Устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах

Использование: устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах содержит, по крайней мере, два чувствительных к излучению элемента, соединенных с источником питания, а также средство выбора спектрального диапазона, при этом в качестве чувствительных к излучению элементов использованы термочувствительные элементы, а средство выбора спектрального диапазона определяется подбором толщины и материала термочувствительного элемента из условия поглощения излучения в различных спектральных диапазонах, при этом подобранные термочувствительные элементы установлены с возможностью перекрытия всего спектрального диапазона. Технический результат: обеспечение возможности создания устройства, характеризующегося упрощенной конструкцией и компактностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения энергии импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с получением информации о спектральном распределении падающего излучения.

Известен болометрический приемник, представленный в работе [1. П.Б. Репин, И.М. Маркевцев, С.Ю. Корнилов // Приборы и техника эксперимента, 2014, №2, с. 97-102 - аналог], содержащий в качестве чувствительного к излучению элемента термочувствительный элемент, в частности из никеля толщиной 2 мкм. Термочувствительный элемент предназначен для измерения интегральной энергии импульсов МРИ. В данном устройстве не предусмотрено измерение энергии в нескольких спектральных диапазонах излучения пинча.

В статье [2. С.А. Сорокин, С.А. Чайковский // Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 4, с. 78-81 - прототип] приведено описание диагностического комплекса на базе болометра и вакуумных рентгеновских диодов (ВРД), содержащего 6 диагностических каналов. Диагностический канал на основе болометра с применением фильтров, формируемых импульсным напуском газа, позволяет измерять интегральную энергию импульсов МРИ. Остальные пять вакуумных диагностических каналов, в которых установлены пять датчиков ВРД (по одному в каждом) с чувствительными к излучению элементами, настроенными на различные спектральные диапазоны излучения, с помощью рентгеновских фильтров (средство выбора соответствующего спектрального диапазона) позволяют измерять энергию в различных спектральных диапазонах излучения пинча. Особенность ВРД состоит в том, что их габариты не позволяют обеспечить возможность измерений в одном диагностическом канале.

В данном комплексе импульсы МРИ генерировались сжатием криптоновых лайнеров. Спектр излучения восстанавливался по сигналам пяти оснащенных тонкопленочными фильтрами ВРД с частично перекрывающимися спектральными функциями отклика, образующими средство выбора спектрального диапазона.

Основными недостатками данного комплекса являются его сложность и громоздкость, что связано с использованием для спектральных измерений пяти диагностических каналов с установленным в них набором датчиков. Следствием этого является усложнение процесса восстановления спектра излучения лайнерной плазмы. Необходимо вычислить функции отклика пяти ВРД по квантовой эффективности фотокатодов, а также коэффициенты пропускания для применяемых фильтров. При этом состояние плазмы отличается в различных зонах измерений, соответствующих положению каналов диагностирования, что тоже необходимо учитывать при измерении параметров плазмы. Данный недостаток приводит к погрешности измерений.

На мощных Z-пинч установках формируются импульсы МРИ при осевом магнитном сжатии цилиндрической лайнерной плазмы. Диагностика импульсов МРИ включает в себя измерение их полной энергии и мощности, а также спектра излучения. Для этого применяются различные детекторы и методики измерений. Сложность и громоздкость измерительного комплекса приводит к неудобству эксплуатации, а также серьезно влияет на получение достоверного результата по восстановлению спектра. Задача восстановления спектра излучения по сигналам набора датчиков может быть существенно упрощена при использовании предлагаемого устройства, позволяющего в конечном итоге проводить более точные измерения спектрального распределения излучения. Данная задача также актуальна при проведении сложных дорогостоящих опытов, где предложенный подход позволит более рационально использовать диагностические возможности комплекса, в частности, освобождая диагностические каналы для других методик измерения.

Технический результат состоит в создании устройства, характеризующегося упрощенной конструкцией и компактностью.

