SU719282A1 - Способ определени энергии моноэнергетического фотонного излучени - Google Patents

Description

Изобретение относится к области спектрометрии ионизирующих излучений и может быть использовано для прецизионных измерений энергии моноэнергетнческого рентгеновского и гамма-излучения. ⁵

Известные способы определения энергии фотонного излучения, основанные на применении спектрометров с полупроводниковыми детекторами, не позволяют определять энергии фотонного излучения радиоак- ¹⁰ тивных изотопов с достаточной точностью [1]. Методы магнитной спектрометрии [2] не позволяют определять энергию фотонного излучения слабоактивных и короткоживущих изотопов. ¹⁵

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ определения энергии рентгеновского и гамма-излучения, основанный на явлении дифракции излучения на периодических 2С структурах и заключающийся в том, что дифрагировавшее на кристалле излучение направлено под углом υ к падающему пучку, удовлетворяющим условию ВульфаБрэгга ²² _ n-h-c ~ 2d sin υ ’ где d — постоянная решетки кристалла;

п — порядок отражения (n = 1, 2, 3...); 30 h — постоянная Планка;

с — скорость света;

Е — энергия дифрагировавшего излучения [3].

По измеренному значению υ определяют значение энергии. Однако известный способ определения энергии фотонного излучения пригоден в основном для определения энергии характеристического излучения рентгеновских трубок и источников большой активности. При определении энергии фотонного излучения слабоактивных источников, например с активностью меньше 1 Кюри, время измерения составляет несколько месяцев из-за малой светосилы дифрактометра. Вследствие этого практически невозможно определять энергию фотонного излучения короткоживущих изотопов.

Целью изобретения является сокращение времени измерения и повышение точности определения энергии слабоактивного моноэнергетического фотонного излучения и обеспечение возможности измерения энергии моноэнергетического фотонного излучения короткоживущих изотопов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, основанном на явлении дифракции излучения на кристаллах и заключающемся в измерении угла Брэгга и вычислении энергии излучения по известному соотношению, предварительно производят набор амплитудного спектра измеряемого излучения, направленного непосредственно на детектор, и фиксируют положение 5 пика этого спектра, затем направляют пучок рентгеновского излучения с непрерывным энергетическим спектром на кристалл и фиксируют положение пика амплитудного спектра излучения, дифрагировавшего ¹⁰ на известной системе кристаллографических плоскостей, после чего совмещают положения указанных пиков путем вращения кристалла и детектора и получают равные по величине энергии измеряемого и дифра- ¹⁵ тировавшего излучений.

Сущность изобретения иллюстрируется схемой, приведенной на фиг. 1; на фиг. 2 дан график определения измеряемого излу- 20 чения. Источник 1, энергию излучения которого необходимо измерить, устанавливают перед детектором 2 и регистрируют амплитудный спектр излучения детектором 2 и анализатором 3 импульсов. Источник 1 25 убирают, пучок непрерывного по энергии излучения рентгеновской трубки 4 коллимируют с помощью коллиматора 5 и направляют на кристалл 6. При этом на экране осциллографа анализатора 3 импуль- ³⁰ сов появляется пик, соответствующий квантам излучения из непрерывного спектра с энергией, определяемой углом υ, удовлетворяющим соотношению (1). Вращая кристалл и детектор, добиваются совпадения пи- 35 ка из непрерывного спектра рентгеновского излучения и пика измеряемого источника. Измеряют значение угла υ и из соотношения (1) определяют значение энергии излучения источника 1. 40 погрешность, обусловленная неточным измерением υ;

АЕ_С — погрешность, обусловленная неточным совмещением пиков. Если Е = 10 кэВ, d = ΙΑ, - = ΙΟ^-7, Δυ^,Ι, что практически осуществимо, то AE_rl = 10“³ эВ, а ΔΕ.. = 0,08 эВ.

Для оценки Е_с используют пик, соответствующий измеряемому излучению, и пик, соответствующий излучению имитатора, а также их треугольные аппроксимации (см. фиг. 2).

С помощью регулировки коэффициента усиления и уровня экспандирования спектрометра можно выбрать такие условия, при которых одному каналу амплитудного анализатора импульсов будет соответствовать R/K эВ, где R — энергетическое разрешение спектрометра, К — число каналов анализатора, что и явится погрешностью АЕ_С совмещения пиков, если разность между количеством импульсов в максимуме пика (А/)) и количеством импульсов, соответствующим пику в том же канале (N2), будет больше величины статической погрешности

Ν_}—Ν₂]/Νι~.

(3)

Из подобия треугольников LPM и SPF следует:

Решая (3) и (4), получаем условие необходимого набора статистики:

Принципиальное отличие предлагаемого способа состоит в том, что, используя явление дифракции рентгеновского излучения с непрерывным энергетическим спект- 45 ром, имитируют излучение, энергию которого необходимо измерить, что делает возможным определение энергии короткоживущих изотопов и существенно сокращает время измерения энергии слабоинтенсивных 50 источников, т. к. интенсивность такого имитатора намного больше интенсивности излучения измеряемых источников.

Суммарная погрешность определения энергии дается соотношением 55

- (Δ£)² = (A£d)²+(AEO)²+(A£_C)², (2) где ; дЕ I I dd I • Ad = h-c / Ad \ 2d sin о \ d погрешность, обусловленная ошибкой в определении величины d;

АЕ о — дЕ du h-c I Δυ \ 2d Sin υ \ tg υ)

Л⁷]>4№. (5)

С другой стороны NiK/Ι, где / — интенсивность излучения есть время набора спектра. Поэтому время, необходимое для того, чтобы выявить (визуально) сдвиг положения пиков в I канал, т. е. получить АЕ_С = — R/K, должно быть не менее 4 №//.

При R = 200 эВ, К = 200 каналов, / = = 10⁶ имп/с время набора спектра должно быть не менее 32 с, а погрешность АЕ_С составит 1 эВ. Для того, чтобы получить АЕ_С = 0,1 эВ при тех же условиях необходимо К — 2000, время набора спектра при этом составит 8,8 ч.

Приведенные выше расчеты справедливы при визуальном совмещении пиков на экране анализатора импульсов. При использовании машинной обработки спектров АЕ_С может быть уменьшена в 20 раз, т. к. положение пика в этом случае определяется с точностью 0,05 канала.

Использование предлагаемого способа определения энергии моноэнергетическото фотонного излучения обеспечивает по •сравнению с существующим способом следующие преимущества: возможность определения энергии фотонного излучения короткоживущих изотопов и существенное сокращение времени измерения, что увеличивает производительность и повышает эффективность в ряде областей исследований, а также повышает точность измерений.

Claims (3)

1. вычислении энергии излучени  по известному соотношению, предварительно производ т набор амплитудного спектра измер емого излучени , направленного непосредственно на детектор, и фкксир уют положение пика этого спектра, затем направл ют пучок рентгеновского излучени  с непрерывным энергетическим спектром на кристалл и фиксируют положение пика амплитздиого спектра излучени , дифрагировавшего на известной системе кристаллографических плоскостей, после чего совмещают положени  указанных пиков путем вращени  кристалла и детектора и получают равные по величине энергии измер емого и дифрагировавшего излучений. Сущность изобретени  иллюстрируетс  схемой, приведенной на фиг. 1; на фиг. 2 дан график определени  измер емого излучени . Источник 1, энергию излучени  которого необходимо измерить, устанавливают перед детектором 2 и регистрируют амплитудный спектр излучени  детектором 2 и анализатором 3 импульсов. Источник 1 убирают, пучок непрерывного по энергии излучени  рентгеновской трубки 4 коллимируют с помощью коллиматора 5 и направл ют на кристалл 6. При этом на экране осциллографа анализатора 3 импульсов по вл етс  пик, соответствующий квантам излучени  из непрерывного спектра с энергией, определ емой углом v, удовлетвор ющим соотношению (1). Враща  кристалл и детектор, добиваютс  совпадени  пика из непрерывного спектра рентгеновского излучени  и пика измер емого источника. Измер ют значение угла v и из соотношени  (I) определ ют значение энергии излучени  источника 1. Принципиальное отличие предлагаемого способа состоит в том, что, использу   вление дифракции рентгеновского излучени  с непрерывным энергетическим спектром , имитируют излучение, энергию которого необходимо измерить, что делает возможным определение энергии короткоживущих изотопов и существенно сокращает врем  измерени  энергии слабоинтенсивных источников, т. к. интенсивность такого имитатора намного больше интенсивности излучени  измер емых источников. Суммарна  погрещность определени  энергии даетс  соотношением ( Д)2- (Д)+()2+(), h-c /М d sin u d dd i2dsin - «. . погрешность, обусловленна  ошибкой в определении величины d; h-c /АО Д о-2dsinu Ug погрешность, обусловленна  неточным измерением v; (. - погрешность, обусловленна  неточным совмещением пиков. Если 10 кэВ, о d 1А, -j 10, Aj;.}, что практически осуществимо, то 10 эВ, а Af, 0,08 эВ. Дл  оценки ЕС используют пик, соответств )ющий измер емому излучению, и пик, соответствующий излучению имитатора , а также их треугольные аппроксимации (см. фиг. 2). С помощью регулировки коэффициента усилени  и уровн  экспандироваии  спектрометра можно выбрать такие услови , при которых одному каналу амплитудного анализатора импульсов будет соответствовать R/K эВ, где R - энергетическое разрешение спектрометра, /С - число каналов анализатора, что и  витс  погрешностью совмещени  пиков, если разность между количеством импульсов в максимуме пика (Л ) и количеством импульсов , соответствующим пику в том же канале (Nz), будет больше величины статической погрещности N,-N,yNi. Из подоби  треугольников LPM и SPF ..A.((--l 2 2 Г - 2 /Ч 2 Реша  (3) и (4), получаем условие необходимого набора статистики: N,4f{-. С другой стороны NiK/I, где / - интенсивность излучени  есть врем  набора спектра . Поэтому врем , необходимое дл  того, чтобы вы вить (визуально) сдвиг положени  пиков в I канал, т. е. получить R/K, должно быть не менее 4 . При R 200 эВ, К 200 каналов, / 10 имп/с врем  набора спектра должно быть не менее 32 с, а погрещность составит 1 эВ. Дл  того, чтобы получить Д/Гс 0,1 эВ при тех же услови х необходимо К 2000, врем  набора спектра при этом составит 8,8 ч. Приведенные выше расчеты справедливы при визуальном совмещении пиков на экране анализатора импульсов. При использовании машинной обработки спектров может быть уменьщена в 20 раз, т. к. положение пика в этом случае определ етс  с точностью 0,05 канала. Использование предлагаемого способа определени  энергии моноэнергетическото фотонного излучени  обесп8чи.вает по сравнению с существующим способом следующие преимущества: возможность определени  энергии фотонного излучени  короткоживущих изотопов и существенное сокращение времени измерени , что увеличивает производительность и повышает эффективность в р де областей исследований, а также повыщает точность измерений. Формула изобретени  Способ определени  энергии моноэнергетического фотонного излучени , основанный на  влении дифракции излучени  на кристаллах и заключающийс  в измерении угла Брэгга и вычислении энергии излучени  по известному соотнощению, отличающийс  тем, что, с целью сокращени  времени измерени  и повыщени  точности определени  энергии слабоактивного моноэнергетического фотонного излучени  и обеспечени  возможности измерени  энергии моноэнергетического фотонного излучени  короткоживущих изотопов, предварительно производ т набор амплитудного спектра измер емого излучени , направленного непосредственно на детектор, и фиксируют положение пика этого спектра, затем направл ют пучок рентгеновского излучени  с непрерывным энергетическим спектром на кристалл н фиксируют положение пика амплитудного спектра излучени , дифрагировавщего на известной системе кристаллографических плоскостей, после чего совмещают положени  указанных пиков путем вращени  кристалла и детектора и получают равные по величине энергии измер емого и дифрагировавщего излучений. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Балдин А. В. Прикладна  спектрометри  с полупроводниковыми детекторами, Атомиздат, 1974.
2. 2.Стол рова Е. А. Прикладна  спектрометри  ионирующих измерений. М., Атомиздат , 1964.
3. 3.Physical Reviev. vol. 135, 4а, 1964, p. А 899 (прототип).

   .i И/2K-l N- кана/ia