nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2024-19-2-41-49nguphys-318Research ArticleФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, УСКОРИТЕЛЕЙ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫHIGH-ENERGY AND ACCELERATOR PHYSICS, PHYSICS OF HIGH-TEMPERATURE PLASMAИзмерения параметров поля нейтронов мониторами на основе газонаполненных пропорциональных счетчиковMeasurements of the Neutron Field Parameters with Monitors based on the Gas-Filled Proportional CountersАжгирейИ. Л.AzhgireyI. L.

Ажгирей Игорь Леонидович, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории

Протвино

Igor L. Azhgirey, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Laboratory

Protvino

БайшевИ. С.BayshevI. S.

Байшев Игорь Сергеевич, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Протвино

Igor S. Bayshev, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher 

Protvino

ПикаловВ. А.PikalovV. A.

Пикалов Владимир Александрович, начальник лаборатории

Протвино

Vladimir A. Pikalov, Head of the Laboratory

Protvino

СуманеевО. В.SumaneevO. V.

Суманеев Олег Валентинович, научный сотрудник

Протвино

Oleg V. Sumaneev, Researcher

Protvino

Институт физики высоких энергий им. А. А. Логунова НИЦ «Курчатовский институт»РоссияInstitute for High Energy Physics named after A. A. Logunov of National Research Center “Kurchatov Institute”Russian Federation2024160720241924149Copyright © Ажгирей И.Л., Байшев И.С., Пикалов В.А., Суманеев О.В., 20242024Ажгирей И.Л., Байшев И.С., Пикалов В.А., Суманеев О.В.Azhgirey I.L., Bayshev I.S., Pikalov V.A., Sumaneev O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/318

Нейтронные мониторы на основе газонаполненных пропорциональных счетчиков и первые результаты измерений были показаны на RuPAC-2018 и RuPAC-2021. Предполагается использовать эти детекторы для мониторинга стабильности условий проведения сеансов радиационной терапии. Здесь представлены процедура калибровки мониторов на источнике нейтронов AmBe и новые экспериментальные данные. Мониторы были использованы для измерения флюенса нейтронов за защитой экспериментальной установки «Центр коллективного пользования – радиобиологический стенд на углеродном пучке У-70» с энергией пучка ионов 450 МэВ/нуклон. Измерения сопровождались расчетным моделированием с использованием пакета программ CERN FLUKA. Показано хорошее согласие между результатами измерений и расчетов. Даже одиночный монитор со свинцовой вставкой, откалиброванный на AmBe-источнике, позволяет получать хорошие результаты в реальном нейтронном поле. Продемонстрирована возможность оценки флюенса нейтронов с энергией выше 10 МэВ по показаниям пары мониторов. Для улучшения качества измерений необходимо принимать во внимание разницу между условиями калибровки и измерений.

Neutron monitors with the gas filled proportional counters inside and first data were presented at RuPAC-2018 and RuPAC-2021 conferences. It is planned to use such devices to monitor the stability of irradiation conditions during radiation therapy sessions. We present here the calibration procedure for these monitors at AmBe neutron source, and the new data. These monitors have been used to measure the neutron fluence behind the shielding of the 450 MeV/nucleon carbon beam based experimental facility “Shared use Center – radiobiological stand with the carbon beam of the U-70 accelerator at IHEP”. The measurements were supported by the set of extensive simulations using the CERN FLUKA code. Good agreement between the FLUKA simulations and measurements was shown. Even single monitor with lead insertion calibrated at AmBe neutron source allows to have a good result in the real neutron field. The possibility to estimate the fluence of the high energy neutrons with the energy above 10 MeV using data from the pair of monitors was demonstrated. To improve the quality of the measurements one needs to take into account difference between calibration and measurements conditions.

