DE3719348A1 - Moessbauer-spektrometer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kernphy­ sikalische Präzisionsanlagen und betriftt inbesondere Mößbauer-Spektrometer.

Die Erfindung kann in der Physik, Chemie, Geologie, Metallurgie, Biologie und anderen Bereichen der Wissen­ schaft und Technik zur Analyse von Substanzen angewendet werden, in denen eine Resonanzabsorption von Gammaquanten beobachtet wird.

Es ist ein Mößbauer-Spektrometer bekannt, das eine an einem Vibrator befestigte Gammastrahlungsquelle und in Gammastrahlungsrichtung hintereinander angeordnet einen Absorber und einen Gammastrahlendetektor enthält, dessen Ausgang an den Eingang einer Einheit zur Verstärkung und Amplitudenwahl angeschlosssen ist, deren Ausgang mit einem Eingang eines Mehrkanalanalysators elektrisch gekoppelt ist, dessen Adressensignaleingang mit dem Adressensignalausgang eines Steuergenerators verbunden ist, dessen Startsignal­ ausgang mit dem Startsignaleingang des Mehrkanalanalysators elektrisch gekoppelt ist und dessen Bezugssignalausgang an einen Eingang eines Fehlersignalverstärkers angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit einem Geschwindigkeits­ geber des Vibrators und dessen Ausgang über einen Leistungs­ verstärker mit der Steuerspule des Vibrators (Zeitschrift "Pribory i tekhnika experimenta ("Versuchsgeräte und technik"), H. 5, 1967, Moskau, T. Tomov et al. "Mesbauerovsky spekt­ rometer" (Mößbauer-Spektrometer"), S. 133 bis 142) ver­ bunden ist.

Derartige Ausführung des Mößbauer-Spektrometers hat zur Folge, daß die akustischen und seismischen Einflüsse sowie die elektromagnetischen Störungen auf den Vibrator einwirken, wobei die experimentelle Linienform eines zu registrierenden Mößbauer-Spektrums, da sie Fuktion einer Doppler-Energieverschiebung von Resonanz-Gammaquanten ist, Verzerrungen unterliegt, wobei die Linienform des zu re­ gistrierenden Mößbauer-Spektrums keineswegs reproduziert werden kann, selbst wenn die äußeren Einflüsse im folgenden ausbleiben.

Es ist ein Mößbauer-Spektrometer bekannt, das eine an einem Vibrator befestigte Gammastrahlungsquelle und in Gam­ mastrahlungsrichtung hintereinader angeordnet einen Ab­ sorber und einen Gammastrahlendetektor enthält, dessen Aus­ gang an den Eingang einer Einheit zur Verstärkung und Am­ plitudenwahl angeschlossen ist, deren Ausgang mit einem Eingang eines mit einem Umschalter elektrisch verbundenen Mehrkanalanalysators elektrisch gekoppelt ist, und dessen Adressensignaleingang mit dem Adressensignalausgang eines Steuergenerators verbunden ist, dessen Startsignalausgang mit dem Startsignaleingang des Mehrkanalanalysators elek­ trisch gekoppelt und dessen Bezugssignalausgang an einen Ein­ gang eines Fehlersignalverstärkers angeschlossen ist, des­ sen anderer Eingang mit einem Geschwindigkeitsgeber des Vibrators und dessen Ausgang mit einem Fehlersignalanaly­ sator verbunden ist, der elektrisch mit dem Umschalter und über einen Leistungsverstärker mit der Steuerspule des Vi­ brators (Journal "Scientific Instruments", v. 3, 1970, C. A. Kajaste et al. "Error signal analyser for Mößbauer drives", p. 934-936) verbunden ist.

Im genannten Mößbauer-Spektrometer kommt die elektrische Verbindung eines Eingangs des Mehrkanalanalysators mit dem Ausgang der Einheit zur Verstärkung und Amplitudenwahl unmittelbar und die elektrische Verbindung des Startsignal­ ausganges des Steuergenerators mit dem jeweiligen Eingang des Mehrkanalanalysators über den Umschalter zustande, wobei die elektrische Verbindung des Ausganges des Fehlersignalanaly­ sators mit dem Umschalter auch direkt hergestellt ist.

