24. Спектрометрические методы радиационного контроля.

Спектрометры (гамма-спектрометрические установки) –оптический прибор. Анализируемый спектр получается путём регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением).

состоят из: детектора ( преобразование энергии гамма-квантов в электрический импульс); предусилителя (усиливает сигнал); блока питания детектора и спектрометрического усилителя (формирует сигнал нужной формы и защищает последующие устройства от шумов малой амплитуды, отсекая их специальным дискриминатором); аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (измеряет амплитуду каждого импульса и накапливает информацию о них в памяти); монитора (осциллограф или экран компьютера)( визуализирует гистограммы поступивших импульсов).

1. детектор - взаимодействие гамма-квантов с веществом и преобразование их энергии в электрический импульс, величина которого прямо пропорциональна энергии гамма-кванта. Применяют сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы.

2.Предусилитель - чувствительный усилитель с низким уровнем собственных шумов, расположен в детекторе или рядом с ним, чтобы свести к минимуму электрические наводки в проводах. Через него подается высокое напряжение на детектор. Главная часть предусилителя — полевой транзистор (подключен к электродам детектора или фотоэлектронного умножителя). Большая чувствительность транзитора+высокое напряжение на детекторе=самое уязвимое место. При скачкообразной подаче высокого напряжения на детектор полевой транзистор выходит из строя в результате пробоя. Поэтому снимать и подавать напряжение на детектор-плавно.

3.Блок питания обеспечивает плавную подачу высокого напряжения. Большинство блоков снабжено защитой от перегрузок, а в некоторых блоках высокого класса для полупроводниковых детекторов -аварийное отключение при повышении температуры охлаждаемого детектора до критической (при которой детектор под напряжением выходит из строя). Блоки высокого напряжения характеризуются высокой стабильностью.

Усилитель -подготавливает сигнал, поступающий с предусилителя, к обработке аналого-цифровым преобразователем (АЦП). ! не является обязательным элементом. Его не используют, если предусилитель дает сигнал необходимой амплитуды и формы. Усилитель имеет несколько регулировок: усиления, постоянной времени, порога дискриминатора, компенсации нуля. Все регулировки (кроме порога дискриминатора)- для управления формой и амплитудой импульса; дискриминатор -отсекает сигналы, амплитуды которых меньше установленного порога ( убирает шум, облегчая работу АЦП и уменьшая нагрузку на спектрометр). Регулировка постоянной времени влияет на длительность и на амплитуду импульса. Для нормальной работы АЦП требуется, чтобы длительность импульса была одинаковой для любой амплитуды. Важная регулировка — восстановление нуля (или основной линии)- позволяет сделать импульс симметричным, это благоприятный фактором для работы АЦП.

4.Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — сложнейшая электронная система, преобразующая значение амплитуды импульса в цифровой код. Имеет каналы или цифровые ячейки. Обычно число ячеек 1024=2¹⁰; 4096=2¹², 8192=2¹³. Степень двойки- разрядность АЦП ( 12 разрядов или 4096 каналов). Когда на вход АЦП приходит импульс напряжения, его амплитуда превращается в цифру, лежащую в диапазоне от 0 до 1024 (в случае, если АЦП имеет 10 разрядов) или от 0 до 4096 (если АЦП имеет 12 разрядов). После этого в канал с номером, равным этой цифре, добавляется 1. И так далее для всех импульсов. В итоге в каналах АЦП набирается гистограмма амплитуд импульсов, которая является спектром гамма-излучения в цифровом виде.

Для анализа проб объектов ветеринарного надзора, имеющих сложный радионуклидный состав, удобно использовать универсальный спектрометрический комплекс типа «Гамма-Плюс», «Прогресс» с блоками детектирования альфа-, бета- и гамма-излучения и гамма-спектрометр с полупроводниковым детектором в свинцовой защите.

Переносной спектрометрический комплекс MSPS-50Ge оснащен программным обеспечением, позволяющим управлять всеми функциями и параметрами спектрометра и проводить обработку полученной спектрометрической информации для определения объемной, удельной или поверхностной активности радионуклидов и мощности дозы излучения каждого радионуклида.

Спектрометрические методы радиационного контроля:

До аварии на ЧАЭС контроль за активностью цезия137 и стронция-90 в продукции животноводства и растениеводства основывался на селективной радиохимической экстракции цезия и стронция из вещества проб с измерением активности каждого радионуклида в соответствующих счетных образцах на бета-радиометрических установках (например, УМФ-1500, ДП-100). После аварии на ЧАЭС необходимый объем измерений возрос настолько, что осуществление на этой аппаратурно-методической основе массового контроля оказалось невозможным, в первую очередь из-за ограничений, обусловленных слишком большой продолжительностью и трудоемкостью химических процедур приготовления счетных образцов. И стали использовать компьютеризированные гамма-, бета-спектрометрические комплексы. Применение спектрометров позволяет в упростить и удешевить процедуры приготовления счетных образцов. возможности современной вычислительной техники позволяют автоматизировать обработку спектрограмм, все вычисления значений удельной активности, их погрешности. Внедрение Комплексов в систему измерений лабораторий радиационного контроля помогло обеспечить работу по соблюдению требований ВДУ-93 к содержанию цезия-137 и стронция-90 в продовольствии. Действие ВДУ-93 из-за перехода к новым нормам радиационной безопасности (НРБ). В соответствии с НРБ разработаны нормативы допустимых уровней удельной активности цезия-137 и стронция-90 в различных видах продовольствия. Требуется ответ на вопрос: «Удовлетворяет это продовольствие критериям радиационной безопасности или нет?», не ставится задача определения истинных значений удельной активности радионуклидов с максимальной точностью. Спектрометрические методы делят на: гамма-, бета- и альфа-спектрометрические методы. Наиболее широко распространены гамма. Бета-спектрометрические методы на практике не используют, так как расшифровка бетапектров — трудная задача в прикладной спектрометрии ионизирующих излучений. Альфа спектрометрия применяется при работе с естественной радиоактивностью.