ются микропроцессорами, которые выполняют программу, записанную в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

Большие МКА часто соединяются с внешним компьютером, который может полностью управлять анализом и выполнять сложные программы анализа. Вы- числительная система обычно включает один или более запоминающих устройств, таких как жесткие или гибкие диски, которые обеспечивают хранение спектральных данных и программ анализа. Последним звеном в спектрометриче- ской системе часто является принтер, который дает бумажную копию результатов измерений.

4.9 ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

На рис. 4.1 и 4.2 показаны только основные компоненты гамма-спектромет- рических систем. В этом разделе описаны другие устройства, которые могут использоваться в дополнение к основным компонентам.

Самым полезным вспомогательным прибором, используемым с гамма-спек- трометрическими системами, является осциллограф. Он фактически незаменим при настройке спектрометрической системы на оптимальные эксплуатационные характеристики, для контроля этих характеристик, обнаружения неисправностей или ложных сигналов и корректировки сложных ситуаций. Дорогой осциллограф не требуется; частота 50 МГц, один или два входа по вертикали, обычная временная развертка — вполне достаточны. Портативные осциллографы с питанием от батарей могут быть легко использованы в системах, расположенных в неудобных местах.

Для проверки характеристик системы и корректировки потерь из-за мертвого времени и наложений импульсов используются электронные генераторы импульсов. Ртутные генераторы импульсов отличаются отличной стабильностью амплитуды импульсов, но очень медленны и имеют ограниченную возможность изменения формы импульса. Другие электронные генераторы импульсов часто имеют более высокую частоту и очень широкие возможности изменения формы импульса, но обычно не дают большую амплитуду и не стабильны. Некоторые генераторы импульсов дают случайные интервалы между импульсами, а не обыч- ные фиксированные интервалы. "Скользящие" генераторы импульсов используются для проверки линейности АЦП; амплитуда их импульсов линейно изменяется во времени.

Часто для фотографирования экранов МКА и изображений осциллографа используют фотокамеры. Фотографии формы импульса помогают документировать и диагностировать сложные случаи; фотографии спектров обеспечивают быстрый способ записи информации. Имеются фотокамеры с необходимыми приспособлениями для присоединения их к осциллографу и МКА. Обычно для быстрого получения фотографии используется фотоматериал ти па "Полароид".

Существует много различных приборов для получения информации о временных характеристиках импульсов гамма-излучения. Они необходимы, чтобы установить временное соотношение между двумя или большим числом детекторов. Усилители с временными фильтрами для сохранения временной информации проигрывают в соотношении сигнал/шум и общем разрешении. Другие при-

боры анализируют выход предусилителя, биполярный выход основного усилителя или выход усилителя с временным фильтром и генерируют быстрый логиче- ский сигнал, который имеет фиксированную и точную временную связь с регистрацией гамма-излучения в детекторе. Временную информацию получают с помощью следующих методик: быстрой дискриминации переднего фронта; выделения постоянной составляющей; компенсации нарастания амплитуды во времени; тщательного определения точки пересечения нуля. Временная информация либо считывается, либо учитывается в схемах совпадения, которые определяют: имели ли место определенные временные соотношения между событиями в двух или более детекторах. В зависимости от типа детектора границы временных ворот совпадений могут сужаться до нескольких наносекунд. Логический выход схемы совпадений либо считывается, либо используется как управляющий сигнал. Когда требуется более подробная временная информация для генерации выходного импульса, амплитуда которого пропорциональна временному интервалу между входными импульсами, может использоваться время-амплитудный преобразователь.

В качестве схемы совпадений или управления на входе в МКА могут быть использованы линейные ворота, которые передают аналоговые сигналы неизменной амплитуды и формы, если они закрываются и открываются управляющими сигналами, которые поступают от одной из цепей синхронизации, описанных выше. Линейный расширитель генерирует импульс той же амплитуды, что и у входного импульса, но регулируемой длины. Расширитель изредка используется для улучшения сигнала усилителя перед последующей обработкой в АЦП. Суммирующие усилители, или микшеры, производят выходные сигналы, которые являются линейной суммой двух или более входных сигналов. Микшер может применяться при наборе спектра от нескольких детекторов и использовании одного АЦП.

Подавление вклада комптоновского распределения является общепринятой процедурой, которая улучшает качество гамма-спектров и использует некоторые цепи синхронизации, описанные выше. Спектрометр, подавляющий комптоновский эффект, обычно включает детектор высокого разрешения, который окружается кольцевым детектором низкого разрешения. Рассеянное гамма-излучение с энергией ниже полной энергии взаимодействия, зарегистрированной в детекторе высокого разрешения, часто регистрируется кольцевым детектором. Совпадение событий в двух детекторах препятствует запоминанию события высокого разрешения в МКА и уменьшает уровень непрерывного комптоновского распределения между пиками полного поглощения.

