Способ стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения по реперному пику


 


Владельцы патента RU 2495456:

Закрытое акционерное общество "НТЦ Экофизприбор" (RU)

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования. Сущность изобретения заключается в том, что излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, расположенных на разных склонах реперного пика, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, дополнительно выбирают размеры сцинтиллятора такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути оставляли в нем энергию ЕмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения, а вышеупомянутые два смежных дифференциальных канала предварительно устанавливают таким образом, чтобы ЕмахP находилась в одном из них. Технический результат - повышение стабильности и надежности стабилизации. 1 ил.

 

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования.

Известен ряд способов стабилизации спектрометрического тракта, в которых используют информацию, получаемую от дополнительных реперных (опорных) радиоактивных или световых излучателей, причем предпочтение отдается первым, поскольку в них регулирующей обратной связью охвачен как детектор, так и усилительный тракт блока детектирования [1].

Эти известные способы имеют следующие недостатки.

При работе с дополнительным реперным радиоактивным или световым излучателем не обеспечивается высокая стабильность и надежность при значительном изменении интенсивности измеряемого излучения, так как высота реперного пика на спектральном распределении остается постоянной, а остальная часть распределения, в том числе "подкладка" под реперным пиком изменяется пропорционально интенсивности измеряемого излучения. При значительных загрузках эта "подкладка" может во много раз превосходить высоту реперного пика, что снижает надежность стабилизации. Кроме этого, наличие дополнительного реперного радиоактивного или светового излучателя усложняет конструкцию, снижает надежность и повышает стоимость блока детектирования.

В качестве прототипа выбран способ наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности и свободный от указанных выше недостатков. В нем в качестве реперного источника используют пик измеряемого излучения, при этом излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, расположенных на разных склонах реперного пика, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта [2].

Недостатком этого способа является то, что стабилизация без дополнительного реперного источника (по измеряемому внешнему излучению) возможна только при наличии в спектральном распределении регистрируемых гамма-квантов измеряемого излучения достаточно четко выраженного отдельно расположенного пика. Уже в случае с несколькими пиками стабилизация затруднена из-за необходимости распознавания конкретного пика. Кроме этого, при таком способе автостабилизации невозможно использовать наиболее перспективные для радиационных приборов контроля технологических параметров органические сцинтилляторы (антрацен, стильбен, полистирол), т.к. пики в спектре регистрируемых гамма-квантов измеряемого излучения в них малоразличимы из-за весьма большого (в десятки и сотни раз) отношения сечения комптоновского взаимодействия и фотоэффекта.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого способа, заключается в повышении стабильности и надежности стабилизации при работе с различными спектральными распределениями и интенсивностями измеряемого излучения, а также в обеспечении работы системы автостабилизации при отсутствии или плохой различимости пиков в спектре регистрируемых гамма-квантов измеряемого излучения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения по реперному пику, в котором излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, расположенных на разных склонах реперного пика, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, дополнительно выбирают размеры сцинтиллятора такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути оставляли в нем энергию EмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения, а вышеупомянутые два смежных дифференциальных канала предварительно устанавливают таким образом, чтобы EмахP находилась в одном из них.

Реализация заявляемого способа основана на том, что, как экспериментально установлено авторами заявки, если выбрать размеры сцинтиллятора такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути оставляли в нем энергию EмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения, то в спектре регистрируемого излучения возникает обусловленный взаимодействием с этими мюонами отчетливый пик. Очевидно, что этот пик располагается в области энергий, где практически отсутствует регистрация гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения и, следовательно, его местоположение и форма не зависят от этого излучения.

Упомянутый пик на приборном энергетическом спектре регистрируемого излучения образуется по следующей причине. Подавляющее большинство мюонов вторичного космического излучения, проходящих через сцинтиллятор, имеют энергию десятки и сотни МэВ. Часть этой энергии выделяется в детекторе и преобразуется в световой импульс, причем эта часть определяется практически не энергией мюона, а тем, какой путь прошел мюон в сцинтилляторе.

