Спектрометрия ионизирующих излучений. Основные понятия и терминология. Учебно-методическое пособие

1/e = 0,37. Максимальная скорость счета определяется пропускной

способностью (ПС) спектрометрической системы (throughput), ко-

торой часто приходится жертвовать для достижения наилучшего

энергетического разрешения. Наоборот, увеличение ПС и миними-

зация поправки на наложение импульсов достигается за счет потери

в разрешении. Из-за того, что зависимость N (N 0)

имеет максимум,

мы не можем сказать, чему равно значение входной интенсивности:

величина измеренной интенсивности

N 0

соответствует двум раз-

ным значениям входной интенсивности N

Радиационная

Radiation

При прохождении через вещество (Z) энергия быстрого электро-

длина

length

на снижается в е раз на расстоянии порядкаxрад, называемом ради-

ационной длиной. Ее величина

−1,

x

рад

=

4αr 2Z 2n

0

ln

1

3

e

α

Z

где α = e2/ c – постоянная

тонкой

структуры

(1/α ≈ 137), r =

= e2/mec2 – классический радиус электрона, n0

e

– плотность ато-

мов вещества

Радиационная

Radiation

Сохранение паспортных характеристик детектора после его

стойкость

tolerance,

нахождения в поле интенсивного ионизирующего излучения, для

детектора

radiation

измерения которого этот детектор не предназначен. При превыше-

stability

нии допустимых значений поглощенных доз, определяемых типом,

материалом и другими характеристиками, энергетическое разреше-

ние спектрометров ухудшается, форма пиков искажается, эффек-

тивность регистрации излучений падает

Радиационные

Radiative

Заряд, движущийся с изменяющейся скоростью, излучает энер-

потери энергии

(energy) losses

гию пропорционально квадрату ускорения. Ускорение частицы с

зарядом ze и массой m, пролетающей на расстоянии b от ядра с за-

рядом Ze, пропорционально произведению зарядов и обратно про-

порционально массе частицы. Поэтому самые существенные радиа-

ционные потери в виде тормозного излучения наблюдаются при

торможении легких частиц (электронов)

Радиационный

Radiation

Максимальная доза излучения, для измерения которого предна-

ресурс

resource

значен детектор. После воздействия дозы на детектор сохраняются

его основные характеристики и параметры

Радиационный

Background

Излучение, формируемое за счет: 1) радионуклидов, содержа-

фон

radiation

щихся в природных и техногенных объектах вблизи спектрометра;

2) радиоактивных изотопов, находящихся в материалах детектора

излучений; 3) взаимодействия космического излучения с материа-

лами детектора и объектами вблизи детектора. Фоновые отсчеты

детектора являются случайными величинами, распределенными по

закону Пуассона

Радиоактивные

Radioactive

Жидкие, твердые и газообразные радиоактивные продукты, об-

отходы

wastes

разующиеся на всех стадиях ядерного топливного цикла и не пред-

(РАО)

назначенные для дальнейшего использования. В зависимости от

классов РАО, они подлежат различным способам обработки, хране-

ния или окончательного захоронения

Радиоактивные

Corrosion

Металлические частицы, попадающие в теплоноситель с по-

продукты

products

верхностей оборудования технологического контура при смыве

коррозии

коррозионного слоя. Продукты коррозии (ПК), проходя зону

нейтронного облучения, становятся радиоактивными вследствие

ядерных реакций под действием нейтронов: (n, γ), (n, p) и (n, α). К

основным ПК относятся соединения радионуклидов Fe, Mn, Co, Zn,

Cr и др. ПК содержатся в теплоносителе первого контура и в радио-

активных аэрозолях, образующихся при работе ядерного реактора

Радионуклид

Radionuclide

Нуклид, ядра которого вследствие нестабильности испытывают

радиоактивный распад

Разброс

Straggling

При экспериментальном определении пробегов моноэнергетиче-

пробегов

ских частиц одного типа по пропусканию через образцы вещества

различной толщины наблюдается разброс пробегов (РП) – явление,

обусловленное не только статистическими флуктуациями потерь

энергии, но и многократным рассеянием заряженных частиц в ве-

ществе. Распределение значений пробегов около среднего значения

Rср хорошо аппроксимируется распределением Гаусса с парамет-

рами R ,

R2 = (R − R )2.

