CZ302439B6 - Mössbaueruv spektrometr - Google Patents

Abstract

Mössbaueruv spektrometr obsahující radioaktivní záric (3) upevnený na kotve modulátoru (2), rídicí jednotku (1), zkoumaný vzorek (5), kolimátor (4), detektor (6), amplitudový analyzátor (8), registracní zarízení (9) a synchronizacní rídicí modul (10), pricemž výstup rídicí jednotky (1) je spojen se vstupem modulátoru (2), výstup detektoru (6) je pres amplitudový analyzátor (8) pripojen k informacnímu vstupu registracního zarízení (9), první výstup synchronizacního rídicího modulu (10) je spojen se vstupem rídicí jednotky (1) a druhý výstup synchronizacního rídicího modulu (10) je pripojen ke vstupu rozmítání registracního zarízení (9). Podstatou rešení je, že za úcelem zvýšení presnosti merení, a to pri odstranení vlivu jednak mechanických vibrací mezi modulátorem (2) a zkoumaným vzorkem (5) a jednak vnejších akustických vibrací, jsou modulátor (2) s radioaktivním záricem (3), kolimátor (4), zkoumaný vzorek (5) a detektor (6) uchyceny v rozebíratelném uzavreném ochranném pouzdru (7) tak, že jsou s tímto ochranným pouzdrem (7) pevne mechanicky spojeny a tvorí kompaktní celek, pricemž ochranné pouzdro (7) je tvoreno tlustostenným válcem a jeho cela jsou uzavrena vložkami (11).

Description

Mossbauerův spektrometr

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti měřicí techniky v oblasti spektroskopie a týká se konstrukce Móssbauerova spektrometru, sloužícího k záznamu móssbauerovských spekter.

io Dosavadní stav techniky

V existujících konstrukcích móssbauerovských spektrometrů popsaných v řadě publikací, např. „Recent improvements in instrumentation and methods of Móssbauer spectroscopy“ (G.M. Kalvius and E. Kankeleit, 1972, Móssbauer Spectroscopy and its Applications - Proceedings of a

Panel, International Atommic Energy Agency, Vinna, 9 až 88), „Instrumentation for Móssbauer spectroscopy“ (G. Longworth, 1983, Advances in Móssbauer Spectroscopy, Elsevier, New York, 122 až 158) a patentů US 3 631 247, US 3 612 875, SU 1158951, SU 14022878, SU 1290883 je využívána dopplerovská modulace energie fotonů záření gama v souladu se zadaným průběhem relativní rychlostí pohybu radioaktivního zářiče vůči zkoumanému vzorku a registrace intenzity záření gama v souladu s tímto průběhem.

Popsané známé spektrometry obsahují radioaktivní zdroj upevněný na kotvě modulátoru, řídicí jednotku modulátoru, zkoumaný vzorek, kolimátor, detektor, amplitudový analyzátor, registrační zařízení a synchronizační zařízení. Spektrometry dovolují měřit rozdělení počtu registrovaných fotonů záření gama v souladu s rychlostí pohybu radioaktivního zářiče. V případě neexistence mechanických vibrací mezi modulátorem a zkoumaným vzorkem je rychlost pohybu radioaktivního zářiče totožná s relativní rychlostí pohybu mezi radioaktivním zářičem a zkoumaným vzorkem a spektrometr zabezpečuje potřebnou přesnost měření.

Přesnost s jakou odpovídají příslušné kanály registračního zařízení určitým hodnotám okamžité rychlosti radioaktivního zářiče je dána přesností elektrodynamické zpětné vazby řídicí jednotky modulátoru, která zabezpečuje to, že reálná rychlost pohybu radioaktivního zářiče odpovídá zadávané rychlosti. Fungování elektrodynamické zpětné vazby je založeno na srovnání referenčního signálu s reálným signálem rychlosti snímaného na měřicí cívce modulátoru. Ve skutečnosti však na této cívce je snímán signál odpovídající rychlosti mezi radioaktivním zářičem upevněným mna kotvě modulátoru a statorem modulátoru, na druhé straně relativní mechanické a akustické vibrace mezi statorem modulátoru a zkoumaným vzorkem se nekontrolují. Je známo řešení Móssbauerova spektrometru podle spisů ES 2170722 nebo ES 2156517, kde jsou modulátor, zkoušený vzorek a detektor uloženy v ochranném pouzdru, které má funkci obalu a který umož40 ňuje realizaci měření pri nízkých teplotách, a to pri ponoření tohoto obalu do kryostatu obsahujícího chladicí kapalinu či páry. Uložení prvků spektrometru do obalu nemá vliv na relativní přesnost měření danou relativní stabilitou rychlostní osy spektrometru a navíc z hlediska efektivity měření je nevýhodná přílišná miniaturizace spektrometru, která má negativní vliv na změnu prostorového úhlu šíření záření gama,

Nedostatkem známých řešení je tedy snížení přesnosti měření nekontrolovanými mechanickými a akustickými vibracemi mezi modulátorem a zkoumaným vzorkem a současně i relativně nízká úroveň radiační ochrany obsluhujícího personálu.

