Рентгенорадиометрический анализатор состава вещества

 

РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКИП АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ВЕЩЕСТВА,содержа;щий источник излучения,детектор,вакуумную измерительную камеру, форвакуумный насос, устройство газового питания, регистрирующее устройство и блок высоковольтного и низковольтного питания, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых элементрв, повышения точности и чувствительности анализа, детектор излучения выполнен в виде газового сцинтилляционно-. го детектора со световым усилением сигнала в электрическом поле с двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), а также в анализатор введены два регулируемых делителя -напряжения, два электронных ключа, схема сложения сигналов, два-дифференциальных дискриминатора , схема сравнения, две схемы регулирования и схема согласования , соединенные так, что между последним и предпоследним динодами фотоумножителей включены переменные резисторы, выход первого ФЭУ через разделительную емкость соединен с входом первого регулируемого делителя напряжения,выход второго ОЗУ через разделительную емкость с входом второго регулируемого делителя напряжения, выходы первого и второго регулируемых делителей напряжения соединены соответственно (Л с входами первого и второго электронных ключей и с входами схемы слос: жения сигнало.в, выход схемы сложения сигналов связан с входом регистрирующего устройства, выходы первого и второго электронных ключей соединены между собой и соединены с входами дифференциальных диоо скриминаторов, выходы которых соединены с входами схемы сравнения, первый выход схемы сравнени.я соеди (Jp нен с входом первой схемы регулирования- , выход которой соединен с управляющим входом первого регулируемого делителя напряжения, второй выход схемы сравнения соединен с входом второй схемы регулирования , выход которой связан с управляющим входом второго регулируемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго электронных ключей и схемы сравнения соединены с соответствующими выходамисхемы .согласования.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) 8?3766 А

1(5)) G N 23/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2769312/18-25 (22) 21. 05. 79 (46) 15.10.83. Бюл. М 38 (72) Н.A.Àíäðåñ, В.Л.Варварица, Б.Е.Колесников, Л.В.Мельтцер, С.В.Мамиконян, иностранцы (I.)loðãåíштерн, Д.Мюллер, В.Ридель (ГЦР), В.И.Филатов и Ю.M.Øoêèí (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт радиационной техники и Центральный институт изотопных и радиационных исследований

AH ГДР (53) 543.422.8(088.8) (56) 1. Якубович A.Ë. и др. Ядернофиэические методы анализа минераль-. ного сырья, М., Атизд., 1973, с. 305.

2. Рентгенорадиометрический анализ легких элементов, Сб. Геофизическая аппаратура, Ленинград, Недра, Вып.50, 1972, с,20 (прототип). (54)(57) РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКИ()

АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ВЕЩЕСТВА, содержащий источник излучения, детектор,вакуумную измерительную камеру, Фор- вакуумный насос,. устройство газового питания, регистрирующее, устройство и блок высоковольтного и низковольтного питания, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемйх элементрв, повышения точности и чувствительности анализа, детектор излучения выполнен в виде газового сцинтилляционно---. го детектора со световьв(усилением сигнала в электрическом поле с двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), а также в анализатор введены два регулируемых делителя -напряжения, два электронных ключа, схема сложения сигналов, два.дифференциальных дискриминатора, схема сравнения, две схемы регулирования и схема согласования, соединенные так, что между последним и предпоследним динодами фотрумножителей включены переменные резисторы, выход первого

ФЭУ через разделительную емкость соединен c âõoäoì первого регулируемого делителя напряжения, выход второго ФЭУ через разделительную емкость с входом второго регулируемого делителя напряжения, выходы первого и второго регулируемых делителей напряжения соединены соответственно с входами первого и второго электронных ключей и с входами схемы сложения оигналов, выход охеиы вложения сигналов связан с входом регистрирующего устройства, выходы первого и второго электронных ключей соединены между собой и соединены с входами дифференциальных дискриминаторов, выходы которых соединены с входами схемы сравнения, первый выход схемы сравнения соединен с входом первой схемы регулирования", выход которой соединен с управляющим входом первого регулируемого делителя напряжения, вто- рой выход схемы сравнения соединен с входом второй схемы регулирования, выход которой связан с управляющим входом второго регулируемого делителя напряжения, управ- р ляющие входы первого и второго электронных ключей и схемы сравнения соединены с соответствующими выходами схемы .согласования.

873766

Целью изобретения является расширение диапазона определяемых элементов, повышение точности. и чувствительности анализа путем улучшения энергетического разрешения и повыше- ние стабильности работы детектора излучения.:

Поставленная цель достигается тем, что,в рентгенорадиометрическом анализаторе состава вещества, содержащем источник излучения, детектор излучения, вакуумную измерительную камеру, Форвакуумный насос, устройство газового питания, регистрирующее устройство и блок высоковольт-60 ного и низковольтного питания, детектор излучения выполнен в виде

I газового сцинтилляционного детектора со световым усилением сигнала в электрическом поле с двумя Фотоумно65

Изобретение относится к рентгенорадиометрическим анализаторам .состава вещества, предназначенным для анализа легких элементов.

Известен рентгенорадиометрический анализатор (РПСЧ-О) ("Гагара"j, содержащий источник излучения, детектор излучения, регистрирующую аппаратуру flj . Недостатком этого прибора является низкое разрешение при анализе элементов с близкими атомными номерами и высокий порог регистрации элементов по атомному номеру (от =20 и выше).

Известен рентгенорадиометрический анализатор состава вещества, " содержащий источнИК излучения, детектор, вакуумную измерительную камеру, форвакуумный насос, устройство газового питания, регистрирующее устройство и блок высоковольтного и низковольтного питания $2J .

Анализатор обладает следующими недостатками. Энергетического разрешения газовых пропорциональных счетчиков не всегда достаточно для : раздельной регистрации рентгеновского излучения элементов с близкими атомными номерами, что особенно важно при анализе легких элементов.

-Кроме того, проточные пропорциональные счетчики с газовым усилением отличаются невысокой стабильностью выходного сигнала, на величину которого большое влияние оказывает ко- лебание давления счетного газа в счетчике. Эти два Фактора сильно ограничивают использование проточных счетчиков при анализе легких элементов и по существу -позволяют проводить анализ на один элемент в пробах, не содержащих примесных элементов с близким к определяемому атомным номером, при достаточно высокбм содержании определяемого элемента и при невысоких требованиях к точности анализа;

5 жителями, а также в анализатор введею ны два регулируемых делителя напряжения, два электронных ключа, схема сложения сигналов, два дифференциальных дискриминатора, схема сравнения, две схемы регулирования и схема согласования, соединенные таким образом, что между последним и предпоследним динодами Фотоумножителей включены переменные резисторы, выход первого ФЭУ через резделительную емкость соединен с входом перво"

ro регулируемого делителя напряжения, выход второго ФЭУ через разделительную емкость соединен с входом второго регулируемого делителя напряжения, выходы первого и второго регулируемых делителей напряжения соединены соответственно с входами первого и второго электронных ключей и с входами схемы сложения сигналов, выход схемы сложения сигналов связан с входом регистрирующего устройства, выходы первого и второго ключей соединены между собой и соединены с входами дифференциальных дискриминаторов, выходы дискриминаторов с входами схем сравнения, первый выход схемы сравнения соединен с. входом первой схемы регулирования, выход первой схемы регулирования - с управляющим входом первого регулируемого делителя напряжения, второй .выход схемы сравнения связан с входом второй схемы регулирования, выход второй схемы регулирования. соединен с управляющим входом второго perymtpyемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго электронных ключей и схемы сравнения соединены с соответствующими выходами схемы согласования.

На чертеже представлена схема анализатора.

Анализатор. содержит анализируе- . мый образец 1, форвакуумный насос 2, измерительную камеру..3, кольцевой источник излучения. 4, окно 5, газовый сцинтиллятор.. 6, устройство газового питания 7, электронные Фотоумножители (ФЭУ) В и 9, переменные резисторы 10 и ll разделительные емкости 12 и 13, регулируемые делители напряжения 14 и 15, схему сложения..l6 регистрирующее устройство 17, ключи 18 .и 19, дифференциальные дискриминаторы 20 и 21, схе- . му коммутации 22, схему сравнения 23, схему регулирования 24, схему согласования 25, схему сравнения 26, схе- . му регуЛирования 27, блок вцсоковольтного и низковольтного питания 28.

Анализатор работает следующим образом .

Характеристическое излучение определяемого элемента, находящегося в анализируемом образце 1, поме873766 щенном в откачиваемой форвакуумным насосом 2 измерительной камере 3, возбуждается кольцевым нзотопным источником альфа или рентгеновско-. го излучения 4. Через тонкое окно 5 иэ синтетической пленки (пленка

ПЭТФ, толщина 1 мкм) характеристическое излучение попадает в рабочий объем 6 газового сцинтиллятора со световым усилением сигнала электрическим полем (пропорциональный сцинтилляционный детектор — ПСД, анод ,которого выполнен в виде шара), гаэовый объем соединен с устройством газового питания 7, обеспечивающим очистку газа в детекторе. Вторичное ультрафиолетовое излучение, возникшее в сцинтилляторе, регистрируется двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) 8 и 9, чувствительными к ультрафиолетовому излучению. Источник питания 28 обеспечивает высоковольтным питанием анод ПСД и фотоумножители.

Принципиальное отличие ПСД от газового пропсчетчика состоит в том, что в объеме сцинтиллятора отсутст вует усиление первичного заряда, образованного зарегистрированным гамма-квантом или другой частицей ионизирующего излучения. Поэтому увеличение амплитуды сигнала на пути от анода. к катоду происходит не по экспоненциальному, а по мультипликативному закону, что в два раза уменьшает величину статистических:

Флуктуаций результирующего сигнала и, следовательно, в два раза улучшает величину энергетического разрешения. Для практической реализации этого преимущества необходимо обеспечить как можно более полный сбор света, образованного в объеме сцинтиллятора. Наличие двух фотоумножите лей необходимо, во-первых, для повышения светосбора и уменьшения флуктуаций числа зарегистрированных квантов ультрафиолетового излучения, во-вторых, для повышения амплитуды выходного сигнала.

Между последними динодами обоих

ФЭУ включены переменные резисторы 10 и 11. Сигналы с ФЭУ через разделительные емкости 12 и 13 подают- . ся на регулируемые делители напряжения 14 и 15. Сигналы с делителей

14 и 15 поступают на..входы смены сложения сигналов 16, а с ее выхода на регистрирующее устройство 17, где происходит дальнейшая обработка информации (усиление, амплитудная селекция, счет числа импульсов). Кроме того, сигналы с выхода регулируемых делителей напряжения 14 и 15 по,ступают на входы электронных клю- .чей 18 и 19. Ключи 18 и 19 обеспечивают поочередное пропускание сигналов с ФЭУ 8 и 9 на входы дифференцнальных дискриминаторов 20 и 21, каждый из которых настроен на пб= " ловину амплитудного распределения сигналов с ФЭУ..

Математически можно показать, что при одинаковых характеристиках обоих ФЭу амплитуда суммарного сигнала не зависит от перераспределения числа квантов между катодами фотоумножителей. В то же время при

10 различных амплитудных характеристиках ФЭУ наблюдается зависимость суммарного сигнала от перераспределения числа квантов между Фотокатодами, что вызывает увеличение флуктуаций сигнала на выходе схемы сложения и соответственное ухудшение энергетического разрешения детекторов.

Для предварительного обеспечения равенства сигналов с обоих ФЭУ служат переменные резисторы 10 и ll,,а для поддержания их постоянныМи в ! процессе эксплуатации введена сис тема стабилизации.

25 Рассмотрим работу схемы в.том случае, когда открыт ключ 18, а. ключ 19 закрыт, т.е, на дискриминаторы 20 и 21 поступают импульсЫ с

ФЭУ 8. Импульсы со скоростями счетта, соответствующими левой и правой половинам амплитудного распределе-. ния импульсов с ФЭУ 8, поступают через схему коммутации 22 на схему сравнения 23. Если скорости счета, равны, что.соответствует постоянно35 у положению амплитудного распределе-ния с ФЭУ 8 относительно уровней дискриминации дискриминаторов 20 и 21 (т.е, постоянству амплитуды сигнала,, то выходной сигнал со схе40 мы сравнения 23 на схему регулирова«. „ ння 24 будет отсутствовать. Если амплитуда сигнала с ФЭУ 8 изменилась, то скорости счета с дискриминато" ров 20 и 21 также изменяются. Схе45 ма сравнения 23 выдает сигнал рассогласования на схему регулирования

24„ которая, в свою очередь, изменит величину регулируемого делителя напряжения 14 таким образом, чтобы амплитуда сигнала на его выходе вернулась к прежней величине.

Схема сравнения 23 выполнена так, что запоминает величину сигнала рассогласования на своем выходе, соответствующую последнему изменению скоростей света с дискриминаторов 20 и 21. Таким образом, схема регулирования 24 и регулируемый делитель напряжения 14 остаются в своем новом положении. По истечении этого цикла сравнения, который длится 1-2 с, схема согласования 25 закооет ключ 18, откроет ключ 19 и произведет переключение выходов дискриминаторов 20 и 21 через схе65 . :у коммутации 22 на схему сравнения

873766

Составитель И.Данилов

Редактор З.Бородкина Техред A.Бабинец Корректор Ю.Макаренко;

Заказ 8047/2 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, 1 . ужгород, ул. Проектная, 4

26. Повторяется цикл сравнения, аналогичный описанному выше, с той лишь разницей, что соответствующий сигнал рассогласования будет направлен на схему регулирования 27 и соответственно на регулируемый делитель 15. Так как сигналы с о6оих ФЭУ поступают на схемы сравнения через одни и те же дифференциальные дискриминаторы 20 и 21, амплитуда этих сигналов устанавливается одинаковой. Пиклы сравнения . повторяются постоянно с. частотой, задаваемой схемой согласования 25.

Таким образом, на схему сложения 16 поступают равные по величине и постоянные во времени сигналы с двух

ФЭУ, а на регистрирующее устройство

17 — сигналы стабилизированной амплитуды с минимальными статистическими колебаниями последней.

Использование данного анализатора позволяет существенно расширить диапазон определяемых элементов (от = 6 и выше) по сравнению с

30 прототипом (от z 12 и выше). Кроме того, улучшаются метрологические характеристики. анализатора. Так, разрешение по AE составляет 15-17% (вместо 40% для прототипа).