Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ФХМА спектрометрия Шариков

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
690.54 Кб
Скачать

молекулы или группы молекул одного или нескольких внешних электронов. Такие электроны в зависимости от рода газа либо остаются свободными, либо присоединяются к нейтральным частицам газа, образуя отрицательные ионы. В обычных условиях образовавшиеся ионы существуют недолго, они рекомбинируют, то есть вновь соединяются в нейтральные атомы и молекулы.

Газ имеет ряд преимуществ по отношению к другим средам для детектирования. Подвижность ионов в нем является наиболее высокой. В электрическом поле ионы газа довольно быстро перемещаются к соответствующим электродам, вследствие чего их рекомбинация незначительна. Однако концентрация ядер газа, а как следствие степень взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, для них намного меньше, чем для конденсированных сред. Поэтому при работе с различными радиоактивными источниками приходится измерять силу ионизационного тока от 10-16 до 10-11 А.

По своей конструкции и схеме включения в измерительную цепь любой газовый счетчик напоминает работу конденсатора. Схема включения ионизационной камеры: 1-анод, 2-катод, 3- гальванометр, 4-источник напряжения, 5-ИИИ. Конденсатор детектора состоит из электродов, между которыми находится газ. Чаще всего в ионизационных камерах используется один из инертных газов (гелий, аргон, ксенон, криптон), а также водород, при повышенном или пониженном давлении (в зависимости от решаемой задачи). Конструктивно корпус ионизационной камеры может быть выполнен в форме плоского конденсатора, в виде цилиндра или сферы. К обкладкам конденсатора прикладывают напряжение для того, чтобы в рабочей области детектора напряженность электрического поля была величиной в несколько сотен В/см. Если в рабочую область попадает ионизирующая частица, то вдоль пути ее движения

образуются пары ионов обоих знаков. Электрическое поле обеспечивает дрейф зарядов к противоположным по знаку заряда электродам камеры. Достигая поверхности электродов, заряды вызывают во внешней замкнутой цепи компенсационный электрический ток.

На рисунке представлена ВАХ ионизационной камеры. Физические явления, происходящие в ионизационной камере, можно объяснить следующим образом:

Область I. Величина ионизационного тока определяется суммарным электрическим зарядом ионов, достигших соответствующих электродов в течение 1 сек. В слабом электрическом поле только часть образовавшихся ионов может попасть на электроды. Большая же часть ионов с разными знаками рекомбинируют друг с другом, то есть заряды их нейтрализуются, прежде чем они достигают электродов. В этом случае камера малоэффективна для регистрации излучения.

Область II. В более сильном электрическом поле скорость движении ионов возрастает, а вероятность рекомбинации уменьшается до нуля. При этом все ионы, образующиеся в газе,

попадают на электроды. Ионизационный ток возрастает и достигает значения насыщения iнас. Ионизационные камеры обычно работают в режиме тока насыщения. По току насыщения можно определить интенсивность излучения и вычислить активность радиоактивного вещества. Таким образом, область II является рабочим диапазоном ионизационной камеры.

Область III. При очень больших разностях потенциалов ток снова возрастает, пока не наступит

пробой ионизационной камеры.

Уравнение ионного режима или изменение числа пар ионов со временем для ионизационной камеры будет иметь следующий вид:

N - число пар ионов, образующихся ежесекундно в единице объема газа (ионизация);

n - число ионов каждого знака, уже существующих в том же

11

объеме газа;

e - заряд иона;

i - ионизационный ток;

α - коэффициент рекомбинации ионов; Vi - ионизационный объем газа.

То есть, из ежесекундно образующегося в единице объема числа пар ионов N часть уходит на рекомбинацию, а другая часть отводится на электроды.

При установившемся режиме (в области II) dn/dt=0, тогда i=Vie(N−αn2). Если электрическое поле отсутствует, то i=0 и N=αn2. Отсюда концентрация существующих пар

 

ионов будет иметь максимальное значение

 

 

.

 

 

С возрастанием разности потенциалов на электродах рекомбинация ионов уменьшается,

 

и сила тока возрастает (i> 0). Следовательно, N −αn2> 0, или N> αn2. То есть концентрация

 

существующих ионов убывает за счет их отвода на электроды. Когда ионизационный ток будет

 

равен току насыщения нас i = iнас, рекомбинация будет равна нулю.