ср

ср

1/2

Величина относительного РП,

R ,

называется

равная ( R2)

ср

стрэгглингом

Разрешение

Deconvolution

Использование термина «обратная свертка» (deconvolution) свя-

мультиплетов

method for

зано с тем, что функция отклика K(x, s) на участке спектра, содер-

методом

peak resolution

жащем мультиплет, зависит только от разности энергий, и уравне-

деконволюции

ние Rср ab K(x, s)u (s)ds = f (x)+ ε

превращается в уравнение типа

свертки (convolution):

b K (x − s)u (s)ds = f (x)+ ε ,

где

u (s) – вос-

a

Bi = lL=1blil .

Для решения системы уравнений классическая схема МНК не

подходит, так как малейшее отклонение в исходных данных вслед-

ствие плохой обусловленности системы ведет к сильному различию

в решениях. Существует несколько алгоритмов, реализующих

итерационные процессы поиска минимума функционала: метод

Скоффилда-Голда, алгоритм Ричардсона-Луси; модифицированный

метод градиентного спуска и др.

Разрешение

Peak stripping

Метод сводится к «очистке» пика от мешающего вклада другого

мультиплетов

пика. Дуплет, содержащий два пика нуклидов А и В, может быть

методом

разрешен следующим образом. Измерению пика радионуклида А

очистки

мешает пик В1, принадлежащий нуклиду В. Если у этого нуклида

также имеется пик В2, то, измерив чистый нуклид В в аналогичных

условиях, можно определить величину В1/В2. После этого из муль-

типлета вычитается доля, внесенная нуклидом В, и определяется

площадь пика, соответствующего нуклиду А.

При вычитании двух случайных величин (А и В1) неопределен-

ность разности равна сумме неопределенности каждого слагаемого.

Если же из триплета вычесть таким образом два пика, точность ре-

зультата будет еще ниже

Распределение

Gauss

То же, что и Нормальное распределение

Гаусса

distribution

Распределение

Poisson

Случайная величина X распределена по закону Пуассона, если

Пуассона

distribution

она принимает целочисленные значения (0, 1, 2,…, m,…) с вероят-

ностями P

= am e−a , где a – параметр распределения, m =0, 1,… .

m

m!

Математическое ожидание и дисперсия пуассоновского распреде-

ления равны

. Распределение описывает число распадов радио-

нуклида за

время t, число пар носителей зарядов, образующихся при

взаимодействии излучения с веществом, является предельным для

биномиального распределения

РЕМИКС-

REMIX-fuel

Ядерное топливо, содержащее смесь обогащенного урана с ура-

топливо

(REgenerated

ном и плутонием, извлеченным из отработавшего ядерного топлива

MIXture) of U-

(ОЯТ). В смесь из ОЯТ добавляют обогащенный U (20–40 %) до

Pu-oxides fuel

смеси следующего состава: примерно 4 % 235U, 1–2 % Pu и ~ 95 %

остальных изотопов U, в основном 238U. Эта технология подразуме-

вает повторное использование не только Pu, содержащегося в ОЯТ,

но и остаточного количества 235U. В REMIX-топливе энергия выде-

ляется в основном за счет деления ядер U, а его поведение в актив-

ной зоне близко к поведению уранового топлива

Рентгеновское

X-rays

Фотонное излучение, диапазон длин волн (частот) которого

излучение

находится между ультрафиолетовым и гамма-излучением, частично

перекрываясь

с их диапазонами. Рентгеновское излучение (РИ)

