Устройство для рентгенофлуоресцентного анализа вещества
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3(50 6 01 N 23/223
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ВТОРСН0М СВИДКтЕ:ЛЬСтВМ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (211 3432862/18-25 (22) 04. 05. 82 (46) 30.09.83, Бюл. N 36 (72) В.А.Варлачев и E.Ñ.Ñîëoäîâíèêîâ (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.M. Кирова
:. (53 > 539 1. 06 (088. 8 ) (56) l; Вольдет P. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения.
M., Атомиздат, 1977, с. 89-91.
2. Dzabay T. G., Jarrett В. I., ЮаЫ evic J.М. The decrease of background in fluorescence spectro of
"-rays by using of polarization.
"Nuclear Instruments and Methods".
1974э v. II), v. 297-299 (npoToT n) (54 )(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕНТГЕНО: ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВА, „„SU„„1045094 А содержащее источник гамма- или рент геновского излучения, рассеиватель, предназначенный для поляризации излучения источника, держатель образца исследуемого вещества, детектор излучения с коллиматором, направленным перпендикулярно плоскости поляризации рассеянного излучения, и регистрирующую аппаратуру, соединен- ную - выходом детектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения светосилы устройства, рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра без торцовых стенок,- на поверхности которого выполнены два диаметрально противоположных отверстия, в одном иэ них.расположен источник гамма-излучения, а в другом - держатель образца анализируемого вещества, между ними расположен защитный экран.
1045094
Изобретение относится к рентгеноспектральным методам анализа элемент, ного состава вещества, в частности к рентгенофлуоресцентным методам анализа с использованием полупровод" никовых детекторов.
Известно устройство для рентгенофлуоресцентного анализа вещества, содержащее источник гамма-излучения входной коллиматор, рассеиватель, промежуточный коллиматор, держатель образца, выходной коллиматор, детектор излучения и регистрирующую аппаратуру. Излучение источника через входной коллиматор попадает на рассеиватель. Часть рассеянного излуче-. ния через промежуточный коллиматор, ось которого перпендикулярна оси входного коллиматора, попадает на образец и возбуждает характеристическое рентгеновское)излучение атомов анализируемого вещества. Последнее после прохождения через выходной коллиматор, ось которого перпендикулярна осям входного и промежуточного коллиматоров, регистрируется,детектором. В этом устройстве фон от гамма-квантов источника, рассеянных образцом, подавлен эа счет следующего обстоятельства. Известно, что при рассеянии на угол 90 неполяризованное гамма-излучение становится линейно поляризованным в плоскости, в которой оно распространяется до и после рассеяния. А линейно поляризованное излучение не может рассеяться под углом 90 к плоскости поляризации. Следовательно, рассеянное излучение, вырезанное промежуточным
KoRRvIMaTopQI4, n неЙно поляризовано
-в плоскости, образованной осями вход. ного и промежуточного коллиматорсв, и при жесткой коллимации оно не попадает на детектор. Таким образом, фон от гамма-квантов источника, попавших на детектор после рассеяния на рассеивателе и образце, будет тем меньше, чем жестче коллимация .
Резкое снижение фона рассеянного образцом излучения приводит к существенному уменьшению предела обнаруже" ния элементов рентгенофлуоресцентным методом Р 1 ) .
Однако более жесткая коллимация приводит, в свою очередь, к большей потере светосилы устройства.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для рентгенофлусресцентного анализа вещества, содержащее источник гамма- или рентгеновского излучения, рассеиватель, предназначенный для поляризации из- лучения источника, держатель образца анализируемого вещества, детектор излучения с коллиматором, направленным перпендикулярно плоскости поляризации рассеянного излучения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с выходом детектора I 2 J .
Это устройство имеет те же достоинства и недостатки, что и предыдущее. Чем жестче коллимация рассеянного и вторичного излучения, тем меньше фон под аналитической линией .
Но и интенсивность аналитической линии меньше, причем она уменьшается во столько же раэ, во сколько уменьшается фон.