Пространственное распределение потока мюонов вторичного космического излучения на поверхности земли определяется экранировкой Землей, а также увеличением толщины атмосферы при уменьшении угла по отношению к горизонту и в вертикальном сечении имеет форму лепестка. Понятно, что при обычных формах сцинтиллятора (цилиндр, прямоугольный параллелепипед) существует единственная наиболее вероятная длина пути проходимая мюонами вторичного космического излучения LмахP,, которая зависит от пространственного распределения потока мюонов, размеров и положения в пространстве и размеров сцинтиллятора. Таким образом, при определенном пространственном распределении потока мюонов и фиксированном положении сцинтиллятора всегда можно выбрать размеры последнего такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути LмахP оставляли в нем энергию EмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения. В результате этого на спектре регистрируемого излучения будет иметь место обусловленный взаимодействием с мюонами пик, расположенный в области энергий, где практически отсутствует регистрация гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения.

Известно, что для воды на 1 см пути независимо от энергии мюона поглащается около 2 МэВ энергии [3]. Таким образом, при использовании горизонтально расположенного цилиндрического сцинтилляторана на основе NaJ (T1) ⌀ 4×25 см, в котором наиболее вероятная длина пути для мюонов вторичного космического излучения оставляет около 2, 5 см и с учетом плотности NaJ=3,56 г/см3, в приборном спектре должен появиться пик в районе 2,5×3,6×2=18 МэВ.

Такое теоретическое обоснование было экспериментально подтверждено авторами заявки. На рис.1 представлен полученный с указанным сцинтиллятором приборный спектр при постоянной относительной ширине окна спектрометра, подтверждающий наличие пика в области 18 МэВ. Причем, как установлено, форма спектра при энергиях более 3-4 МэВ остается неизменной при изменении регистрируемого излучения в широких пределах.

Аналогичные результаты были получены авторами заявки и на других неорганических и органических сцинтилляторах различных форм и размеров (NaJ(T1) ⌀ 6,3×25 см; CsJ(T1) ⌀ 2,5×25 см; полистирол 10×10×30 см и ⌀ 25×6,3).

Таким образом, из изложенного следует, что если выбрать размеры сцинтиллятора такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути оставляли в нем энергию EмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучения, и два смежных дифференциальных канала системы автостабилизации предварительно установить таким образом, чтобы EмахP находилась в одном из них то, регистрируя и сравнивая средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и по результатам сравнения формируя управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, получим устойчивую систему стабилизации. При этом работа системы стабилизации практически не будет зависеть от регистрируемого детектором гамма-излучения.

Заявляемый способ реализован в разработанном ЗАО «НТЦ Экофизприбор» опытном образце сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения БД-1МС. Успешное испытание этого блока подтвердило эффективность предлагаемого способа стабилизации его чувствительности.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, то есть соответствует критериям изобретения.

Литература

1. Мамиконян С.В. Аппаратура и методы флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа. - М.: Атомиздат, 1976, с.172.

2. Цитович А.П. Ядерная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.47 (Прототип).

3. Е.V. Bugaev, A. Misaki, V.A. Naumov, T.S. Sinegovskaya, S.I. Sinegovsky and N. Takahashi. Atmospheric muon flux at sea level, underground and underwater. Phys. Rev. D 58, No.5, 1998.

Способ стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения по реперному пику, в котором излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах, расположенных на разных склонах реперного пика, сравнивают средние частоты следования импульсов в первом и втором дифференциальных каналах и по результатам сравнения формируют управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта, отличающийся тем, что размеры сцинтиллятора выбирают такими, чтобы проходящие через него мюоны вторичного космического излучения при наиболее вероятной длине пути оставляли в нем энергию ЕмахP, превышающую максимальную энергию регистрируемых гамма-квантов от измеряемого и фонового излучений, а вышеупомянутые два смежных дифференциальных канала предварительно устанавливают таким образом, чтобы ЕмахP находилась в одном из них.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к способам и устройствам корректировки и стабилизации измерительных трактов радиоизотопных устройств. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам стабилизации показаний сцинтилляционных детекторов при работе в широкой области изменения температур окружающей среды, в частности при работе в полевых условиях.

