![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Эталонирование радиометрической аппаратуры
Для обнаружения и измерения интенсивности ядерных излучений применяются приборы, называемые радиометрами. Радиометры подразделяются: 1. Интегральные – измеряют суммарную интенсивность γ -излучения вне зависимости от их энергии. 2. Спектрометрические – измеряют распределение γ -квантов по их энергиям. Все полевые радиометры состоят из двух блоков: блока детектирования и блока регистратора. В блоке детектирования расположены: детектор излучения, высоковольтный блок питания детектора, предварительный усилитель сигналов детектора. В блоке регистрации находятся основной блок питания прибора (батареи); электронные схемы обработки электрических импульсов, поступающих из блока детектирования; индикаторы (стрелочные приборы или цифровые индикаторы). Важным элементом радиометра, определяющим его характеристики, является детектор. В настоящее время в полевых радиометрах наиболее широко используются сцинтилляционные детекторы, В сцинтилляционном счетчике регистрация заряженной частицы происходит за счет возбуждения атомов и молекул вдоль ее траектории. Возбужденные атомы, живущие короткое время, переходят в основное состояние, испуская электромагнитное излучение. У ряда прозрачных веществ (люминофоров) часть спектра этого излучения приходится на световую область. Прохождение заряженной частицы через такое вещество вызывает вспышку света. Для увеличения выхода света и уменьшения его поглощения в люминофор добавляют активаторы. Вид активатора указывают в скобках после обозначения люминофора. Так, например, кристалл NaI, активированный таллием, обозначают NaI (T1). Регистрация γ -квантов в сцинтилляционном счетчике происходит благодаря вторичным электронам и позитронам, образующимся при поглощении γ -квантов люминофором. Поскольку люминофоры обладают хорошей оптической прозрачностью, то для регистрации γ -квантов применяют люминофоры большой толщины. Это обеспечивает высокую эффективность регистрации γ -квантов сцинтилляционным счетчиком.
1. При фотоэффекте энергия вторичного электрона равна энергии γ -кванта Е0. Пунктирной линией показано реальное распределение импульсов на выходе ФЭУ вследствие энергетического разрешения детектора. 2. При комптоновском рассеянии вторичному электрону передается лишь часть энергии кванта. При комптон-эффекте, в зависимости от угла рассеяния γ -кванта, энергия вторичного электрона может меняться в широких пределах. 3. При рождении электронно-позитронной пары (РЭП) кинетическая энергия пары на 1, 02 Мэв меньше, чем энергия γ -кванта. Появление дополнительных линий Е0 -0, 51 Мэв и Е0при РЭП обусловлено тем, что в ряде случаев один или даже оба γ -кванта с энергией 0, 51 Мэв, образующихся при аннигиляции позитрона, поглощаются в сцинтилляторе в результате фотоэффекта, и вспышка от этих фотоэлектронов сливается с вспышкой от первичной пары электрон - позитрон. Необходимо помнить, что РЭП является пороговой реакцией Епор = 1.02 Мэв. В результате реальный спектр от моноэнергетического γ -излучения будет являться суммой всех трех составляющих. Ниже приводится аппаратурный спектр изотопа 24Na (E0= 1, 38 и 2, 76 Мэв). Для линии 1, 38 Мэв вклад эффекта образования пар ничтожен и соответствующие пики почти незаметны; образуется лишь пик в 1, 38 Мэв, обусловленный фотоэффектом, а также менее четкий комптоновский пик с энергией 1, 17 Мэв. Для линии 2, 76 МэВ наблюдаются три пика с энергиями 1, 74, 2, 25 и 2, 76 Мэв. Пики с энергиями 1, 74 и 2, 25 Мэв обязаны эффекту образования пар (РЭП).
Пик 2, 76 Мэв обусловлен тремя процессами: фотоэффектом; эффектом образования пар, сопровождающемуся поглощением обоих γ -квантов аннигиляции; комптон-эффектом, когда рассеянный γ -квант также поглощается люминофором в результате фотоэффекта. Во всех трех процессах в световую энергию превращается вся энергия γ -кванта. Поэтому этот пик называют пиком полного поглощения. Форма пика полного поглощения близка к гауссовой кривой.
A = (DE/E0)*100% Энергетическое разрешение уменьшается с ростом энергии излучения как (E)-0.5. Кроме процессов, происходящих в самом сцинтилляционном детекторе, искажение реальных спектров γ -излучения, обусловлено также наличием аппаратурного разрешения – уширения пиков за счет процессов в электронных схемах прибора. В результате аппаратурное разрешение спектрометра с сцинтилляционным детектором составляет 10 – 14 % при энергии γ -излучения 1 Мэв. Следствием аппаратурного разрешения спектрометра является то, что пики, близко расположенных по энергии, не всегда разрешаются. На рисунке показаны различные случаи разрешения двух спектров гамма-квантов различных энергий. Аппаратурное разрешение этих пиков на всех ринках одинаковое (Δ Е1 и Δ Е2), энергия Е1 остается постоянной, меняется энергия Е2. Пунктиром показаны спектры пиков, если бы не было соседнего пика, сплошной линией показаны зарегистрированные спектры. На рисунке показаны три случая: а) пики практически разрешены, Е2-Е1 ≥ Δ Е1 + Δ Е2; б) Δ Е1 + Δ Е2 > Е2-Е1> Δ Е1 (или Δ Е2), т.е. спектры разрешены частично; в) Е2-Е1 < Δ Е1 (или Δ Е2), спектры не разрешены. Для интегральных радиометров, для перехода от измеренной интенсивности (в имп/мин или делениях шкалы), к истинной интенсивности (точнее к дозе) γ -излучения (в мкР/ч), необходимо установить характер зависимости между ними - называемый эталонировочной характеристикой или эталонировочным графиком. Эталонировочный график позволяет учитывать и чувствительность радиометров, и нелинейность зависимости показаний от интенсивности излучения, обусловленную просчетами импульсов счетной схемой. Для эталонирования интегральных полевых радиометров выбирают участок 10 на 15 м с минимальной активностью пород и вдали от сооружений и предметов, могущих создавать помехи за счет рассеяния излучения от эталонного источника. На расстоянии 6—10 м друг от друга устанавливаются два столба высотой приблизительно 2 м, между которыми натягивается трос или провод. В верхней части одного из столбов устанавливается радиометр. Ось радиометра должна находиться на вертикальной плоскости, проходящей через трос, на 8—10 см ниже последнего. На тросе подвешивается эталонный радиевый источник известной активности. Его центр располагается на одной высоте с центром детектора. Устанавливая источник на различных расстояниях от детектора, создают различную интенсивность излучений. При этом интенсивность излучения (в мкР/ч) рассчитывают по формуле: Iγ эт =840a / r2
По результатам измерений при различных значениях Iγ эт строят эталонировочный график. Экстраполируя этот график до нулевых показаний прибора, на оси абсцисс отсчитывают интенсивность фона Iф на пункте эталонирования, а сместив шкалу на оси абсцисс на величину Iф, получают окончательную шкалу Iγ эталонировочного графика (нижняя шкала). Для спектрометрической аппаратуры, кроме того, эталонируют энергетическую шкалу, т. е. определяют связь между энергией излучения и амплитудой импульсов на входе дискриминаторов (или иначе номером канала амплитудного анализатора). Для изучения этой зависимости обычно проводят исследование спектра от нескольких источников с различной энергией излучения и строят график связи между уровнем дискриминации в вольтах (номером канала) и энергией излучения. Для эталонирования энергетической шкалы используют источники из Cs137 (энергия излучения 0, 662 МэВ), Со60 (энергия излучения 1, 17 и 1, 33 МэВ) или других источников с известными энергиями гамма - квантов. Задания Задание 1. С радиевым источником активностью 3 мКи была проведена эталонировка интегрального радиометра. Данные эталонирования приведены в табл.1. Табл.1
Примечание: в строке r (см) даны расстояния от источника до детектора в сантиметрах; в строке «Имп/сек» приведены показания радиометра в импульсах в секунду. Ход работы: 1. Рассчитать мощность дозы от источника при расстоянии r; 2. Построить эталонировочный график и определить значение натурального фона и значение переводного коэффициента из показаний прибора имп/сек в мощности дозы. Задание 2. На 1024-канальном анализаторе получен спектр ториевого эталона (рисунок ниже). Значения по оси абсцисс приведены в номерах канала. Необходимо произвести привязку энергетической шкалы спектрометра. Данные об основных γ -излучателей ториевого ряда приведены в таблице 2. Аппаратурное разрешение спектрометра с сцинтилляционным детектором составляет 12 % при 1 Мэв. Необходимо отметить, что нулевой канал не обязательно должен соответствовать нулевой энергии гамма-квантов – обычно область мягкого излучения обрезают из-за ее малой информативности при съемке со сцинтилляционным детектором. Табл.2.
Ход решения: 1. С учетом аппаратурного разрешения промоделировать, как будут разрешаться пики основных γ -излучателей ториевого ряда. Основное внимание уделить для близкорасположенных пиков изотопов Ac228 и Tl208. 2. С учетом особенностей при спектрометрии γ -излучения со сцинтилляционным детектором идентифицировать пики (определить энергию) на спектре ториевого эталона. Составить таблицу «номер канала – энергия идентифицированного пика». 3. Построить график зависимости энергии γ -излучения пика от номера канала, на котором этот пик зарегистрирован на спектре. Должен быть линейный график, отклонение любой точки на графике более чем на 5% от графика свидетельствует об ошибке идентификации. По графику определить коэффициент перевода номера канала в энергию, и определить с какой энергии зарегистрирован данный спектр (граница обрезания спектра).
|