All das hat zur Folge, daß die Einwirkung äußerer Ein­ flüsse auf die Mößbauer-Spektrum-Registriergenauigkeit durch Inhibitation der Belegung des Mehrkanalanalysators mit einem Startsignal verringert wird, wenn das eine Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem einen momentanen Geschwin­ digkeitswert der Stange des Vibrators bestimmenden Geschwin­ digkeitsgebersignal charakterisierende Fehlersignal oberhalb der festgesetzten Grenze liegt.

Die stochastische Art der Einwirkung der äußeren Ein­ flüsse auf den Vibrator führt aber dazu, daß das Ereignis einer Überschreitung, wo das Fehlersignal den vorgegebenen Schwellenwert zu überschreiten beginnt, mit gleicher Wahr­ scheinlichkeit innerhalb des zeitlichen Gesamtzyklus der Ab­ tastung des Mößbauer-Spektrums eintritt. Hierbei wird das Spektrum innerhalb der Zeitspanne, die mit dem Eintritt des genannten Ereignisses beginnt und bei Beginn des nächsten Abtastzyklus endet, in verzerrter Form registriert, da die Doppler-Verschiebung der Resonanzstrahlungsenergie der Num­ mer des Kanals des Mehrkanalanalysators nicht entspricht, in dem die Impulse von Detektor registriert werden sollen. Falls das Fehlersignal unter den Vorgabewert absinkt, bevor der nächste Zyklus begonnen hat, bleibt die Tatsache der Überschreitung in der genannten Einrichtung unbeachtet. Da der Eintritt des Ereignisses der Überschreitung im zeitlichen Abtastzyklus des Mößbauer-Spektrums gleichwahrscheinlich und das Verhältnis der Dauer des Startsignals zu der Zykluszeit ca. 10^-5 gleich ist, ist die Wahrscheinlichkeit P der Registrierung des Mößbauer-Spektrums mit festgesetzter Genauigkeit im genannten Spektrometer bei N Abtastzyklen des Mößbauer-Spektrums gleich

P = 10^-5N

und geht mit zunehmender Zahl von Abtastzyklen, bei denen eine Überschreitung des Schwellenwerts durch das Fehler­ signal zu verzeichnen ist, gegen Null.

Diese Umstände bedingen eine niedrige Mößbauer-Spektrum- Meßgenauigkeit unter der Einwirkung von seismischen, akustischen und elektromagnetischen Störungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mößbauer- Spektrometer zu schaffen, in welches eine derartige Einheit eingeführt ist und in welchem derartige elektrische Kopp­ lungen dieser Einheit mit den bekannten Einheiten des Spek­ trometers vorgesehen sind, daß die Aufspeicherung des Möß­ bauer-Spektrums seit dem Augenblick des Eintritts der Über­ schreitung durch das Fehlersignal zum gegebenen Zeitpunkt und in der gegebenen Abtastperiode des Mößbauer-Spektrums unterbrochen und nach Ablauf einer durch die Periode des Be­ zugssignals vom Steuergenerator teilbaren Zeitspanne seit dem Augenblick der Unterbrechnung unter der Bedingung wieder aufgenommen wird, daß das Fehlersignal den Sollpegel dieser Zeit nicht überschreitet, was es gestattet, die Mößbauer-Spektrum-Meßgenauigkeit zu erhöhen.

Dies wird dadurch erreicht, daß in dem Mößbauer-Spektro­ meter, das eine an einem Vibrator befestigte Gammastrahlungs­ quelle und in Gammastrahlungsrichtung hinteinander ange­ ordnet einen Absorber und einen Gammastrahlendetektor ent­ hält, dessen Ausgang an den Eingang einer Einheit zur Ver­ stärkung und Amplitudenwahl angeschlossen ist, deren Aus­ gang mit einem Eingang eines mit einem Umschalter elektrisch verbundenen Mehrkanalanalysators elektrisch gekoppelt ist, dessen Adressensignaleingang mit dem Adressensignal­ ausgang mit dem Startsignaleingang des Mehrkanalanalysators elektrisch gekoppelt und dessen Bezugssignalausgang an einen Eingang eines Fehlersignalverstärkers angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit einem Geschwindigkeitsgeber des Vibrators und dessen Ausgang mit einem Fehlersignalanaly­ sator verbunden ist, der elektrisch mit dem Umschalter und über einen Leistungsverstärker mit der Steuerspule des Vi­ brators verbunden ist, gemäß der Erfindung ein Univibrator mit einer durch die Periode des Bezugssignals des Steuer­ generators teilbaren Dauer des Ausgangssignals vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Fehlersignalana­ lysators gekoppelt ist, während die elektrische Verbindung des Ausgangs der Einheit zur Verstärkung und Amplituden­ wahl mit dem Eingang des Mehrkanalanalysators über den Um­ schalter hergestellt ist, wobei der Ausgang des Univibrators mit dem Steuereingang des Umschalters verbunden ist, wodurch der Fehlersignalanalysator mit dem Umschalter elektrisch gekoppelt ist.

Derartige Ausführung des Mößbauer-Spektrometers ge­ stattet es erfindungsgemäß, die Meßfehler bei den Parame­ tern des Mößbauer-Spektrums zu eliminieren. In diesem Fall kommt im Mehrkanalanalysator seit dem Augenblick der Unter­ brechung der Aufspeicherung einer spektrometrischen Infor­ mation bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwerts durch das Fehlersignal, bevor die Arbeitsperiode zu Ende ist, keine Information an, und bei einem Abfall des Fehler­ signals auf einen die Schwellenwerte nach dem Absolutwert unterschreitenden Betrag wird der Informationsanfall in der Periode wieder aufgenommen, wo dies in dem Augenblick und dem Speicherkanal geschieht, in welchem der Informations­ anfall unterbrochen worden ist.

Dies gibt die Möglichkeit, die erforderliche Meßge­ nauigkeit unter den Bedingungen der Einwirkung von seismischen, akustischen und elektromagnetischen Störungen zu sichern.

Die Erfindung soll nachstehend durch die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der beiligenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Mößbauer-Spektrometers;

Fig. 2a, b, c, d, e Abhängigkeiten der Spannungen U (Ordi­ natenachse, V) von der Zeit t (Abszissenachse, s) des Start­ signals, der Adressensignale, Schwellspannungen, des Fehler­ signals, des durch den Fehlersignalanalysator erzeugten Sig­ nals und des durch den Univibrator des Spektrometers nach Fig. 1 erzeugten Signals.

Das erfindungsgemäße Mößbauer-Spektrometer enthält eine an einem Vibrator 2 befestigte Gammastrahlungsquelle 1 (Fig. 1) und in Gammastrahlungsrichtung A hintereinander angeordnet einen Absorber 3 und einen Gammastrahlendetektor 4, dessen Ausgang an den Eingang einer Einheit 5 zur Ver­ stärkung und Amplitudenwahl angeschlossen ist.

Der Ausgang der Einheit 5 zur Verstärkung und Amplitu­ denwahl ist an einen Eingang 6 eines Umschalters 7 gelegt, dessen Ausgang mit einem Eingang 8 eines Mehrkanalanalysators 9 verbunden ist. Der Adressensignaleingang 10 des Mehrkanal­ analysators 9 ist mit dem Adressensignalausgang 11 eines Steuergenerators 12 gekoppelt, dessen Startsignalausgang 13 mit dem Startsignaleingang 14 des Mehrkanalanalysators 9 gekoppelt ist. Der Bezugssignalausgang des Steuergenerators 12 ist an einen Eingang 15 eines Fehlersignalverstärkers 16 angeschlossen, dessen anderer Eingang 17 mit einem Geschwin­ digkeitsgeber 18 des Vibrators 2 und dessen Ausgang mit einem Fehlersignalkanalanalysator 19 und über einen Leistungsver­ stärker 20 mit der Steuerspule 21 des Vibrators 2 ver­ bunden ist.