4.10 ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Аппаратура, описанная в данной главе, может объединяться для формирования гамма-спектрометрических систем для различных задач НРА. Многие производители аппаратуры могут предоставить пользователю полные спектрометриче- ские системы, которые включают все компоненты от детектора до выходного принтера. Если пользователь имеет достаточный опыт, система может быть собрана из отдельных компонентов, поставляемых различными производителями. В любом случае, до выбора спектрометрической системы из почти бесконечной массы

вариантов и конфигураций, необходимо уделить значительное внимание рассмотрению требований, продиктованных будущим применением. В литературе [1-4] приводится детальное описание функций и работы гамма-спектрометриче- ской аппаратуры. Для пользователя, который не является профессионалом в гам- ма-спектрометрии, данная информация является наилучшей; она получена из исследовательских отчетов, коммерческой литературы, от разработчиков и пользователей современной аппаратуры.

Системы для анализа гамма-излучения, которые предназначены для конкретной задачи, могут быть очень простыми в работе. С другой стороны, большая многосторонность и гибкость обеспечиваются сочетанием соответствующего детектора, усилителя, МКА и возможностями анализа, что в совокупности позволяет сделать большую современную гамма-спектрометрическую систему. К сожалению, сложный и универсальный прибор в действительности никогда не может быть простым в эксплуатации; обычно требуется не менее нескольких недель, чтобы овладеть навыками управления такой большой системой. Однако приложенные усилия приведут к тому, что можно использовать приборы с поистине впечатляющими возможностями. Достижения современных спектрометриче- ских систем наилучшим образом оцениваются теми, кто помнит по собственному опыту то время, когда все спектральные измерения проводились с помощью NaI детекторов, одноканального анализатора и счетчика.

Гамма-спектрометрическое оборудование быстро совершенствовалось за последние 25 лет, когда вакуумные лампы были заменены транзисторами, а транзисторы — интегральными схемами. Микропроцессор обеспечивает большие возможности при меньших объемах. Эффективность системы на доллар стоимости возросла, несмотря на инфляцию. Скорость роста эффективности все еще значи- тельна, особенно в объеме и гибкости памяти МКА, изображении и анализе данных. Качество спектров не прогрессирует так быстро, хотя улучшения в импульсной электронике имеют место, особенно при очень высоких скоростях счета (до 106 имп./с) от детекторов высокого разрешения. Технология NaI, германиевых и кремниевых детекторов вполне развита и существенных улучшений пока не ожидается. Будет продолжаться постоянный прогресс во всех областях технологии гамма-спектрометрии, где могут быть неожиданные прорывы.

ЛИТЕРАТУРА

1.G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, second edition (John Wiley & Sons, Inc. New York, 1988).

Эта книга описывает все типы детекторов излучений и соответствующую электронику, включая гамма-спектрометрические системы высокого разрешения. Проводится очень широкое обсуждение с высококачественными объяснениями и многочисленными рисунками. Приводится много математических формул и их выводов, но книга остается легкой для чтения. Это, вероятно, лучшая публикация по гамма-спектрометрическому оборудованию.

2.P. W. Nicholson, Nuclear Electronics (John Wiley & Sons, Inc. New York, 1974).

Эта книга является обширным научным трудом по электронике, связанной с детекторами высокого разрешения. Даны подробные описания предусилителей детекторов, формирования импульсов, определения потерь из-за скорости счета, амплитудно-импульсного анализа и разрешения спектров.

3.F. Adams and R. Dams, Applied Gamma-Ray Spectroscopy (Pergamon Press, Oxford, 1970).

Хотя это более ранняя работа, чем [1], она дает всестороннее освещение гам- ма-спектрометрии. Имеется информация о NaI и германиевых детекторах и связанной с ними аппаратуре.

4.W. J. Price, Nuclear Radiation Detection, 2nd ed. (McGraw-Hill Book Co., New York, 1964).

Хотя эта книга более старая и более узко направленная, чем три предыдущих, она дает полезные альтернативные описания процесса регистрации и функции электронного оборудования. Она также дает взгляд на детекторы и методы анализа, которые сейчас редко используются, и дает интересный обзор спектрометри- ческого оборудования того времени, когда транзисторы начинали заменять лампы.