Пространственная калибровка светового выхода сцинтиллятора для протонной радиографии

Разработана методика определения пространственной неоднородности светового выхода сцинтиллятора, используемого для протонной радиографии. Она основана на регистрации цифровых изображений, сформированных при прохождении протонного пучка через сцинтиллятор, и аппроксимации распределения интенсивности в поперечном сечении пучка двумерной гауссо-подобной функцией. Представлены результаты пространственной калибровки светового выхода сцинтиллятора из силиката лютеция, полученные на протонном микроскопе с магнитной оптикой ПУМА. Показано, что учет пространственной неоднородности сцинтиллятора позволяет описать поперечную интенсивность пучка в каждой точке протонно-радиографического изображения со средней точностью около 0.7%. Получены экспериментальные данные по флуктуации положения центра пучка, его размеров и формы в плоскости сцинтиллятора на установке ПУМА. Предложенная методика устраняет дефекты радиографического изображения, вызванные работой оптической системы регистрации и дефектами электронно-оптического затвора, при условии, что сигнал пропорционально зависит от интенсивности пучка. Она также устраняет или сильно подавляет дефекты радиографических изображений, обусловленные изменением эффективности ПЗС-матрицы электронной камеры.

1. King N.S.P. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 1999. V. 424 (1). P. 84. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)01241-8

2. Mottershead C.T., Zumbro J.D. // Proc. Particle Accelerator Conf. 1997. V. 2. P. 1397. https://doi.org/10.1109/PAC.1997.750705

3. Rigg P.A., et al. // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. P. 220101. https://doi.org/10.1063/1.2832916

4. Abel N.H. // J. Reine Angew. Math. 1826. V. 1. P. 153. https://doi.org/10.1515/crll.1826.1.153

5. Freeman M.S. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2017. V. 88. P. 013709. https://doi.org/10.1063/1.4973767

6. Kantsyrev A.V. et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 946. P. 012019. https://doi.org/10.1088/1742-6596/946/1/012019

7. Agostinelli S. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 2003. V. 506. P. 250. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8

8. Morris C.L. et al. // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. P. 104905. https://doi.org/10.1063/1.3580262

9. Golubev A.A. // At. Energy. 2008. V. 104. P. 134. https://doi.org/10.1007/s10512-008-9004-2

10. Antipov Yu.M. et al. // Instrum. Exp. Tech. 2010. V. 53. P. 319. https://doi.org/10.1134/S0020441210030012

11. Varentsov D.V. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. P. 023303. https://doi.org/10.1063/1.4941685

12. Burtsev V.V. et al. // Combust. Explos. Shock Waves. 2011. V. 47. P. 627. https://doi.org/10.1134/S0010508211060025

13. Schultz L.J. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 2003. V. 508. P. 220. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01658-9

14. Morris C.L. // LANL Report LA-UR-00-5716. 2000. Los Alamos: LosAlamos Natl. Lab. https://perma-link.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lare-port/LA-UR-00-5716.

15. Kantsyrev A.V. et al. // Instrum. Exp. Tech. 2014. V. 57. P. 1. https://doi.org/10.1134/S0020441214010151

16. Kolesnikov S.A. et al. // AIP Conf. Proc. 2012. V. 1426 (1). P. 390. https://doi.org/10.1063/1.3686300

17. Mintsev V.B. et al. // Contrib. Plasma Phys. 2018.V. 58. P. 93. https://doi.org/10.1002/ctpp.201700141

18. Kantsyrev A.V. et al. // Proc. 19th IEEE Pulsed Power Conf. 2013. P. 1077. https://doi.org/10.1109/PLASMA.2013.6633424

19. Melcher C.L., Schweitzer J.S. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1992. V. 39. P. 502. https://doi.org/10.1109/23.159655

20. Morris C.L. et al. // Exp. Mech. 2015. V. 56. P. 111. https://doi.org/10.1007/s11340-015-0077-2

21. Rogers J.G., Batty C.L.// IEEE Trans. Nucl. Sci. 2000. V. 56. P. 438. https://doi.org/10.1109/23.846277

22. Schneider C., Rasband W.S., Eliceiri K.W. // Nat. Methods. 2012. V. 9. P. 671. https://doi.org/10.1038/nmeth.2089