Der Ausgang des Fehlersignalanalysators 19 ist mit dem Eingang eines Univibrators 22 gekoppelt, dessen Ausgang zum Steuereingang 23 des Umschalters 7 geführt ist.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Mößbauer-Spektro­ meters besteht in folgendem.

Die Impulse von Gammastrahlendetektor 4 (Fig. 1) werden nach der Verstärkung und Amplitudenwahl in der Ein­ heit 5 über den Umschalter 7 in den Mehrkanalanalysator 9 eingespeist, der in der Betriebsart zu einer mehrkanaligen Zählung arbeitet und durch Startsignale (Fig. 2a) synchro­ nisiert wird, die vom Steuergenerator 12 mit einer Periode T ankommen, während die Speicherkanaladresse im Mehrkanal­ analysator 9 durch Adressensignale (Fig. 2b) des Steuerge­ nerators 12 getaktet wird. Der Steuergenerator 12 erarbei­ tet auch ein Bezugssignal des Modulationsgesetzes, und im Fehlersignalverstärker 16 wird eine Differenz x (Fig. 2c) aus einem am Eingang 15 ankommenden Bezugssignal und einem am Eingang 17 des Fehlersignalverstärkers 16 vom Geschwin­ digkeitsgeber 18 des Vibrators 2 eintreffenden Geschwin­ digkeitssignal errechnet.

Der Fehlersignalanalysator 19 vergleicht das Diffe­ renzsignal x mit den eingestellten Schwellenwerten +U₁, -U₁ (Fig. 2 c), die die Mößbauer-Spektrum-Speichergenauigkeit charakterisieren. Falls das Differenzsignal den Schwellen­ wert überschritten hat, wie dies in Fig. 2 c gezeigt ist, gibt der Fehlersignalanalysator 19 zum Zeitpunkt t _n im Speicherkanal a _i (Fig. 2 b) ein Signal U₂ (Fig. 2 d) in Über­ einstimmung mit folgender logischer Funktion ab:

ist.

Der Univibrator 22 erzeugt ein Signal U₃ der Dauer T, die gleich der Taktdauer der Startsignale (Fig. 2e) ist. Die Vorderflanken der Signale U₂ und U₃ fallen zeitlich zu­ sammen. Das Signal U₃ vom Ausgang des Univibrators 22 gelangt an den Steuereingang 23 des Umschalters 7, der den Strom­ kreis zwischen dem Mehrkanalanalysator 9 und der Einheit 5 zur Verstärkung und Amplitudenwahl unterbricht, wodurch der Informationsanfall im Mehrkanalanalysator 9 beginnend mit dem Zeitpunkt t _n , wo das Differenzsignal den Schwel­ lenwert im Speicherkanal a _i (Fig. 2c) überschritten hat, und endend bei einem Wert der laufenden Zeit t _n +T im Speicherkanal a _i im nächsten Speicherzyklus unterbrochen wird, falls das Differenzsignal zu dieser Zeit die Schwell­ spannungen nach dem Absolutwert nicht überschreitet. Da­ durch wird eine gleichmäßige Informationsverteilungsdichte sowohl innerhalb des Kanals auch in Bezug auf das ge­ samte Mößbauer-Spektrum im Mehrkanalanalysator 9 erreicht.

Nachstehend sind die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Mößbauer-Spektrometers erhaltenen Meßdaten aufgeführt.