Данный технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах, содержащего по крайней мере два чувствительных к излучению элемента, соединенных с источником питания, а также средство выбора спектрального диапазона, в заявляемом устройстве в качестве чувствительных к излучению элементов использованы термочувствительные элементы, а средство выбора спектрального диапазона определяется подбором толщины и материала термочувствительного элемента из условия поглощения излучения в различных спектральных диапазонах, при этом подобранные термочувствительные элементы установлены с возможностью перекрытия всего спектрального диапазона.

Кроме того, по крайней мере перед одним термочувствительным элементом может быть расположен фильтр излучения, причем фильтр выполнен из тонкой пленки и выбран из условия пропускания им определенного диапазона спектра излучения.

То есть, по сравнению с прототипом, где диагностический комплекс в части спектральных измерений содержит набор ВРД, установленных в пяти диагностических каналах, в предлагаемом устройстве вместо пяти используется один диагностический канал с установленным в нем многоканальным устройством для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах, которое, по сути, является многоканальным болометрическим приемником излучения. Это оказалось возможным за счет выбора в качестве чувствительных к излучению элементов термочувствительных элементов, которые в силу своих габаритов могут быть расположены в компактном едином корпусе. При этом возможность охвата всего спектра излучения довольно просто реализуется в средстве выбора спектрального диапазона, где осуществляется подбор толщины и материала термочувствительного элемента из условия поглощения им излучения в различных спектральных диапазонах, при этом подобранные термочувствительные элементы установлены с возможностью перекрытия всего спектрального диапазона. Достоверность измерений в прототипе во многом определяется точностью определения массовой толщины рентгеновских фильтров и верным определением функций отклика в отдельных спектральных интервалах, что вызывает определенные сложности. Все это в совокупности приводит к возможности упрощенной и компактной реализации измерений.

Подбор материала и его толщины для термочувствительных элементов проводился с использованием данных по полному сечению взаимодействия квантов излучения с веществом. Были рассчитаны коэффициенты пропускания потока излучения для различных металлов при заданной толщине.

К=exp(-ρ·σ·d), где

К - коэффициент пропускания, в относительных единицах;

σ[см2/г] - полное сечение взаимодействия фотонов на единицу массы материала;

ρ[г/см3] - плотность материала;

d[см] - толщина материала.

Данные о полном сечении взаимодействия фотонов взяты из EPDL 97 [Callen D.E., Hubbel J.H., Kissel L. EPDL 97: The Evaluated Photon Data Library 97′ Version // Lawrence Livermore National Laboratory, Report UCRL-50400. 1997. V. 6. Rev. 5].

Дополнительное использование фильтра в виде тонкой пленки позволяет более точно выделять низкоэнергетические диапазоны излучения импульса МРИ.

Таким образом, конструктивно упрощен комплекс и, как следствие, упростилась обработка результатов при повышении точности измерений.

На фиг. 1 схематично изображено заявляемое устройство.

На фиг. 2 приведены графики пропускания излучения через материалы термочувствительных элементов и серебряного фильтра.

Реализовано устройство следующим образом.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах, представляющее собой диэлектрическое основание (1) с закрепленными на связанных с источником питания (6) контактных выводах (3) четырьмя термочувствительными элементами (2) (средство выбора спектрального диапазона), один из которых закрыт фильтром (4), заключенными в общий корпус (5).

При подаче управляющего импульса включается источник питания (6) термочувствительных элементов, генерирующий одновременно стабилизированные импульсы тока 10 А длительностью 100 мкс для каждого термочувствительного элемента. При поглощении термочувствительными элементами (2) импульса мягкого рентгеновского излучения они нагреваются, их сопротивление повышается, при этом изменение напряжений на термочувствительных элементах фиксируется на осциллографе. Разъемы для управляющего импульса и регистрации сигналов с термочувствительных элементов расположены на поверхности общего корпуса (5) (на фиг. 1 не показаны). Далее по полученным сигналам восстанавливаются значения излучаемой пинчем энергии в отдельных спектральных диапазонах.

Упрощенность конструкции реализована посредством размещения в едином корпусе нескольких (четырех) термочувствительных элементов (ТЭ) размерами 2×8 мм на одном диэлектрическом основании диаметром 25 мм. Источник питания термочувствительных элементов также компактно выполнен на плате Ø105 мм. Физические размеры устройства в сборе составляют Ø115×95 мм.

Средство выбора спектрального диапазона подобрано следующим образом. По результатам расчетов были отобраны материалы, поглощающие излучение в нескольких диапазонах, перекрывающих весь спектр падающего излучения. Толщиной материала также можно варьировать диапазон поглощаемой термочувствительными элементами энергии (чем меньше толщина, тем уже диапазон). В конечном итоге для устройства были отобраны следующие термочувствительные элементы:

- золото 1 мкм с серебряным фильтром 0,35 мкм для участка спектра до 400 эВ

- алюминий 2 мкм (до 800 эВ)

- никель 1 мкм (до 1500 эВ)

- золото 2 мкм (поглощает весь спектр падающего излучения)

Набор данных ТЭ полностью перекрывает спектр излучения импульса МРИ.

На фиг. 2 построены кривые пропускания падающего излучения для приведенных выше термочувствительных элементов многоканального устройства измерения. Из графиков следует, что такой набор термочувствительных элементов поглощает весь спектр излучения импульса МРИ, и каждый из элементов настроен на свой диапазон энергии МРИ.

То есть в одном диагностическом канале реализована возможность измерения спектра мягкого рентгеновского излучения, что существенно упростило устройство для измерения энергии излучения и сделало его компактным по сравнению с прототипом.

1. Устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах, содержащее по крайней мере два чувствительных к излучению элемента, соединенных с источником питания, а также средство выбора спектрального диапазона, отличающееся тем, что в качестве чувствительных к излучению элементов использованы термочувствительные элементы, а средство выбора спектрального диапазона определяется подбором толщины и материала термочувствительного элемента из условия поглощения излучения в различных спектральных диапазонах, при этом подобранные термочувствительные элементы установлены с возможностью перекрытия всего спектрального диапазона.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере перед одним термочувствительным элементом расположен фильтр излучения, причем фильтр выполнен из тонкой пленки и выбран из условия пропускания им определенного диапазона спектра излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ядерной электроники, а именно к амплитудным спектрометрам ионизирующего излучения. Формирователь сигналов амплитудного спектрометра ионизирующего излучения содержит фильтр для максимизации отношения сигнал-шум, вход которого является входом формирователя сигналов, амплитудный дискриминатор и первый пиковый детектор, входы которых подключены к выходу фильтра для максимизации отношения сигнал-шум, высокочастотный полосовой фильтр, вход которого подключен ко входу формирователя сигналов, и временной дискриминатор, вход которого подключен к выходу высокочастотного полосового фильтра, при этом в него введены быстродействующий пиковый детектор, двухканальный мультиплексор и инспектор наложений, причем вход быстродействующего пикового детектора подключен к выходу высокочастотного полосового фильтра, выход быстродействующего пикового детектора подключен к первому входу двухканального мультиплексора, а второй вход двухканального мультиплексора подключен к выходу первого пикового детектора, входы управления обоих пиковых детекторов и двухканального мультиплексора подключены к соответствующим выходам инспектора наложений, два входа которого подключены к выходам временного и амплитудного дискриминаторов, а выход двухканального мультиплексора является выходом формирователя сигналов.

Изобретение относится к области дозиметрии и спектрометрии ионизирующих излучений. Способ включает следующие процессы: сначала определяют мощность поглощенной дозы, при этом в качестве детектора сопровождения используют детектор с диэлектрическим рассеивателем, выполненным в виде плоской экранированной системы конденсаторного типа с однородным твердым диэлектриком, причем поперечный размер детектора выбирают размером, соответствующим или превышающим поперечный размер исследуемого образца, измеряют изменения напряжения U(t) на обкладках конденсатора детектора сопровождения в течение импульса ионизирующего излучения, после чего при заранее известных или рассчитанных чувствительностях к ионизирующему излучению образца исследуемого материала K и прилегающего к нему детектора сопровождения S определяют мощность поглощенной дозы в исследуемом образце P(t) по следующей зависимости: P ( t ) = U ( t ) ⋅ K S , после чего интегрированием по времени воздействия вычисляют поглощенную дозу в исследуемом образце, являющуюся параметром ионизирующего воздействия.

Изобретение относится к системе обнаружения радиации, используя многоканальный спектрометр, и к способу, используемому для этой цели, в частности изобретение относится к системе для обнаружения радиоактивных материалов.

Изобретение относится к способу спектроскопии электромагнитной волны/пучка частиц и прибору для спектроскопии электромагнитной волны/пучка частиц. .

Изобретение относится к области ядерной электроники, точнее к спектрометрам ионизирующих излучений с детекторами без внутреннего усиления, где сильно влияние электронного шума на энергетическое разрешение.

Изобретение относится к портативным рентгеновским детекторным устройствам, а именно к устройству (10) со средством амортизации удара. .

Изобретение относится к ядерной гамма-резонансной спектроскопии, в частности к мессбауэровским спектрометрам с неподвижным исследуемым образцом. .

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к ядерной гамма-резонансной спектроскопии, и предназначено для установки и поддержания низкой температуры исследуемого подвижного образца потоком испаренного хладагента в диапазоне температур 85К-315К с точностью 0,2К.

Изобретение относится к системам рентгенофлуоресцентной (РФ) спектроскопии, содержащим и использующим оптические устройства, фокусирующие рентгеновские лучи для формирования возбуждающего потока, фокусируемого на образцах, и монохроматоры для собирания (улавливания) вторичных рентгеновских лучей от образца.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и касается спектрометра для вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) и мягкого рентгеновского (MP) диапазона. Спектрометр включает в себя входную щель, вогнутую дифракционную решетку скользящего падения, регистратор изображения со стробируемым МКП детектором, люминесцентный экран, внешний электрод и импульсный генератор. МКП детектор включает в себя микроканальную пластину, на входной стороне которой формируется спектр отраженного от вогнутой дифракционной решетки излучения. Внешний электрод установлен напротив входной стороны микроканальной пластины. Люминесцентный экран установлен напротив выходной стороны МКП. Импульсный генератор вырабатывает стробирующие импульсы электрического напряжения между электродом входной стороны МКП и электродом люминесцентного экрана, а также импульсы напряжения между внешним электродом и электродом входной стороны МКП. Технический результат заключается в повышении чувствительности, снижении уровня шума, расширении динамического диапазона измерений и увеличении временного и спектрального разрешения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гамма-спектрометрам с неорганическими сцинтилляторами, имеющими зависимость световыхода от энергии образованных в них гамма-квантами вторичных электронов. Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра включает преобразование с помощью фотосенсора образуемых гамма-квантами в неорганическом сцинтилляторе световых вспышек в пропорциональные им электрические импульсы, обработку этих импульсов в спектрометрическом тракте, обеспечивающую измерение неискаженных наложениями параметров импульсов пропорциональных энергии сцинтилляционных вспышек и формирование в электронной памяти спектрометра аппаратурного спектра, при этом гамма-кванты регистрируют сборкой из нескольких оптически изолированных между собой сцинтилляторов с индивидуальными фотосенсорами, при этом размеры сцинтилляторов, входящих в сборку, выбирают настолько малыми, чтобы образуемые первичными гамма-квантами вторичные гамма-кванты не поглощались в данном сцинтилляторе, а преимущественно покидали его объем и детектировались другими, соседними сцинтилляторами, составляющими сборку, причем импульсы, обусловленные однократным взаимодействием гамма-квантов со сцинтилляторами в сборке, используют для формирования аппаратурного спектра, а те, которые возникли одновременно на выходах двух и более фотосенсоров, соответствующих соседним сцинтилляторам, исключают из процесса формирования аппаратурного спектра. Технический результат - повышение разрешающей способности сцинтилляционного гамма-спектрометра. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к сцинтилляционным спектрометрам ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что сцинтилляционные сигналы и лавинные шумовые импульсы с выхода кремниевого фотоумножителя, прежде чем они попадут на интегратор сцинтилляционных импульсов, разветвляют в основной и вспомогательный каналы и при этом во вспомогательном канале, пользуясь значительным, не менее чем 10-кратным отличием в длительностях сцинтилляционных и лавинных шумовых импульсов, производят укорачивание сцинтилляционных импульсов до длительности, соизмеримой с длительностью исходных лавинных шумовых импульсов, а затем, с помощью нелинейных или время-вариантных преобразований, выделяют модифицированные шумовые импульсы, масштабируют их таким образом, чтобы их площади соответствовали площадям исходных лавинных шумовых импульсов, и подают их на суммирование со сцинтилляционными сигналами и лавинными шумовыми импульсами первого канала с полярностью, противоположной полярности лавинных шумовых импульсов в основном канале, после чего полученный аддитивный поток сцинтилляционных сигналов и лавинных шумовых импульсов из основного канала и модифицированных шумовых импульсов вспомогательного каналов подают на вход интегратора сцинтилляционных сигналов, где происходит окончательная попарная компенсация лавинных шумовых импульсов, прошедших по обоим каналам. Технический результат - повышение эффективности сбора света со сцинтилляционных кристаллов. 3 ил.

