https://patents.google.com/patent/RU2442620C2/enPatent (RU) No. 2442620C2. Lityaev V.M., Ulyanenko S.E., Gorbushin N.G. Device for fast neutrons radiation cancer therapy. Appl. 20.02.2020; publ. 20.02.2020. (In Russ.). https://patents.google.com/patent/RU2442620C2/enЛитяев В.М., Фёдоров В.В., Соловьёв А.Н., Ульяненко С.Е. Устройство для формирования терапевтических нейтронных полей на базе генератора НГ-24. Медицинская физика. 2016; 2(70): 94—100.Lityaev V.M., Fedorov V.V., Solovyev A.N., Uliyanenko S.E. Beam shaper hardware for therapeutic facility based on NG-24 neutron generator. Medical Physics. 2016; 2(70): 94—100. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.