Изобретение относится к детектору, предназначенному для измерения ионизирующего излучения, предпочтительно -излучения и рентгеновского излучения, содержащий сцинтиллятор и детектор света, детектор света стабилизирован благодаря использованию предварительно заданного источника света, предпочтительно светодиода (СД), где длительность и/или форма световых импульсов источника света отличаются от длительности и/или формы световых импульсов, излучаемых сцинтиллятором.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению ионизирующих излучений с помощью сцинтилляционного детектора, и может быть использовано для стабилизации чувствительности сцинтилляционного детектора в области спектрометрии ионизирующих излучений ( , , , n) для радиационных мониторов ядерных материалов (ЯМ) и/или радиоактивных веществ (РВ).

Изобретение относится к радиоизотопным устройствам, предназначенным для контроля технологических параметров производственных процессов, а конкретно, к способам стабилизации тракта регистрации гамма-излучения.

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к способам и устройствам корректировки и стабилизации измерительных трактов радиоизотопных устройств, и может найти применение в пороговых регистраторах (релейных радиоизотопных приборах) для контроля параметров технологических сред в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, а также в радиационных приборах контроля различных технологических параметров с применением сцинтилляционных счетных и спектрометрических блоков детектирования.

Изобретение относится к области обнаружения и идентификации источников радиоактивных измерений. .

Изобретение относится к способам стабилизации спектрометрических трактов сцинтилляционными детекторами, предназначенными для регистрации гамма-квантов и рентгеновского излучения.

Изобретение относится к ядерной физике, конкретнее к устройствам для стабилизации и корректировки коэффициента передачи сцинтилляционного детектора, и может быть использовано в приборах и системах для измерения ионизирующих излучений. Устройство корректировки и стабилизации коэффициента передачи сцинтилляционного детектора для радиоизотопных приборов контроля технологических параметров содержит сцинтиллятор, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, линейный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, к выходу линейного усилителя последовательно подключены экстраполятор и интегратор, выход интегратора подключен к неинверсному входу дифференциального усилителя, к инверсному входу - источник опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя - на вход регулируемого источника питания фотоэлектронного умножителя, при этом в устройство дополнительно введены: реверсивный счетчик, вычитающий вход которого через формирователь импульсов подключен к выходу линейного усилителя; генератор импульсов, который подключен на суммирующий вход реверсивного счетчика, и электронный ключ, управляющий вход которого через интерполятор подключен к выходам реверсивного счетчика, а выход источника опорного напряжения - через электронный ключ к неинверсному входу дифференциального усилителя. Технический результат - повышение точности измерения ионизирующих излучений. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения излучения и, в частности, к способу автоматической стабилизации усиления и температурной компенсации в таких устройствах. Детектор и ассоциированный с ним способ включают в себя первый сцинтиллирующий материал, имеющий температурную зависимость светового выхода и выход на первом энергетическом уровне; второй сцинтиллирующий материал, имеющий температурную зависимость светового выхода подобно первому сцинтиллирующему материалу, выход на втором энергетическом уровне и схему детектирования. Первый и второй выходы зависят от излучения, испущенного из источника ионизирующего излучения. Схема детектирования включает в себя общий фотоэлектронный умножитель, сконфигурированный для преобразования фотонов, выходящих из первого сцинтиллирующего материала и из второго сцинтиллирующего материала, в электрические импульсы, схему счетчика, сконфигурированную для подсчета электрических импульсов, сгенерированных в фотоэлектронном умножителе первым и вторым сцинтиллирующими материалами, и схему управления усилением, сконфигурированную для отслеживания электрических импульсов, сгенерированных в фотоэлектронном умножителе вторым сцинтиллирующим материалом, и для регулировки усиления детектора на основе детектирования дрейфа выхода второго сцинтиллирующего материала. Технический результат - повышение точности детектирования излучения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх