Способ определения энергии моноэнергетического фотонного излучения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»> 7I9282

Сею Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.08.78 (21) 2656265/18-25 (51) М.Кл б 01 Т 1/36 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.01.82. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.82

Хосударственный комитет ссср по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.386 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Г. Лабушкин и В. А. Саркисян (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

МНОГОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ФОТОННОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ айс

Е=

Изобретение относится к области спектрометрии ионизирующих излучений и может быть использовано для прецизионных измерений энергии моноэнергетического рентгеновского и гамма-излучения.

Известные способы определения энергии фотонного излучения, основанные на применении спектрометров с полупроводниковыми детекторами, не позволяют определять энергии фотонного излучения радиоактивных изотопов с достаточной точностью (1). Методы магнитной спектрометрии (2) не позволяют определять энергию фотонного излучения слабоактивных и короткоживущих изотопов.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ определения энергии рентгеновского и гамма-излучения, основанный на явлении дифракции излучения на периодических 2С структурах и заключающийся в том, что дифрагировавшее на кристалле излучение направлено под углом ю к падающему пучку, удовлетворяющим условию ВульфаБрэгга

25 где d — постоянная решетки кристалла; п — порядок отражения (и = 1, 2, 3...);

h — постоянная Планка; с — скорость света;

Š— энергия дифрагировав щего излучения (3).

По измеренному значению v определяют значение энергии. Однако известный способ определения энергии фотонного излучения пригоден в основном для определения энергии характеристического излучения рентгеновских трубок и источников большой активности. При определении энергии фотонного излучения слабоактивных источников, например с активностью меньше

1 Кюри, время измерения составляет несколько месяцев из-за малой светосилы дифрактометра. Вследствие этого практически невозможно определять энергию фотонного излучения короткоживущих изотопов.

Целью изобретения является сокращение времени измерения и повышение точности определения энергии слабоактивного моноэнергетического фотонного излучения и обеспечение возможности измерения энергии моноэнергетического фотонного излучения короткоживущих изотопов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, основанном на явлении дифракции излучения на кристаллах и заключающемся в измерении угла Брэгга и

719282

Nj — N ) N (3) 35

2 " 2 2

40 (5) вычислении энергии излучения по известному соотношению, предварительно производят набор амплитудного спектра измеряемого излучения, направленного непосредственно на детектор, и фиксируют положение пика этого спектра, затем йаправляют пучок рентгеновского излучения с непрерь вным энергетическим спектром на кристалл и фиксируют положение пика амплитудного спектра излучения, дифрагировавшего на известной системе кристаллографических плоскостей, после чего совмещают положения указанных пиков путем вращения кристалла и детектора и получают равные по величине энергии измеряемого и дифрагировавшего излучений.

Сущность изобретения иллюстрируется схемой, приведенной на фиг. 1; на фиг. 2 дан график определения измеряемого излучения. Источник 1, энергию излучения которого необходимо измерить, устанавливают перед детектором 2 и регистрируют амплитудный спектр излучения детектором

2 и анализатором 3 импульсов. Источник 1 убирают, пучок непрерывного по энергии излучения рентгеновской трубки 4 коллимируют с помощью коллиматора 5 и направляют на кристалл 6. При этом на экране осциллографа анализатора 3 импульсов появляется пик, соответствующий квантам излучения из непрерывного спектра с энергией, определяемой углом v, удовлетворяющим соотношению (1). Вращая кристалл и детектор, добиваются совпадения пика из непрерывного спектра рентгеновского излучения и пика измеряемого источника, Измеряют значение угла ъ и из соотношения (1) определяют значение энергии излучения источника 1.

Принципиальное отличие предлагаемого способа состоит в том, что, используя явление дифракции рентгеновского излучения с непрерывным энергетическим спектром, имитируют излучение, энергию которого необходимо измерить, что делает возможным определение энергии короткоживущих изотопов и существенно сокращает время измерения энергии слабоинтенсивных источников, т. к. интенсивность такого имитатора намного больше интенсивности излучения измеряемых источников.

Суммарная погрешность определения энергии дается соотношением (ДЕ) = (ДЕ.) (5E ) +(gE) (2) где, =, ДН = дЕ bc Ьд

dd I 2dsin î d погрешность, обусловленная ошибкой в определении величины d; дЕ h с Ло

ДŠΠ— Д1) = —.— ди 2dsinu tgu

Со

65 погрешность, обусловленная неточным измерением ""

ДЕ, — погрец ность, обусловленная неточным совмещением пиков. Если Е = 10 кэВ, с

d = 1A, — — = 10 —, 4 .=,1, что практически осуществимо, то ДЕ =,10- эВ, а ЛЕ,,= 0,08эВ, Для оценки Е, используют пик, соответствующий измеряемому излучению, и пик, соответствующий излучению имитатора, а также их треугольные аппроксимации (см. фиг. 2).

С помощью регулировки коэффициента усиления и уровня экспандирования спектрометра можно выбрать такие условия, при которых одному каналу амплитудного анализатора импульсов будет соответствовать R/Ê эВ, где R — энергетическое разрешение спектрометра, К вЂ” число каналов анализатора, что и явится погрешностью ДЕ, совмещения пиков, если разность между количеством импульсов в максимуме пика (Nl) и количеством импульсов, соответствующим пику в том же канале (N>), будет больше величины статической погрешности

Из подобия треугольников LPN u SPF следует;

Решая (3) и (4), получаем условие необходимого набора статистики:

Л > 4К -, С другой стороны У К/1, где 1 — интенсивность излучения есть время набора спектра. Поэтому время, необходимое для того, чтобы выявить (визуально) сдвиг положения пиков в 1 канал, т, е. получить ДЕ, =

= R/Ê, должно быть не менее 4 К /I, При R = 200 эВ, К = 200 каналов, 1 =

= 10 имп/с время набора спектра должно быть не менее 32 с, а погрешность ДЕ, составит 1 эВ. Для того, чтобы получить

ДЕ, = 0,1 эВ при тех же условиях необходимо К = 2000, время набора спектра при этом составит 8,8 ч.

Приведенные выше расчеты справедливы при визуальном совмещении пиков на экране анализатора импульсов. При использовании машинной обработки спектров

ЬЕ, может быть уменьшена в 20 раз, т. к. положение пика в этом случае определяется с точностью 0,05 канала.

Использование предлагаемого способа определения энергии моноэнергетическаго фотонного излучения обеспечивает по

719282

1 сравнению с существующим способом следующие преимущества: возможность определения энергии фотонного излучения короткоживущих изотопов и существенное сокращение времени измерения, что увеличивает производительность и повышает эффективность в ряде областей исследований„ а также повышает точность измерений.

Формула изобретения I0

Способ определения энергии моноэнергетического фотонного излучения, основанный на явлении дифракции излучения на кристаллах и заключающийся в измерении l5 угла Брэгга и вычислении энергии излучения по известному соотношению, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени измерения и повышения точности определения энергии слабоактивного 20 моноэнергетического фотонного излучения и обеспечения возможности измерения энергии моноэнергетического фотонного излучения короткоживущих изотопов, предварительно производят набор амплитудного 25 спектра измеряемого излучения, направленного непосредственно на детектор, и фиксируют положение пика этого спектра, затем направляют пучок рентгеновского излучения с непрерывным энергетическим спектром на кристалл и фиксируют положение пика амплитудного спектра излучения, дифрагировавшего на известной системе кристаллограф ических плоскостей, после чего совмещают положения указанных пиков путем вращения кристалла и детектора и получают равные по величине энергии измеряемого и дифрагировавшего излучений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Балдин А, В. Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами.

Атомиздат, 1974.

2. Столярова Е. А. Прикладная спектрометрия ионирующих измерений. М., Атомиздат, 1964.

3. Physical Reviev, vol. 135, 4а, 1964, р. А 899 (прототип).

719282

Ял,у л, Ю- ь.а а а

Puz.z

Составитель Г. Кулаков

Техред И. Заболотнова

Корректор С. Файн

Редактор Т. Морозова

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 19/27 Изд. № 107 Тираж 713 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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