Изобретение относится к области плотностного каротажа. Сущность изобретения заключается в том, что гистограмма включает в себя множество каналов, которые имеют соответствующие номера каналов, с номером первого канала, представляющим первый пик, который ассоциируется с известной энергией (EA) первого пика. Номер второго канала, представляющий второй пик, который ассоциирован с известной энергией (EB) второго пика. Система уравнений, включающая в себя первое уравнение и второе уравнение, которые решаются для шкалы энергии, k, и нулевого смещения, E0. Из этого получается функция, которая используется для идентификации признаков в гистограмме. Технический результат – повышение точности стабилизации спектра. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области сцинтилляционных γ-спектрометров, точнее к спектрометрам энергий на основе сцинтилляторов NaI:Tl, CsI:Tl, CsI:Na, LaCl3:Ce и других, характеризующихся многокомпонентными световыми вспышками с сильной зависимостью постоянных времени высвечивания от температуры кристалла. Для исключения влияния упомянутой зависимости на быстродействие спектрометра в широком температурном диапазоне в состав спектрометра, процессор детекторных импульсов которого может содержать схему укорачивания с компенсацией полюса нулем, вводятся дополнительные аналогичные схемы укорачивания с постоянными времени со стороны входов попарно равными постоянным времени подлежащих укорачиванию экспоненциальных составляющих первичного электрического импульса на выходе оптически сочлененного со сцинтиллятором фотосенсора, при этом постоянные времени со стороны выходов упомянутых схем выбираются большими, чем постоянная времени спада ближайшей более быстрой компоненты для предотвращения образования выброса противоположной полярности, а постоянные времени со стороны входа схем укорачивания, настроенных на экспоненциальные компоненты первичного сигнала, автоматически изменяются при изменении рабочей температуры в соответствии с законами температурного изменения компонент высвечивания сцинтиллятора. 13 ил.

Использование: устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения энергии мягкого рентгеновского излучения в нескольких спектральных диапазонах содержит, по крайней мере, два чувствительных к излучению элемента, соединенных с источником питания, а также средство выбора спектрального диапазона, при этом в качестве чувствительных к излучению элементов использованы термочувствительные элементы, а средство выбора спектрального диапазона определяется подбором толщины и материала термочувствительного элемента из условия поглощения излучения в различных спектральных диапазонах, при этом подобранные термочувствительные элементы установлены с возможностью перекрытия всего спектрального диапазона. Технический результат: обеспечение возможности создания устройства, характеризующегося упрощенной конструкцией и компактностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх