Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011

необходимо найти компромисс между величиной “мертвого времени” и допустимым ухудшением энергетического разрешения.

Эффективность регистрации квантов в пике полного поглоще-

ния. Под абсолютной полной эффективностью измерительной системы понимается отношение числа отсчетов, зарегистрированных в пике полного поглощения, к числу квантов соответствующей энергии, испущенных источником за время измерения, расположенным в заданной позиции относительно детектора.

Вообще говоря, если пренебречь возможными просчетами, спектрометр зарегистрирует в пике полного поглощения гаммаквант, родившийся в источнике, если:

гамма-квант испущен в направлении детектора (это зависит от геометрии опыта);

гамма-квант не поглотится внутри источника (избежит самопоглощения);

не будет поглощен по пути от источника к чувствительному образцу детектора (например, в материале контейнера, в оболочке детектора);

потеряет всю свою энергию в чувствительном объеме детектора (это определяется свойствами детектора).

Таким образом, полная эффективность может быть выражена в виде произведения четырех сомножителей:

εсп – вероятность гамма-кванту не поглотиться внутри образца.

εсп представляет собой величину, обратную поправке на самопо-

глощение в образце (Ксп); εпогл – вероятность гамма-кванту не поглотиться по пути от источ-

ника к детектору в промежуточных материалах (таких как фильтры, стенки контейнера и т.д.); εдет – собственная эффективность детектора, представляет собой

отношение числа гамма-квантов, зарегистрированных в пике полного поглощения, к числу гамма-квантов, попавших в детектор.

Эффективность изменяется в зависимости от энергии гаммаквантов εγ = f (Eγ ) . Эту зависимость получают с помощью изме-

46

рения эффективности для ряда энергий, а затем подгонки соответствующей функции к экспериментальным точкам.

Для определения эффективности проводят измерения стандартных образцов. Абсолютная эффективность регистрации γ- излучения с энергией Еi определяется по формуле:

где Si – площадь пика с данной энергией, t – время измерения, A – активность СО на момент измерения, Ii – квантовый выход данного гамма-излучения.

Далее, по рассчитанным значениям эффективности εi с помощью метода наименьших квадратов строят зависимость εγ = f (Eγ ) .

Данный метод определения эффективности подразумевает, что геометрия измерений и самопоглощение для стандартных и исследуемых образцов будут одинаковыми. На практике, самопоглощение часто различается, в этих случаях вносят поправку, которую можно определить методом измерения пропускания.

Определение поправки на самопоглощение гамма-излучения в образце методом измерения пропускания. При условии плоской геометрии измерений поправку на самопоглощение вычисляют по формуле:

где μl – линейный коэффициент ослабления в образце гаммаквантов с данной энергией; х – толщина образца; Т – пропускание пучка гамма-квантов внешнего источника через образец:

где N0 – число гамма-квантов внешнего источника, попавших на образец; N – число гамма-квантов внешнего источника, прошедших через образец.

Этот метод не требует предварительных сведений о составе и плотности образца.

47

Активность исследуемого образца находят по следующей формуле:

где Sобр – площадь пика с данной энергией в спектре излучения исследуемого образца, tобр – время измерения спектра, Iγ – квантовый

выход данного гамма-излучения; εγ – полная эффективность регистрации гамма-квантов с данной энергией, рассчитанная по измерению со стандартным образцом; Kспобр , Kспст – поправки на самопо-

глощение излучения с данной энергией для исследуемого и стандартного образцов.

Порядок выполнения работы

Работа 1 – первая работа, выполняемая в практикуме. Студенты впервые знакомятся с аппаратурой и программным обеспечением. Поэтому инструкция к этой работе максимально детализирована. Приобретенный навык используется при выполнении всех последующих работ.

1.Выбор оптимального времени формирования импульса

1.Загрузите программу GammaVision с помощью иконки на рабочем столе компьютера. В меню программы Acquire→MCB properties→Amplifier-2 установите время подъема переднего

фронта импульса 2 мкс. Запустите измерение спектра источника 60Co. Выполните автоматическую компенсацию полюса нулем, на-

жав кнопку Pole Zero → Start. Остановите набор спектра. Очистив память анализатора, проведите измерение спектра γ-излучения 60Co в течение 2 мин. Выделите в спектре линию с энергией 1332 кэВ и определите ее ПШПВ. Результат измерения ПШПВ и величину “мертвого времени” спектрометра занесите в табл. 1.1.

2. Повторите измерения для длительностей переднего фронта импульса, указанных в табл. 1.1, всякий раз выполняя процедуру компенсации полюса нулем. Определите оптимальную длитель-

48

ность переднего фронта по результатам измерения ПШПВ и “мертвого времени”.

3. В меню программы Acquire→MCB-properties→Amplifier-2

установите выбранное значение время подъема переднего фронта импульса и проведите компенсацию полюса нулем.

Таблица 1.1

Зависимость величины ПШПВ от времени формирования импульса

Длительность переднего фронта, мкс

ПШПВ, канал

«Мертвое время»,

%

2. Градуировка измерительной системы с помощью стандартного γ-источника 152Eu

Проведите измерение спектра излучения 152Eu (данные о γ- излучении представлены в приложении 1 табл. П1.1). Для этого установите время измерения 20 мин. После очистки информации запустите набор спектра иконкой или командой Acquire→Start, дождитесь окончания измерения и сохраните спектр с данным именем командой File→Save.

2.1.Создание градуировочной библиотеки нуклидов

Впрограмме используются несколько библиотек нуклидов для разных задач. В базе данных программы имеется библиотека Calib с типичными нуклидами для градуировки.

1. Выберите Library→Select File→Calib→Open. Этим вы сде-

лаете библиотеку Calib текущей рабочей.

49

2.Выберите Library→Edit→GammaVision Editor. Появится окно с нуклидами и их линиями, которые содержатся в текущей

библиотеке. Оцените, соответствует ли текущая библиотека градуировочному источнику 152Eu. Можно удалить лишний нуклид, подсветив его и нажав кнопку Cut.

3.Для добавления нуклида к библиотеке откройте меню левым верхним квадратиком окна и выберите из меню Show Master Library, а затем любую большую по размеру библиотеку, например, Suspect и нажмите кнопку Open.

4.Подсветите нужный нуклид в окне большой библиотеки слева и нажмите кнопку Insert в окне создаваемой библиотеки. Перенесите таким образом в создаваемую библиотеку все нужные нуклиды и закройте большую, а затем создаваемую библиотеки с подтверждением о сохранении изменений.

В итоге набор нуклидов в библиотеке должен совпадать с набором нуклидов в градуируемом спектре.

2.2.Градуировка спектрометра

2.2.1.Градуировка по энергии и форме пика

После сохранения спектра стандартного γ-источника 152Eu.

1.Выберите Calibrate→Energy. Появятся три окна Energy, Energy Table, Calibr. В окне Calibr откройте меню в левом верхнем квадратике и выберите Destroy. Этим уничтожается предыдущая градуировка. Если начать градуировку без уничтожения предыдущей, то существующая градуировка пополнится новыми точками. Выбери команду Auto Calibrate для проведения автоматической градуировки по энергии и по ПШПВ.

2.Проверьте ход кривой ПШПВ от энергии. Для этого вызовите график и таблицу этой зависимости, пометив соответствующее поле в окне Calibr. Кривая должна иметь положительную первую и вторую производную во всей рабочей области. Если некоторые экспериментальные точки значительно отстоят от кривой, их следует убрать из рассмотрения, пометив в таблице и нажав кнопку Delete Energy. При этом происходит пересчет хода кривых без учета удаленных точек.

3.По результатам проведенных градуировок заполните табл.

1.2.

50