Создание композиционной теневой защиты для цифрового детектора получения изображений и терапевтического канала на основе нейтронного генератора

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. 

1. Ястребинская 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.

2. 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-2022-56-1-86-92

3. Tcherdyntsev 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.2013.05.150

4. Охлопкова 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.

5. 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/ru

6. Патент (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/ru

7. Wannasri 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.2009.06.018

8. Domnich 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.X

9. Сиксин В.В. Особенности контроля пучка падовыми камерами на «теплой жидкости» на ускорителе «Прометеус». Краткие сообщения по физике ФИАН. 2021; 48(1): 16—23.

10. Милинчук В.К. Радиационная химия. Соросовский образовательный журнал. 2000; (4): 24—29.

11. 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/S106833562112006X

12. The official site: FLUKA home. http://www.fluka.org

13. Fasso A., Ferrari A., Ranft J., Sala P.R. FLUKA: a multi-particle transport code. 12 October 2005. https://doi.org/10.2172/877507

14. Сиксин В.В. Оптический датчик для измерения профиля сканирующего пучка протонов на терапевтическом ускорителе «Прометеус». Краткие сообщения по физике ФИАН. 2022; 49(5): 10—21.

15. 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.pdf

16. Патент (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/en

17. Литяев 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.