Способ гамма спектрометрии


 


Владельцы патента RU 2523081:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) (RU)

Способ гамма-спектрометрии, заключающийся в измерении энергии и интенсивности линии гамма-излучения, регистрируемого полупроводниковым детектором, отличающийся тем, что для измерения энергии используется положение пика линии, а для измерения интенсивности этой линии - интенсивность регистрации этой спектральной линии в горбе потерь (т.е. области спектра регистрируемого излучения с энергией от нуля до максимальной энергии электронов отдачи), возникающем при комптоновском рассеянии гамма-фотона в детекторе с последующим выходом рассеянного фотона из детектора. Техническим результатом является уменьшение статистических флуктуаций счета импульсов. 3 ил.

 

Изобретение относится к области прикладной гамма-спектрометрии и может быть использовано в экологии, геологии, геохимии.

Известен способ гамма-спектрометрии (например, патент RU 2159451), при котором интенсивность линии определяют по площади пика полного поглощения линии в детекторе. Техническим недостатком такого способа является то, что вероятность регистрации детектором линии в пике полного поглощения в гамма-области излучения мала, что обуславливает большую величину статистической погрешности, связанной с флуктуациями счета импульсов.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ, реализованный в патенте UK 3291992. В этом патенте реализован способ, заключающийся в том, что для измерения интенсивности линии излучения используются два детектора (германиевый и кремниевый) разной толщины, установленные рядом, а результирующий спектр получают вычитанием из спектра излучения, зарегистрированного детектором с большим Z спектра излучения, зарегистрированного детектором с меньшим Z. Техническим недостатком такого способа является то, что вероятность регистрации детектором линии в пике полного поглощения в гамма-области излучения мала, что обуславливает большую величину статистической погрешности, связанной с флуктуациями счета импульсов.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение величины статистической погрешности, связанной с флуктуациями счета импульсов, за счет учета регистрации импульсов в низкоэнергетическом горбе потерь, возникающем в области низких энергий регистрируемого излучения при комптоновском рассеянии гамма-фотона в детекторе с последующим выходом рассеянного фотона из детектора.

На Фиг.1 представлена зависимость массовых коэффициентов фотопоглощения (тонкая линия) и комптоновского рассеяния (толстая линия) Ge в зависимости от энергии излучения. Из рисунка видно, что в гамма-области излучения основным процессом, приводящим к поглощению фотона, является комптоновское рассеяние, при этом существует значительная вероятность того, что после комптоновского рассеяния фотон покинет детектор.

В результате взаимодействия фотона с веществом детектора [3], фотон, попавший в детектор с энергией Е0, может быть полностью поглощен, преобразовавшись в поток электронов, которые в дальнейшем дадут импульс тока с зарядом Q0=C*E0 (С - коэффициент пропорциональности), и будет зарегистрирован аппаратурой как импульс напряжения, соответствующий E0. В то же время фотон может быть рассеян веществом детектора, и может покинуть его с энергией Edet_out. Тогда оставшиеся в детекторе свободные электроны будут зарегистрированы как фотон с энергией Edet′=E0-Edet_out. В этом случае при регистрации образуются пик потерь в результате фотопоглощения с последующей флуоресценцией и горб потерь в результате комптоновского рассеяния. В гамма-области излучения наиболее вероятными процессами являются регистрация фотона в пике полного поглощения и в горбе потерь в результате комптоновского рассеяния фотона, причем более вероятным событием является регистрация в горбе потерь. Это обуславливает возможность использования подобных событий для уточнения результатов измерения интенсивности спектральной линии.

Для численной оценки результатов многократных взаимодействий излучения с веществом детектора может быть использован метод Монте-Карло, который позволяет учесть геометрические особенности детектора и возможность многократных взаимодействий.

На Фиг.2 показаны зависимости вероятности полного поглощения энергии фотона в детекторе Рпп (тонкая непрерывная линия), регистрации фотона в горбе потерь Ргп (толстая непрерывная линия) для Ge детектора толщиной 5 мм от энергии фотона. Из Фиг.2 видно, что в области энергий фотона примерно 250 кэВ для Ge детектора вероятность регистрации в горбе потерь будет выше, чем вероятность регистрации в пике полного поглощения.

На Фиг.3 показана структура функции отклика Ge детектора в гамма-области излучения: пик полного поглощения энергии фотона в детекторе (непрерывная линия), горб потерь (пунктирная линия). Функция отклика детектора Кдет0, Е) есть вероятность регистрации сигнала с амплитудой, соответствующей энергии Е при попадании в детектор фотона с энергией Е0.

В случае полного поглощения энергии фотона в детекторе он будет зарегистрирован в пике полного поглощения с энергией E0, в случае комптоновского рассеяния с выходом рассеянного фотона из детектора - в горбе потерь с энергией от 0 до максимальной энергии электронов отдачи

При рассмотрении спектра, регистрируемого детектором, обычно к сигналу относят часть спектра, регистрируемую в пиках полного поглощения, а часть спектра, регистрируемую в горбе потерь, относят к мешающему фону. Однако эта часть спектра (горб потерь) также несет информацию об интенсивности регистрируемой спектральной линии и может использоваться для уточнения информации об интенсивности регистрируемой спектральной линии, поскольку интенсивность регистрации в этой области спектра выше, чем вероятность регистрации в пике полного поглощения.

Исходя из сказанного выше, становится возможным следующий способ гамма-спектрометрии, заключающийся в последовательности действий со спектром, зарегистрированным гамма-спектрометром:

1. Расчет или измерение вероятностей регистрации спектральной линии в области пиков полного поглощения и горба потерь;

2. Измерение энергии спектральной линии Е0;

3. Вычисление максимальной энергии электронов отдачи Eкомп_эл_max(E0);

4. Измерение площади горба потерь;

5. Вычисление интенсивности падающего на детектор излучения с энергией Е0 как отношения измеренной интенсивности регистрации излучения в горбе потерь к вероятности регистрации данной линии с энергией Е0 в области горба потерь.

Техническим результатом является уменьшение статистических флуктуаций счета импульсов.

Литература

1. Патент RU 2159451, 1997.

2. Patent UK 3291992, 1966.

3. Портной А.Ю. Метод оценки энергетических и пространственных параметров рентгеновских и гамма-детекторов//Научное приборостроение, 2009, т.19, №4, 13-23.

Способ гамма-спектрометрии, заключающийся в расчете или измерении вероятностей регистрации спектральной линии в области пиков полного поглощения и горба потерь, измерении энергии и интенсивности линии гамма-излучения, регистрируемого полупроводниковым детектором, отличающийся тем, что для измерения энергии используется положение пика полного поглощения линии, а для измерения интенсивности этой линии - отношение измеренной интенсивности регистрации этой спектральной линии в горбе потерь (т.е. области спектра регистрируемого излучения с энергией от нуля до максимальной энергии электронов отдачи), возникающем при комптоновском рассеянии гамма-фотона в детекторе с последующим выходом рассеянного фотона из детектора к вероятности регистрации данной линии c измеренной энергией в области горба потерь.



 

Похожие патенты:

Использование: для стабилизации коэффициента усиления гамма-сцинтилляционного детектора. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют генерацию светового излучения, соответствующего гамма-лучам, обнаруженным в геологической формации, используя сцинтиллятор, имеющий естественную радиоактивность, генерацию электрического сигнала, соответствующего световому излучению, и стабилизацию коэффициента усиления электрического сигнала, основанного па естественной радиоактивности сцинтиллятора.

Описан способ обработки спектроскопических данных в скважине. Способ включает в себя: получение исходных спектроскопических данных посредством использования скважинного устройства; обработку исходных спектроскопических данных посредством использования скважинного устройства для получения решения, являющегося результатом обработки данных в скважине; передачу решения, являющегося результатом обработки данных в скважине, в систему обработки данных на поверхности; и использование системы обработки данных на поверхности для определения данных о литологии исходя из решения, являющегося результатом обработки данных в скважине.
Изобретение относится к геофизическим способам исследования скважин: каротаж-активация-каротаж, в частности к определению низко проницаемых пластов в бурящейся скважине.

Изобретение относится к области спектрометрии гамма-квантов и может быть использовано в различных областях физических исследований, в т.ч. при испытаниях изделий электронной техники на радиационную стойкость.

Изобретение относится к способам и композициям для определения геометрии трещин в подземных образованиях. .

Изобретение относится к области изготовления, градуировки и обслуживания приборов и устройств для геофизических измерений и может быть использовано в оборудовании для каротажа, содержащем систему охлаждения с использованием криогенных жидкостей.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации скважины. .

Изобретение относится к области скважинных каротажных приборов с генератором нейтронов. .

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может использоваться для выделения трещинно-поровых, трещинно-кавернозных высокорадиоактивных пород-коллекторов.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам для измерения интенсивности радиоактивного излучения непосредственно в процессе бурения на забое скважины, и может быть использовано в забойных телеметрических системах для измерения радиоактивного излучения горных пород в процессе бурения разведочных, эксплуатационных и пьезометрических скважин как роторным, так и турбинным способом. Устройство содержит корпус, ионизационную камеру с металлизированной поверхностью, первичный преобразователь, струйный генератор с каналами питания, приемным, выходным и расходным, приемной емкостью, неподвижный и подвижный электроды, источник питания, сильфон. На подвижном электроде жестко закреплена трубка малого диаметра, выполненная из полимерного материала, например фторкаучука, соединенная с приемной емкостью струйного генератора. Технический результат заключается в повышении точности измерения интенсивности радиоактивного излучения горных пород. 4 ил.
Наверх