20 Цель изобретения — повышение светосилы устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для рентгенофлуоресцентного вещества, содержащем
2S источник гамма" или рентгеновского излучения, рассеиватель, предназначенный для поляризации излучения источника, держатель образца анализируемого вещества, детектор излучения с коллиматором, направленным перпендикулярно плоскости поляризации рассеянного излучения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с выходом детектора, рассеиватель выполнен s виде полого цилиндра без
35 торцовых стенок, на поверхности которого выполнены два диаметрально противоположных отверстия, в одном из них расположен источник гамма40 излучения, а в другом - держатель образца анализируемого вещества, между ними расположен защитный экран.
На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит иэ источника гамма- квантов 1, расположенного у входного отверстия рассеивателя 2.
Рассеиватель выполнен s виде полого цилиндра без торцовых стенок, имею50 щего окружность в основании внутренней цилиндрической поверхности. Рассеиватель обычно выполнен иэ легких материалов (бериллий, углерод, но может быть выполнен и из материала, энергия характеристического излучения атомов которого превышает энергию края поглощения квантов на соответствующей электронной оболочке атомов анализируемого элемента, во втором
1045094
10 случае иэ спектра регистрируемого излучения удаляется только первичное излучение, рассеянное рассеивателем. У второго (выходного ) отверс" тия, вырезанного в рассеивателе, расположен держатель образца с образцом 3. Отверстия в рассеивателе. диаметрально противоположны. Детектор
4 излучения с помощью коллиматора
5 направлен на образвц вдоль линии, перпендикулярной плоскости основания рассеивателя. Между отверстиями в рассеивателе помещен экран 6, защищающий образец от попадания на него прямого пучка излучения от источника . Детектор излучения соединен с .регистрирующей аппаратурой 7. Один из возможных путей гамма-квантов
1 ъ показан векторами а, b и С, другой а, в, с, обе тройки образованы взаимно ортогональными векторами.
Детектор соединен с регистрирующей аппаратурой 7.
Устройство работает следующим образом.
Гамма-кванты источника 1 через входное отверстие в рассеивателе
2 попадают на его внутреннюю цилиндрическую поверхность. На атомах рассеивателя гамма-кванты источника рассеиваются и, в случае использования тяжелого материала в качестве
15бссеивателя, поглощаются за счет фотоэффекта. При этом угол любого однократного рассеяния первичного, гамма-кванта будет равен 90, если только рассеянный гамма-квант попадает через выходное отверстие на образец 3. Здесь используется следующее свойство окружности: вписанный в окружность угол, опирающийся на диаметр, равен 90 . Поэтому гамма-кванты, попавшие на образец после однократного рассеяния на атомах рассеивателя
Ф будут линейно поляризованы в плоскости основания рассеивателя. Например. если гамма-кванты источника распространяются по вектору а, а рассеянныепо вектору 3, как показано на чертеже, то последние линейно поляризованы в плоскости вектора а и б и не когут рассеяться от образца вдоль вектора
С, так как этот вектор перпендикулярен с векторами а и4 . Очевидно, коэффициент поляризации будет тем ближе к 1, чем меньше высота рассеивателя-цилиндра и чем ближе к точкам пересечения внутренней окружности с ее диаметром стягиваются входное и выходное отверстия рассеивателя.
Для исключения прямого попадания гамма-квантов источника на образец между отверстиями рассеивателя расположен экран теневой защиты. Его размеры должны быть такими, чтобы через одно отверстие не просматривалось другое. Устройство должно быть выполнено таким обазом, чтобы гаммакванты источника, не падающие на рассеиватель, не могли после рассеяния на конструкционных деталях и биологической защите попасть на де;тектор 4. В противном случае возрас15 тает регистрируемый фон, В остальному устройство работает так же, как и устройство-прототип. На детектор по-прежнему попадают гамма-кванты лишь через отверстие в коллиматоре
20 5. Ось коллимирующего отверстия перпендикулярна плоскости поляризации и пересекает образец, т.е, эта ось перпендикулярна плоскости основания рассеивателя. На образец падает
25 линейно поляризованное излучение источника и характеристические рентгеновское излучение атомов рассеивателя, индуцированное в результате фотоэффекта гамма-квантами источ,ника, когда рассеиватель изготавливают из материала с высоким атомным нокером, таким, чтобы энергия характеристического излучения его атомов была больше энергии края поглощения
35 квантов атомами анализируемых элемен. тов. В этом случае анализируемые элементы возбуждаются не только линейно поляризованным излучением, но и характеристическим рентгеновским излучением ато40 мов Рассеивателя но детектОР Регист рирует как характеристическое излучение атомов образца, так и рассеянное на образце характеристическое из. излу ение атомов рассеивателя.
Когда рассеи ватель выполнен B виде полого цилиндра из материалов с малым атомным номером, например из углерода, бериллия и т.п., атомы образца возбуждаются только лишь линейно поляризованным излучением и
50 источника, рассеянным на рассеивате" ле, В этом случ-е при том же источни ке гамма-квантов ьыход рент геновского излучения атомов сбразца меньше, но зато в зарегt.ñòðèðoâàííoì спектре отсутствует характеристическое излучение атомов рассеивателя, фон под аналитическими линиями обусловлен лишь рассеянным на рассеиваБазовый обьект
Предлагаемое устройство
Т,, -,- 1.-1 -!.О;,бк!, (- .i ll.1Я ) 1ИН
4688
9893
1,1 ° 10
1, " 10
1375
1012
+1,7
3 ) Д. 1! . НРЕД(Лвг!! !Я !
,<1
2,5 10
1 10 и е р в и ; l i 1 M 3 J ) е н и е !" 1, 1О и а вш! и и в детектор иэ-за недостаточно жесткой коллимации рассеянного и вторичного, т. е. исходящего от образца излучений. Выбор первого и второго варианта рассеивателя зависит от кОнкретных услОвий МОщнОсти истОчни ка гамма-излучения, мертвогс!!1 времени регистрирующей системы и задач анализа.
В качесТве примера испытывают
1 устройство, в котором рассеиватель выполняют из молибдена в виде полого цилиндра высотой 1 см и толщинсй стенки 0, 05 см. Внутренний диаметр цил: !-:д:.,;.: .эрен 10 см, Характеристи-!
:,.с а О 13 Ооразца ! !О.ГI iPG ГОД! !и ко-,:, : !,: !;;-,:!;О ".,!!!1!".- 1 с раз реше:-!v:,,=:„ll., ";-lт, :;.":.льный гараметр на.;;рл;;<О),и, трубки, (0
I!ло1 !адь пи ка аналити
«!ñ:. с".Ой ли !;!!:!, !мп, Концентрация железа, ФО-!, l-.i
И ! 3 т !й!ивы видно, чтс при меньшi!1
ia;:е а1-Ода !.:ентг новской тоуоки пло!1! lд!, !: .! 1;а анали l иче ской !!и!!ии увели !!!ва!е i ся в 2 „! раза при Одноаре 1енно!,;;;6 .ÓßHHbi .1!!О ;!а. Зто г!риводи1 ем 340 эВ по линии К 1!1. Регистрирующая аппаратура включает в себя предусиг!итель, усилитель и многоканальный амплитудный анализа тор 1ТА-1024.
В качестве источника гамма-квантов используется рентгеновская труб. ка 5Б Х В - 6(Ф) при анодном напряжении 5 — 36 кВ и анодном токе
15 МА. Проведены анализы на содержание железа в крови по методике измерений в тонких слоях. При изме- . рении в геометрии изобретения ток
-анода рентгеновской трубки иэ-за больших эагрузок анализатора снижен с 15 МА до 5 МА.
В таблице приведены результаты анализов пробы крови на железо предлагаемым устройством и прототипом, к соответствующему снижению анализа и предела обнаружения элементов.
Такие результаты стали возможны благодаря тому, что телесные углы, в которых просматривается рассеива1045094 8
Составитель М. Викторов
Редактор А. Власенко Техред М.Тепер
Корректор В Гирняк
Заказ 7541/44 Тираж 873
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5
Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тель источником и образцом, примерно в 40 раэ больше соответствующих телесных углдв базового объекта.
B предлагаемом устройстве защитный экран имеет такие размеры, что площадь рассеивателя, одновременно
Ф просматриваемая источником и образцом, меньше половины era полной площади. Поэтому существует реальная воэможность для дальнейшего увеличе5 ния светосилы устройства почти в два раза.
