Экспериментальная установка и методика измерений

Световые кванты освещают фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Поток фотоэлектронов усиливается умножителем за счет многократного использования эффекта вторичной электронной эмиссии. Коэффициент усиления ФЭУ составляет обычно 10⁵ 10⁶ . Амплитуда импульсов, вырабатываемых ФЭУ, пропорциональна энергии гаммаквантов. При освещении большого сцинтиллятора потоком монохроматических гаммаквантов на выходе ФЭУ должны появляться импульсы одинаковой амплитуды, соответствующей полной энергии гаммаквантов. Суммарный сигнал от импульсов, образовавшихся в ФЭУ в единичное время, в зависимости от амплитуды импульсов, называют фотопиком или пиком полного поглощения.

В сцинтилляционных детекторах непосредственному формированию электрического импульса предшествуют процессы, имеющие различную физическую природу, например возбуждение сцинтиллятора, его высвечивание, передача света на фотокатод, фотоэффект на катоде ФЭУ, вторичная электронная эмиссия.

*

Источник излучения

Сцинтиллятор

ФЭУ

Уси­литель

Амплитудный анализатор

Рис. 4.4. Схема сцинтилляционного спектрометра.

Все эти явления на выходе ФЭУ приводят к размытию фотопика.

Обычно разрешение определяется отношением ширины линии фотопика на половине его высоты к энергии регистрируемого излучения Е и выражается в процентах. Структурная схема сцинтилляционного спектрометра приведена на рис. 4.4.

Сцинтилляционный детектор, расположенный в светонепроницаемом корпусе, регистрирует фоновое гамма-излучение. Импульсы, выделяющиеся на нагрузке ФЭУ, подают через усилитель на многоканальный амплитудный анализатор (МАА). Питание ФЭУ осуществляется от высокостабильного напряжения. Коэффициент усиления импульсного усилителя порядка 10100.

Экспериментальная установка состоит из объекта исследования и измерительного устройства, устанавливаемых на лабораторном столе и соединяемых между собой кабелем.

Объект исследования выполнен в виде цилиндра, установленного с помощью стойки на штативе. В нем размещены кристалл сцинтиллятора, фотоэлектронный умножитель с цепями питания и устройство сопряжения. На верхний торец цилиндра установлен держатель для источника излучения. Из нижней части корпуса выведен кабель с двумя разъемами для подключения объекта исследования к измерительному устройству (один – для подключения к высоковольтному источнику питания фотоэлектронного умножителя, второй – для передачи выходного сигнала с объекта исследования к измерительному устройству и напряжения питания для устройства сопряжения объекта исследования).

Излучение (фоновое или фоновое плюс от источника), воздействуя на сцинтиллятор, вызывает в его кристалле световые импульсы, пропорциональные энергии квантов, которые усиливаются ФЭУ и устройством сопряжения. В результате этого, на выходе объекта исследования получаются импульсы напряжения, амплитуда которых пропорциональна энергии воздействующих на сцинтиллятор гамма­- квантов. Эти импульсы поступают на вход измерительного устройства для дальнейшей обработки.

Измерительное устройство содержит устройство сопряжения, высоковольтный преобразователь, цифровой вольтметр и источники питания.

Устройство сопряжения состоит из усилителя, устройства выборки-хранения, аналого-цифрового преобразователя и схем управления и предназначено для обработки импульсов, поступающих с объекта исследования (дополнительное усиление и преобразование значения амплитуды в цифровую форму), передачи полученной информации в компьютер.

Высоковольтный преобразователь и цифровой вольтметр предназначены для получения и измерения регулируемого высокого напряжения для питания ФЭУ объекта исследования.

Принцип действия установки основан на регистрации и анализе по амплитуде и количеству последовательности импульсов напряжения, получаемых после преобразования и усиления, от воздействия световых импульсов, возникающих в сцинтилляторе при облучении его излучением (фоновым или фоновым плюс источника).

В процессе выполнения лабораторной работы получают и исследуют энергетический спектр гамма-излучения (фонового или фонового плюс от источника) с подсчетом количества импульсов в каждом канале дискретизации и последующим анализом полученных результатов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подключите сетевой шнур измерительного устройства к сети и включите установку выключателем СЕТЬ на задней панели измерительного устройства, при этом на индикаторе кВ должно установиться значение 0,30.

2. Включите компьютер согласно его эксплуатационной документации. Дайте прогреться аппаратуре в течение 5 мин.

3. Установите дискету с прикладной программой fpk13.exe и выведите ее графическое изображение на дисплей.

4. Нажатием клавиши Еnter (Ввод) запустите режим измерения и индикации зарегистрованых частиц. Измерение можно производить до переполнения любого из 255 каналов устройства и автоматической остановки или за фиксированный промежуток времени с остановкой вручную.

5. При помощи маркера, управляемого клавишами "  "/" ", используя данные на отображаемой в нижней части дисплея таблице с измеряемыми величинами (время измерения, энергетический уровень, количество импульсов), произведите анализ спектра фона (источника).

6. Окончание работы с программой производится нажатием клавиши F10.

7. По окончании работы необходимо установить ручку НАПРЯЖЕНИЕ устройства измерительного в крайнее левое положение, выключить компьютер, после чего отключить питание установки выключателем СЕТЬ (на задней панели устройства измерительного).

8. Режим работы установки прерывистый – через каждые 2 часа работы делается перерыв на 10-15 мин.