Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011

позволяет выполнить необходимое точное изменение коэффициента усиления, не внося при этом никаких нелинейных искажений, характерных для аналоговых устройств.

Режекция наложенных импульсов. Принцип действия режектора в спектрометре Dspec Jr-2.0 показан на рис. В1.13. В программе обработки числовой информации, поступающей с амплитудноцифрового преобразователя (линия А), работают одновременно два цифровых фильтра (В и С). Медленный цифровой фильтр (В) формирует трапецеидальный импульс, как это было описано выше (см. рис. В1.12) для определения его амплитуды. Быстрый цифровой фильтр определяет положение фронтов следующих друг за другом импульсов.

Рис. В1.13. Режекция наложенных импульсов

Если импульс 2 следует за импульсом 1 (см. рис. В1.13) с интервалом больше, чем полная ширина трапецеидального импульса, то наложения импульсов не происходит, и программа определяет амплитуду импульса 1 и заносит результат обработки в спектр.

31

Если временной интервал между двумя фронтами меньше полной длительности трапецеидального импульса, формируемого цифровым фильтром (В), то такие импульсы считаются наложенными. В этом случае возможны два варианта. Если наложение произошло на задний фронт импульса, т.е. интервал между фронтами импульсов больше интервала (D), то первый импульс обрабатывается, а второй исключается из обработки. Если произошло наложение на передний фронт импульса, то из обработки исключаются оба импульса. Режектор наложений позволяет разрешать пары импульсов, следующих с интервалом не менее 0,5 мкс. Если импульсы следуют друг за другом с меньшим интервалом, то они регистрируются как один импульс с суммарной амплитудой.

“Мертвое время” цифрового спектрометра. Управляющая про-

грамма дает информацию о скорости поступления импульсов на вход цифрового АЦП и о величине “мертвого времени” системы. По мере увеличения скорости счета увеличивается число импульсов, отброшенных режектором наложений. При величине “мертвого времени” 50 % половина всех поступивших на вход импульсов оказывается исключенными режектором. Осуществляя режекцию наложенных импульсов, цифровой спектрометр автоматически продлевает время измерения на интервал, равный суммарной длительности наложенных импульсов. Таким образом, при одной и той же интенсивности источника “мертвое время” будет различным для разной длительности импульса, формируемого в цифровой системе. Более короткому импульсу будет соответствовать меньшее “мертвое время”, но энергетическое разрешение спектрометра оказывается несколько хуже, так как время формирования не будет оптимальным с точки зрения разрешения.

Для учета “мертвого времени” существуют различные методы:

1)используются аппаратные возможности, т.е. работа по “живому времени”, когда поправка на “мертвое время” вносится самим АЦП;

2)одновременно с измеряемым образцом ставят на детектор источник гамма-излучения известной интенсивности;

3)подмешивают в спектр периодические сигналы с постоянной частотой и постоянной амплитудой (метод генераторного пика).

32

Для способов 2 и 3 сигналы, поступающие с генератора или градуированного источника, отбрасываются режектором наложений с той же вероятностью, как и сигналы от гамма-квантов измеряемого образца. Измерив образовавшийся в аппаратурном спектре пик (генераторный пик или пик полного поглощения калиброванного источника), определяют поправку “мертвое время”.

Эти способы хорошо работают в том случае, когда интенсивность излучения образца мало изменяется за время измерения. Если за время измерения загрузка спектрометра заметно изменяется, то ни один из этих методов не даст правильного значения поправки для всех измеряемых нуклидов в спектре.

В связи с этим в спектрометре Dspec предусмотрена возможность работы с нулевым “мертвым временем”. Принцип работы этой система состоит в том, что поправки на “мертвое время” в набранный спектр вносятся непосредственно в процессе измерения. По окончании времени измерения в памяти спектрометра находятся два спектра, один из которых не содержит поправок, а второй – исправленный с учетом постоянно изменяющегося “мертвого времени”.

Компенсация полюса нулем. Результаты измерений в интервале времени между импульсами используются микропроцессором для стабилизации базовой линии и для автоматической “компенсации полюса нулем”.

Задний фронт входного импульса предусилителя представляет собой экспоненциально спадающую функцию, поэтому, когда в процессе обработки массива чисел цифровой фильтр выходит на задний фронт импульса, разность сумм чисел в диапазоне D2 и D1, становится отрицательной (рис. В1.14). Таким образом, происходит смещение нулевой линии между импульсами. Если следующий импульс с детектора придет раньше, чем нулевая линия достигнет нулевого значения, то этот импульс зарегистрируется с меньшей амплитудой. В спектре это будет выглядеть как появление ”хвостов” в левой части пиков. Данный эффект эквивалентен появлению отрицательных выбросов нулевой линии в усилителеформирователе, возникающих при дифференцировании импульсов. В аналоговых схемах эта проблема решается добавлением компенсирующих резисторов в цепочку дифференцирования.

33

Дьюара, за функционированием линии связи спектрометра с ЭВМ через порт USB или Ethernet.

Зарегистрированные спектры записываются в памяти ЭВМ, причем запись может быть произведена в нескольких наиболее распространенных форматах. Это обеспечивает широкие возможности применения различных программ обработки спектров.

Математическая обработка спектров

Обычно, задачами обработки спектра являются определение числа отсчетов импульсов в некоторых пиках и положение их вершин. По положению вершины пика, используя результаты градуировки спектрометра, определяют энергию излучения и его принадлежность определенному нуклиду.

По числу отсчетов в пике какого-либо нуклида определяют его содержание в образце, а измерение относительной интенсивности пиков разных нуклидов дает информацию об изотопном или элементном составах образца. При этом используют рекомендованные справочные данные (квантовые выходы излучений, периоды полураспада радионуклидов) и данные об эффективности детектора, которые получают из измерений с градуировочным источником. Современным источником справочных данных является библиоте-

ка NUDAT 2.5 BNL.

Рекомендованные значения вырабатывают путем сбора данных, полученных разными авторами, их оценки и определения средней величины. К рассмотрению привлекают все опубликованные данные, полученные разными методами, в разное время, в разных лабораториях. Нередко применяют экспертную оценку, учитывающую авторитет отдельных лабораторий. Как правило, распределение включенных в рассмотрение результатов относительно среднего, в отличие от распределения результатов обычных повторных измерений, не является нормальным (гауссовым). Принято считать его равномерным.

Для того чтобы определить массу ЯМ в образце или содержания в нем определенного изотопа по результатам измерения абсолютного значения интенсивности определенного излучения, необходимо выполнить тщательный анализ возможных источников систематических погрешностей и принять меры для их устранения. Для

35