Úkolem předkládaného vynálezu je návrh takového mechanického uchycení modulátoru, detektoru, kolimátoru a zkoumaného vzorku, které výrazně omezí vliv mechanických a akustických vibrací na relativní rychlost mezi radioaktivním zářičem a zkoumaným vzorkem, a tím zvýší přesnost měření rozdělení počtu detekovaných fotonů záření gama v závislosti na relativní rychlosti prvků radioaktivní zářič - zkoumaný vzorek, a to pri současném zvýšení radiační ochrany obslu55 hujícího personálu.

- 1 CZ 302439 B6

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší vynález, kterým je Móssbauerův spektrometr obsahující radioaktivní zářič upevněný na kotvě modulátoru, řídicí jednotku, zkoumaný vzorek, kolimátor, detektor, amplitudový analyzátor, registrační zařízení a synchronizační řídicí modul, přičemž výstup řídicí jednotky je spojen se vstupem modulátoru, výstup detektoru je přes amplitudový analyzátor připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení, první výstup synchronizačního řídicího modulu je spojen se vstupem řídicí jednotky a druhý výstup synchronizačního řídicího moduluje připojen ke vstupu rozmítártí registračního zařízení. Podstatou vynálezu je, že za účelem zvýšení přesnosti měření, a to při odstranění vlivu jednak mechanických vibrací mezi modulátorem a zkoumaným vzorkem a jednak vnějších akustických vibrací, jsou modulátor s radioaktivním zářičem, kolimátor, zkoumaný vzorek a detektor uchyceny v rozebíratelném uzavřeném ochranném pouzdru tak, že jsou s tímto ochranným pouzdrem pevně mechanicky spojeny a tvoří kompaktní celek, přičemž ochranné pouzdro je tvořeno tlustostěnným válcem a jeho čela jsou uzavřena vložkami.

Další podstatou vynálezu je, že ve výhodném provedení je ochranné pouzdro vytvořeno z radiačně odstiňujícího materiálu, s výhodou z mosazi a vložky jsou tvořeny olověnými bloky.

Umístěním modulátoru, radioaktivního zářiče, kolimátoru, zkoumaného vzorku a detektoru do ochranného pouzdra se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že mechanické spojení modulátoru a zkoumaného vzorku pomocí tlustostěnného ochranného pouzdra odstraňuje vznik náhodných mechanických vibrací mezi modulátorem a zkoumaným vzorkem a současně pouzdro chrání vzorek a radioaktivní zářič před akustickými vibracemi. Kromě toho rozmístění radioaktivního zářiče a detektoru uvnitř plného tlustostěnného ochranného pouzdra zvyšuje radiační ochranu obsluhujícího personálu díky vytvoření uzavřeného pracovního objemu, jehož stěny pohlcují záření gama radioaktivního zářiče v prostorovém úhlu 4π.

Přehled obrázku na výkrese

Konkrétní příklad provedení vynálezu je dokladován na připojeném výkrese představujícím základní schéma spektrometru.

Příklady provedení vynálezu

Spektrometr obsahuje řídicí jednotku 1 se systémem elektrodynamické zpětné vazby, ke které je sériově připojen dopplerovský modulátor 2, který je uchycen v rozebíratelném tlustostěnném uzavřeném válcovém ochranném pouzdru 7. Na kotvě modulátoru 2 uchycen radioaktivní zářič 3, za nímž jsou v ochranném pouzdru 7 upevněny kolimátor 4, zkoumaný vzorek 5 a detektor 6 tak, že jsou s tímto ochranným pouzdrem 2 pevně mechanicky spojeny, čímž je zabráněno jejich vzájemnému mechanickému pohybu. Čela ochranného pouzdra 7 jsou uzavřena vložkami 11, s výhodou olověnými. K detektoru 6 je vně ochranného pouzdra 7 sériově připojen amplitudový analyzátor 8, jehož výstup je připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení 9. Synchronizační vstup registračního zařízení 9 je pak propojen se synchronizačním řídicím modulem PO, kteiý synchronizuje činnost řídicí jednotky 1 a registračního zařízení 9, a tím řídí vlastní proces měření. Zároveň rozebíratelné ochranné pouzdro 7 díky svému uzavření brání průniku akustických vln do prostoru mezi radioaktivním zářičem 3 a vzorkem 5, a tak toto ochranné pouzdro 7 odstraňuje vliv zvukových vln na vzájemnou relativní rychlost mezi radioaktivním zářičem 3 a vzorkem 5.

Volbou vhodného materiálu nebo kombinace materiálů ke zhotovení rozebíratelného uzavřeného ochranného pouzdra 7, je možné v prostorovém úhlu 4π úplně radiačně odstínit radioaktivní zářič 3, a tak podstatně zvýšit radiační ochranu obsluhujícího personálu tak, že příkon dávkového ekvi- 9 CZ 302439 B6 valentu ve vzdálenosti 0,1 m je menší než 1 gS/h. S výhodou lze použít například mosaz, když 10 mm vrstva mosazi prakticky úplně pohlcuje fotony záření gama většiny radioaktivních móssbauerovských zářičů a polotloušťka mosazi pro fotony o energii 100 keV je asi 1 mm.

Při měření formuje řídicí jednotka 1 periodický lineární referenční signál rychlosti. Modulátor 2 realizuje pohyb radioaktivního zářiče 3 se stejným zákonem změny rychlosti. Fotony záření gama emitované radioaktivním zářičem 3 prochází kolimátorem 4 a zkoumaným vzorkem 5 a jsou registrovány detektorem 6. Ze spektra detektorem 6 registrovaných fotonů záření gama jsou amplitudovým analyzátorem 8 selektovány signály odpovídající gama rezonančním fotonů záření gama. Signály z výstupu amplitudového analyzátoru 8 jsou přivedeny na inkrementuj ící vstup registračního zařízení 9. Synchronizační řídicí modul 10 provádí časové přepínání registračních kanálů registračního zařízení 9 synchronně s lineárním referenčním signálem rychlosti řídicí jednotky 1. Ve výsledku každý kanál registračního zařízení 9 odpovídá určité hodnotě okamžité rychlosti radioaktivního zářiče 3 a následně energii registrovaných fotonů móssbauerovského záření gama. Energetické rozdělení počtu registrovaných fotonů móssbauerovského záření gama představuje Mossbauerovo spektrum zkoumaného vzorku.

Přesnost, s jakou odpovídají příslušní kanály registračního zařízení 9 určitým hodnotám okamžité rychlosti radioaktivního zářiče 3, je dána přesností elektrodynamické zpětné vazby řídicí jednotky i, které zabezpečuje to, že reálná rychlost pohybu radioaktivního zářiče 3 odpovídá zadávané rychlosti. Fungování elektrodynamické zpětné vazby je založeno na srovnání referenčního signálu s reálným signálem rychlosti snímaného na měřicí cívce modulátoru 2, Upevněním modulátoru 2 v radioaktivním zářičem 3, kolimátoru 4, zkoumaného vzorku 5 a detektoru 6 v plném tlustostěnném ochranném pouzdru 7 tak, aby tyto členy tvořily kompaktní celek, je dosaženo pevného mechanického spojení mezi statorem modulátoru 2 a zkoumaným vzorkem 5, tj. odstranění mechanických vibrací mezi nimi.

Průmyslová využitelnost

Móssbauerův spektrometr podle vynálezu je použitelný jak ve výzkumných laboratořích, a to v oblasti fyziky, chemie, mineralogie i biologie, tak i ve výukových laboratořích vysokých škol a v průmyslových odvětvích k řízení a kontrole technologických procesů.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Móssbauerův spektrometr obsahující radioaktivní zářič (3) upevněný na kotvě modulátoru (2), řídicí jednotku (1), zkoumaný vzorek (5), kolimátor (4), detektor (6), amplitudový analyzátor (8), registrační zařízení (9) a synchronizační řídicí modul (10), přičemž výstup řídicí jednotky (1) je spojen se vstupem modulátoru (2), výstup detektoru (6) je přes amplitudový analyzátor (8) připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení (9), první výstup synchronizačního řídicího modulu (10) je spojen se vstupem řídicí jednotky (1) a druhý výstup synchronizačního řídicího modulu (10) je připojen ke vstupu rozmítání registračního zařízení (9), vyznačující se tím, že za účelem zvýšení přesnosti měření, a to při odstranění vlivu jednak mechanických vibrací mezi modulátorem (2) a zkoumaným vzorkem (5) a jednak vnějších akustických vibrací, jsou modulátor (2) s radioaktivním zářičem (3), kolimátor (4), zkoumaný vzorek (5) a detektor (6) uchyceny v rozebíratelném uzavřeném ochranném pouzdru (7) tak, že jsou s tímto ochranným pouzdrem (7) pevně mechanicky spojeny a tvoří kompaktní celek, přičemž ochranné pouzdro (7) je tvořeno tlustostěnným válcem ajeho čela jsou uzavřena vložkami (11).

   -3 CZ 302439 B6
2. 2. Mossbauerův spektrometr podle nároku 1, v y z n a č uj í cí se t í m , že ochranné pouzdro (7)je vyívuiciiu l radiačně odstiňujícího materiálu, s výhodou z mosazi.
3. 3. Mossbauerův spektrometr podle nároků 1 a 2, v y z n a č u j í c í se t í m, že vložky (11) 5 jsou tvořeny olověnými bloky.