Unter der Einwirkung äußerer Einflüsse, insbesondere der seismischen, wurde das Mößbauer-Spektrum bei folgenden Werten: 0,01; 0,05; 0,1; 0,5 eines zulässigen Fehlers in % vom Geschwindigkeitsbereich und bei abgeschaltetem Uni­ vibrator 22 gemessen. Hierbei wurde der Wert der Breite ┌ einer experimentellen Linie im Mößbauer-Spektrum ermittelt. Zu diesem Zweck wurde als Quelle seismischer Störungen ein Motor herangezogen, auf dessen Welle eine Last befestigt ist, deren Massenmittelpunkt gegen die Drehachse versetzt war. Bei konstanter Drehgeschwindigkeit wird der Wert des Geschwindigkeitsfehlers δ _i (t) für einen i-ten Kanal des Mehrkanalanalysators 9 durch einen folgenden Ausdruck:

δ _i (t) = 0,5 · sin (100π t + ϕ), ϕε (0,2π)

beschrieben, worin

π - Winkelmaß in rad, t - laufende Zeit, ϕ - Anfangsphase der Signaländerung

sind.

Als Absorber 3 wurde Kaliumferrozyanid K₄Fe (CN)₆ . 3 H₂O eingesetzt, dessen Absorptionsspektrum eine Einzellinie auf­ weist. Der Geschwindigkeitsbereich für die Abtastung des Spektrums beträgt ± 3,0 mm/s, der Wert des Effekts 26%. Die Meßergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle

Die Nummer 1 ist in der Tabelle dem bekannten Tabel­ lenwert der Linienbreite von Kaliumferrozyanid, die Num­ mer 6 den bei abgeschaltetem Univibrator 22 erhaltenen Da­ ten zugeordnet, wenn die Informationen in den Mehrkanal­ analysator 9 über den Umschalter 7 bei einem beliebigen Störpegel eingegeben werden.

Das erfindungsgemäße Mößbauer-Spektrometer gestattet es, Mößbauer-Spektren mit vorgegebener Genauigkeit zu er­ halten, die von akustischen, seismischen und anderen äußeren Einflüssen nicht abhängt, und gibt die Möglichkeit, die Zeit für die Wiederholung der Experimente einzusparen.

Claims (1)

1. Mößbauer-Spektrometer, das eine an einem Vibrator (2) befestigte Gammastrahlungsquelle (1) und in Gammastrah­ lungsrichtung (A) hintereinander angeordnet

   • - einen Absorber (3) und
   • - einen Gammastrahlendetektor (4) enthält, dessen Ausgang an den Eingang einer Einheit (5) zur Verstärkung und Amplitudenwahl angeschlossen ist, deren Ausgang mit einem Eingang (8)
   • - eines mit einem Umschalter (7) elektrisch verbun­ denen Mehrkanalanalysators (9) elektrisch gekoppelt ist, dessen Adressensignaleingang (10) mit dem Adressensignal­ ausgang (11)
   • - eines Steuergenerators (12) verbunden ist, dessen Startsignalausgang (13) mit dem Startsignaleingang (14)
   • - des Mehrkanalanalysators (9) elektrisch gekoppelt und dessen Bezugssignalausgang an einen Eingang (15)
   • - eines Fehlersignalverstärkers (16) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit einem Geschwindigkeitsge­ ber (18) des Vibrators (2) und dessen Ausgang mit
   • - einem Fehlersignalanalysator (19) verbunden ist, der elektrisch mit
   • - dem Umschalter (7) und über einen Leistungsverstärker (20) mit
   • - der Steuerspule (21) des Vibrators (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem
   • - ein Univibrator (22) mit einer durch die Periode des Bezugssignals des Steuergenerators (12) teilbaren Dauer des Ausgangssignals vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Fehlersignalanalysators (19) gekoppelt ist, während
   • - die elektrische Verbindung des Ausgangs der Ein­ heit (5) zur Verstärkung und Amplitudenwahl mit dem Ein­ gang (8) des Mehrkanalanalysators (9) über
   • - den Umschalter (7) hergestellt ist, wobei
   • - der Ausgang des Univibrators (22) mit dem Steuerein­ gang (23) des Umschalters (7) verbunden ist, wodurch der Fehlersignalanalysator (19) mit dem Umschalter (7) elektrisch gekoppelt wird.