Ягр-спектрометр

 

ЯГР-СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевой коллиматор и детектор, .отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, упрощения и пов-ьшгения портативности, коллиматор выполнен в виде плоского постоянно закрепленного элемента и располагается в плоскости, касательной к вpa цaющeмycя диску, щели коллиматора имеют однинаковую щирину и расположены на одинаковом расстоянии параллельно одна другой, а в качестве детектора используется фоточувствительная пластинка. 4J /

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН ае ш>

142 А

3C59 G 01 N 23 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -" .

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф (21) 3466823/18-25 (22) 09.07.82 (46) 15.07.84 . Бюл. Ф 26 (72) А.К. Жетбаев (71) Институт ядерной физики

AH КазССР (53) 539. 17. 1.078(088.8) . (56) 1. Kankeleit E. Simpls Mossbauer Spectrometer using X-ray I ilm, Amer J. Phys, 1966, 34, У 9, р. 778-779.

2. Авторское свидетельство СССР

9 955790, кл. G 01 N 23/00, 1980 (прототип). (54) (57)" ЯГР-CIIEKTPOMETP, содержащий источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевой коллиматор и детектор,,о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, упрощения и повьш ения портативности, коллиматор выполнен в виде плоского постоянно закрепленного элемента и располагается в плоскости, касательной к вращающемуся диску, щели коллиматора имеют однинаковую ширину и расположены на одинаковом расстоянии параллельно одна другой, а в качестве детектора используется фоточувствительная пластинка. е

1103142

V = 2linR.

Изобретение относится к ядерной гамма-спектроскопии (ЯГРС) и может быть применено для исследования мессбауэровских спектров и для анализа в химии, физике, геологии.

Известно устройство, позволяющее осуществить фоторегистрацию резонансного спектра (1) .

В нем источник приводится в возвратно-поступательное движение с пос- 1ц тоянным ускорением с помощью кулачкового механизма. На одном валу с кулачком вращается цилиндр, на образующую которого надеты рентгеновская пленка и светозащитный чехол. Между источником и пленкой неподвижно расположены поглотитель и коллиматор.

Геометрия подобрана так, что щель коллиматора направляет излучение источника сквозь поглотитель на пленку в виде узкой полосы, параллельно оси вращения цилиндра. Каждому углу поворота кулачка соответствует определенная скорость источника и определенный участок пленки. При изменении угла поворота скорость источника изменяется и соответственно излучение попадает на другой участок пленки.

Недостатками такого устройства являются трудность изготовления профиля кулачка, наличие трущегося сопряжения при преобразовании вращательного движения кулачка в поступа35 тельное движение штока-держателя источника, что предопределяет износ и изменение характеристик в процессе эксплуатации. Эти недостатки ограничивают точность и применение этих механических систем. Неудобство при эксплуатации такой системы связано с тем, что в движении находятся как источники, так и пленка. Кроме того, укладка пленки на цилиндрический барабан не может выполняться каждый раз

45 с одним и тем же натяжением и, следо вательно, является источником ошибок.- при определении расстояния между резонансными линиями.

Коллиматор является сменным элементом: в зависимости от числа и положения резонансных линий исследуемого поглотителя используют коллиматор с соответствующим числом и расположением щелей. Поглотитель. имеет свой автономный привод, который может приводить его в быстрое колебательное движение для того, чтобы вывести из резонанса. Спектрометр предназначен для анализа и работает следующим образом.

Источник движется по окружности радиуса R секунду. Его линейная скорость равна

При этом составляющая скорости источника вдоль щели коллиматора является резонансной для поглотителя. Если исследуемое вещество имеет несколько резонансных линий, то к нему подбирают коллиматор, имеющий столько же щелей, расположенных таким образом, что составляющие скорости источника вдоль них обеспечивают резонанс на всех линиях. Поэтому покоящийся поглотитель находится в резонансе с источником, а если привести его в быстрое колебание с помощью специального привода, то резонанс нарушается. Сравнивая число зарегистрированных детектором квантов при покоящемся и движущемся поглотителе, определяют содержание резонансного вещества в нем.

Однако с помощью известного спектрометра нельзя получить полный ЯГРспектр исследуемого образца (он должен быть известен заранее). Кроме того, в состав спсктрометра входит детектор -излучения с блоком питания и электронным оборудованием, обеспечивающим его работу и вывод информации. Это удорожает и усложняет спектрометр, ограничивает его портативность и условия эксплуатации.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, упрощение и повышение портативности.

Наиболее близким к предлагаемому 50 является ЯГР-спектрометр, содержащий источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевои коллиматор и детектор. В спектромет ре достигнуто простое согласование 55 работы системы задания скорости источника с работой системы детектирования (2}.

Поставленная цель достигается тем, что в ЯГР-спектрометре, содержащем источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевой коллиматор и детектор, коллиматор выполнен в виде плоского постоянно закрепленного элемента и располагается в плоскости, касательной к вращающемуся диску, щели коллима1 103142

25 в зависимости от того, приходится ли данный участок поглотителя (данные щели коллиматоров) на положения источника, при которых он имеет резонансную по отношению к поглотителю скорость.

Чем меньше ширина щелей d и чаще расположены щели коллиматора, тем точнее аппроксимируется форма резонанс55.,>ра имеют одинаковую ширину и расположены на одинаковом расстоянии параллельно одна другой, а в качестве детектора используется фоточувствительная пластинка. 5

На чертеже приведена схема предлагаемого спектрометра.