возникает при торможении электронов на мишени рентгеновской

трубки (тормозное излучение с непрерывным спектром), при пере-

ходах электронов атомов и молекул с верхних энергетических

уровней на вакантные места, образующиеся при освобождении

электроном занимаемого нижнего уровня (характеристическое

рентгеновское излучение, ХРИ, с линейчатым энергетическим спек-

тром). Взаимодействует с веществом главным образом посредством

фотоэлектрического поглощения, рэлеевского и комптоновского

рассеяния

Световой

Light yield

Число испущенных сцинтиллятором оптических фотонов при

выход

поглощении частицы с энергией 1 МэВ. Световой выход (СВ) свя-

сцинтиллятора

зан с числом электрон-дырочных пар, образующихся в кристалле

при поглощении ионизирующего излучения, поэтому СВ обратно

пропорционален ширине запрещенной зоны материала. Наиболь-

шим СВ должны обладать диэлектрики с малой шириной запре-

щенной зоны или полупроводники. В настоящее время наибольший

СВ наблюдается в кристаллах бромидов и йодидов

Сглаживание

Experimental

Процедура сглаживания используется при разбросе эксперимен-

эксперимен-

data smoothing

тальных данных, обусловленном, например, плохой статистикой.

тальных

Используются различные методы сглаживания. Одним из наиболее

данных

эффективных является сглаживание с помощью кубических сплай-

нов – кубической функции, состоящей из суммы квадратов откло-

нений экспериментальных точек от ее значений и дополнительного

члена, зависящего от параметра сглаживания. В предельных случа-

ях сглаживающий сплайн совпадает либо с прямой линией, либо с

интерполяционным сплайном

Сечение

Cross section

Величина, отражающая вероятность взаимодействия между из-

взаимодействия

лучением и мишенью (частица, система частиц). Различают микро-

скопическое сечение взаимодействия (СВ), σ, равное среднему ко-

личеству частиц, приходящихся на одну мишень, которые испытали

взаимодействие с веществом при его облучении единичным флюен-

сом частиц, и макроскопическое СВ, Σ, равное вероятности взаимо-

действия излучения на единицу длины. Для гамма-излучения мак-

роскопическое СВ равно линейному коэффициенту ослабления. СВ

складывается из сечения рассеяния и сечения поглощения

Сместитель

Wave length

Вещество, добавляемое в жидкосцинтилляционный коктейль для

спектра

shifter, WLS

смещения спектра испускания активатора в область, соответствую-

щую наибольшей спектральной чувствительности фотоэлектронно-

го умножителя (так, для измерения активности органических ве-

ществ, растворимых в толуоле, добавляют РОРОР). Острая необхо-

димость применения сместителя спектра (СС) отпадает, если в ЖС-

спектрометре используются современные ФЭУ с примерно одина-

ковой чувствительностью по отношению к фотонам с различными

длинами волн. Применение СС полезно при измерении растворов,

содержащих высокие концентрации гасителей сцинтилляций, так

как при этом снижается вероятность повторного поглощения излу-

чения активатором, т.е. возрастает прозрачность ЖС к собственно-

му излучению

Смешанный

Mix spectrum

Суперпозиция линейчатого и непрерывного спектров. Например,

спектр

энергетическое распределение некоторых бета-излучателей состоит

из линейчатого спектра конверсионных электронов, наложенного на

непрерывный бета-спектр

Смещение

Bias

См. Напряжение смещения

Собственная

Intrinsic

См. Внутренняя эффективность детектора

эффективность

detector

детектора

efficiency

Сопротивление

Load resistance

Суммарное электрическое сопротивление всех блоков и

нагрузки

устройств, расположенных после детектора излучений

Спектрометр

Spectrometer

Экспериментальная установка для определения энергетических

спектров источников ионизирующих излучений, необходимых для

идентификации радионуклидов и их активности, основанной на од-

нозначной связи между поглощенной энергией излучения и откли-

ком детектора. Спектрометр состоит из детектора излучений, элек-

тронного тракта для усиления и формирования электрических сиг-

налов и блоков классификации, накопления и обработки информа-

ции в удобном для дальнейшего использования виде