измерения поля нейтроновгазонаполненные пропорциональные счетчикимоделирование радиационного поляneutron field measurementsgas-filled proportional chambersradiation field simulationsСтатья подготовлена по материалам конференции Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC’23), Budker INP, 11–15 September 2023.ReferencesDabrowski A., Stickland D., Auzinger G., Pasztor G., Lujan P. et al. (CMS Collaboration). The Phase-2 Upgrade of the CMS Beam Radiation Instrumentation and Luminosity detectors. CERN, Geneva, CERN-LHCC-2021-008, CMS-TDR-023, 2021.Dabrowski A., Stickland D., Auzinger G., Pasztor G., Lujan P. et al. (CMS Collaboration). The Phase-2 Upgrade of the CMS Beam Radiation Instrumentation and Luminosity detectors. CERN, Geneva, CERN-LHCC-2021-008, CMS-TDR-023, 2021.Azhgirey I. L., Bayshev I. S., Kurochkin I. A., Pikalov V. A., Sumaneev O. V., Lukanin V. S. Neutron monitors for high energy accelerators. In: Proceedings of 26th Russian Particle Acc. Conf. RuPAC2018, Ptovino, Russia, 2018, p. 225, DOI:10.18429/JACoW-RUPAC2018-TUPSA38Azhgirey I. L., Bayshev I. S., Kurochkin I. A., Pikalov V. A., Sumaneev O. V., Lukanin V. S. Neutron monitors for high energy accelerators. In: Proceedings of 26th Russian Particle Acc. Conf. RuPAC2018, Ptovino, Russia, 2018, p. 225, DOI:10.18429/JACoW-RUPAC2018-TUPSA38Gribushin A. M. et al. A Neutron Field Monitoring System for Collider Experiments. Instruments and Experimental Techniques, 2017, Vol. 60, No. 2, pp. 167–174. DOI: 10.1134/ S0020441217020051Gribushin A. M. et al. A Neutron Field Monitoring System for Collider Experiments. Instruments and Experimental Techniques, 2017, Vol. 60, No. 2, pp. 167–174. DOI: 10.1134/ S0020441217020051The CMS Collaboration. The Phase-2 Upgrade of the CMS Beam Radiation, Instrumentation, and Luminosity Detectors: Conceptual Design. CERN, Geneva, CMS NOTE-2019/008The CMS Collaboration. The Phase-2 Upgrade of the CMS Beam Radiation, Instrumentation, and Luminosity Detectors: Conceptual Design. CERN, Geneva, CMS NOTE-2019/008Sumaneev O. V., Azhgirey I. L., Baishev I. S., Pikalov V. A. Neutron field Measurements by GFPC based monitors at the Carbon beam at IHEP U-70 proton synchrotron. In: Proceedings of 27th Russian Particle Acc. Conf. RuPAC2021, Alushta, Russia, p. 129, 2021. DOI:10.18429/JACoW-RuPAC2021-FRC01Sumaneev O. V., Azhgirey I. L., Baishev I. S., Pikalov V. A. Neutron field Measurements by GFPC based monitors at the Carbon beam at IHEP U-70 proton synchrotron. In: Proceedings of 27th Russian Particle Acc. Conf. RuPAC2021, Alushta, Russia, p. 129, 2021. DOI:10.18429/JACoW-RuPAC2021-FRC01Antipov Yu. M., Britvich G. I., Ivanov S. V. et al. Formation of a transversely flat dose field and the first radiobiological experiments on a carbon beam extracted from the U-70. Instruments and experimental techniques, 2015, No. 4, pp. 107–116. (in Russ.)Antipov Yu. M., Britvich G. I., Ivanov S. V. et al. Formation of a transversely flat dose field and the first radiobiological experiments on a carbon beam extracted from the U-70. Instruments and experimental techniques, 2015, No. 4, pp. 107–116. (in Russ.)Ahdida C. et al. New Capabilities of the FLUKA Multi-Purpose Code. Frontiers in Physics, 2022, No. 9, p. 788253.Ahdida C. et al. New Capabilities of the FLUKA Multi-Purpose Code. Frontiers in Physics, 2022, No. 9, p. 788253.Battistoni G. et al. Overview of the FLUKA code. Annals of Nuclear Energy, 2015, No. 82, pp. 1018.Battistoni G. et al. Overview of the FLUKA code. Annals of Nuclear Energy, 2015, No. 82, pp. 1018.INTERNATIONAL STANDARD ISO 8529-1. Neutron reference radiations fields – Part 1: Characteristics and methods of production (ISO 8529-1:2021, IDT).INTERNATIONAL STANDARD ISO 8529-1. Neutron reference radiations fields – Part 1: Characteristics and methods of production (ISO 8529-1:2021, IDT).

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