Спектрометр содержит вращающийся диск 1, на периферии которого закреплен источник 2, многощелевой 10 коллиматор 3, поглотитель 4, детектор 5, представляющий собой фотопластинку.

Спектрометр работает следующим образом. 15

При работе установки источник, вращаясь, заглядывает" поочередно в щели коллиматора, освещая своим .излучением поглотитель и фотопленку.

Геометрия установки такова, что 20 при постоянной скорости вращения диска, х-составляющая скорости источника меняется при переходе источника из зоны видимости одной щели к зоне видимости другой. На чертеже эта ситуация изображена для положений источника 2,0,Ü,с. Размер источника при этом не имеет принципиального значения. Если, например, источник является протяженным, и он 30 может одновременно "заглядывать" в несколько щелей, то излучение в отдельно взятую щель попадает от определенного участка источника и х-составляющая скорости этого участ ка отличается от соответствующей скорости других участков источника, освещающих другие щели.

Вращая источник по круговой траектории перед неподвижным коллимато- 40 ром, имеющим равномерно расположенный ряд параллельных целей, получаем пространственно разделенные, различающиеся по энергии пучки -квантов, при этом иэображение на фотопластинке — ряд засвеченных полос.

Так как излучение прежде чем попасть на фотопленку проходит через резонансный поглотитель, то степень зачернения отдельных полос меняется ных линий по гистограмме плотностей почернения полос фотопластинки. Частота расположения щелей имеет принципиальное ограничение, связанное с тем, что толщина перегородок между щелями не может быть бесконечно малой. Последняя должна выбираться из условия непрозрачности материала перегородки для гамма-излучения излучаемого диапазона энергий.

Эффективная толщина перегородки сравнима по величине с 1 (1 — длина щели), а это означает, что действительная толщина перегородкиЛ d может быть очень малой и ограничением может служить только возможность изготовления достаточно тонких перегородок.

Таким образом, число щелей колли- матора может быть, в принцип, очень велико, и число точек на резонансных спектрах может оказаться сравнимым с числом точек, получаемых на традиционных установках.

Источник, укрепленный на краю диска, приводится во вращение электромотором. Для того, чтобы вибрация, вызванная работой электромотора, не передавалась диску, мотор смонтирован.»а отдельной платформе, которая ставится на амортизирующей паралоновой подушке. Передача вращения осуществляется с помощью пассика. Коллиматор изготовлен из латуни, щели его выточены на фрезерном станке с одной стороны пластины в виде параллельных один другому желобков. Глубина желобков 8 мм, ширина 3 мм и толщина перегородок между ними 0,8 мм.

При установке коллиматора желобки сверху прикрываются свинцовой пластиной. Плоскость вращения источника совпадает с плоскостью продольного сечения щелей коллиматора. Для исследования порошковых образцов изготовлена из тонкого (1 мм) плексиглаза ячейка с жесткими плоскопараллельными стенками. Порошок насыпается меж-. ду стенками, и образец приобретает форму полосы равномерной толщины. В качестве детектора испытаны рентгеновские пленки различных типов (лучшие .результаты получены с пленкой

РИ-1). Пленка в конверте из черной бумаги помещается влотную за поглотителем.

Испытания проведены с источником

SnO, и поглотителем SnO, . Pe зоS 1103142 6

Составитель С. Рыков

Редактор В. Ковтун Техред А.Бабинец Корректор О.Тигор

Заказ 4971/33 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППЛ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нансное -излучение с энергией

23,8 кэВ практически полностью очищается от рентгеновского фона

25, 8 кэВ селективным фильтром из палладия (фольга толщиной 100 мг/см ),; S который устанавливается перед коллиматором.

Применение одного посгоянно закрепленного многощелевого коллиматора расширяет по сравнению с прототипом функциональные возможности спектрометра, который становится универсальным прибором, позволяющим получать мессбауэровский спектр образца. Кроме того, один многощелевой коллиматор исключает необходимость иметь комплект сменных коллиматоров и до предела уменьшает число подвижных частей установки.

В спектрометре в движении находит- 20 ся только источник, который приводится во вращение с постоянной скоростью в одном направлении. Согласование работы системы перемещения источника с работой системы детектирования упрощается, поскольку каждая щель коллиматора пропускает пучок гамма-квантов, имеющий определенный узкий диапазон энергий, отличающийся от диапазона энергий, пропускаемого соседними щелями на постоянную величину. Такое пространственное разделение гамма-квантов, имеющих разное энергетическое" смещение, позволяет также существенно упростить по сравнению с 35 прототипом систему детектирования, сведя ее до обычной фотопластинки (фоточувствительного слоя) При обходимости не исключается применение традиционных детекторов, раздельно регистрирующих излучение у выхода каждой щели коллиматора.

В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом существенно увеличивается эффективное время работы установки. Практически 407 времени в течение одного цикла источник освещает щели коллиматора. Геометрия установки позволяет еще намного увеличить эффективное время спектрометра, введя несколько детектирующих систем, расположив их вокруг диска.

Простота устройства и управления спектрометра существенно снижают стоимость его изготовления и эксплуатации. При наличии серийного электродвигателя установку- можно изготовить с помощью обычного лабораторного оборудования. Питание двигателя можно осуществлять от сети или от аккумулятора. Полное исключение из состава спектрометра электронного оборудования обеспечивает его портативность, неприхотливость к условиям эксплуатации и высокую надежность.

Эти качества дают воэможность использовать спектрометр в полевых условиях и заводских лабораториях, от персонала не требуется специальной подготовки. Спектрометр может быть изготовлен для демонстрационных опытов и лабораторных работ в учебных лабораториях ВУЗов и школ.