 

Тогда нас i = iнас =VieN, то есть ток насыщения iнас

не зависит от разности потенциалов

 

между электродами, а пропорционален объему Vi, в котором происходит ионизация, и числу

 

пар ионов, образующихся и единицу времени N =

̇/ε (где

̇- мощность экспозиционной дозы,

 

- средняя энергия ионообразования).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость мощности экспозиционной дозы от тока насыщения будет описываться

 

выражением:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̇

 

 

̇

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как доза облучения X = t, то, с помощью умножения обеих частей уравнения на

 

время t, устанавливается зависимость экспозиционной дозы от заряда: iнас t = VieX/ε, где iнасt =

 

Q, (Q – собираемый на электродах заряд). Таким образом:

 

 

 

 

 

 

Откуда получаем, что ток насыщения прямо пропорционален мощности дозы, а заряд – дозе.

 

Если обозначить емкость ионизационной камеры C, а потенциал, сообщенный камере U1,

 

то будет справедливым следующее выражение Q1 = CU1. В результате облучения камеры

 

потенциал уменьшится и станет равным U2. Потенциалу U2 соответствует заряд Q2 = CU2.

 

Уменьшение заряда на электродах будет равно:

т.е. исходя из

 

предыдущих соотношений, измерение экспозиционной дозы облучения может выполнено по

 

измерению падения напряжения на электродах камеры.

 

 

Ионизационные камеры удобны для регистрации суммарного ионизационного эффекта,

 

вызванного излучением сравнительно большой интенсивности и небольшим пробегом в

 

газовом наполнении (например, альфа-частиц). Использование их для регистрации отдельных

 

электронов, или фотонов электромагнитного излучения, сопряжено с решением ряда проблем,

 

связанных с улучшением параметров электронной аппаратуры, поскольку амплитуды

 

импульсов сопоставимы по величине с шумами электронной аппаратуры.

 

Классификация ионизационных камер:

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

По назначению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Импульсные. Предназначены для измерения числа частиц и их энергий путем регистрации

 

импульсов тока, возникающих в камере при прохождении через нее заряженных частиц);

 

Интегрирующие. Предназначены для измерения ионизационного тока за некоторой интервал

 

времени).

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

По конструкции:

 

 

 

 

 

 

 

 

Камеры с внутренним расположением ИИИ. Предназначены для измерения излучения от альфа-частиц и нейтронов;

12

Стеночные. В них ионизация, производимая в измеряемом объеме, в большей степени обусловлена частицами, выбитыми из стенок камеры (детектирование гамма-излучения, ветаизлучения, нейтронов);

Диафрагмовые. В измеряемом объеме ионизация создается не только частицами, образующимися в самом объеме, но и частицами, поступающими из окружающего газа. Используется для абсолютных измерений гамма-излучения и рентгеновского излучения.

12.Теория Грея

Втеории Грея был рассмотрен случай твердой среды, пересекаемой вторичными электронами, и показано, что введение в эту среду небольшого объема газа не искажает углового и энергетического распределения вторичных электронов в месте расположения газовой полости. При этом, электронное равновесие в газовой полости будет обеспечено, если уменьшение ионизации в ней за счет выхода электронов из рассматриваемого объема будет

компенсироваться за счет повышения ионизации, вызванной вторичными электронами, выбитыми из стенок камеры. При выводе теоретических соотношений теории Грея были сделаны следующие допущения:

1.Интенсивность ИИИ постоянна (твердом теле и газовой полости);

2.Размеры газовой полости должны быть значительно меньше пробегов вторичных электронов в газе (т.е. вклад в полную ионизацию от поглощения гамма-квантов в газовой полости будет незначительным);

3.Включение малой полости в большой объем твердого теле не меняет энергетическое и пространственное распределение вторичных электронов;

4.Газовая полость для достижения в ней электронного равновесия должна быть окружена тонким слоем твердого вещества, толщина которого должна быть равна максимальному пробегу вторичных электронов в этом веществе.

Отношение энергетических потерь электронов в стенках камеры к аналогичным потерям электронов в газе определяется соотношением:

потеря энергии электронов, прошедших в стенке камеры расстояние, соответствующее единице массы вещества про площади 1 см2,

потеря энергии электронов в воздухе,

,массовые тормозные способности вещества (материала стенки и воздуха соответственно).

плотность воздуха,

линейный пробег электронов в воздухе,

плотность вещества,

линейный пробег электронов в веществе.

Эта величина определяет потерю энергии электрона на единице толщины слоя вещества, выраженной через массу, приходящуюся на единицу площади.

Пусть NB – число пар ионов, образующихся в единице массы воздуха, а W – средняя энергия образования пар ионов в воздухе, тогда Используя формулы 1 и 2 получим основное соотношение теории Грея – формулу Брэгга-Грея:

В случае, если достигается электронное равновесие, будет справедливо следующее:

13

линейные коэффициенты поглощения энергии электронов

ввоздухе и веществе соответственно. Тогда K можно записать как:

,– линейные тормозные способности в веществе и воздухе соответственно,

число образующихся заряженных частиц.

Используя формулы 3, 4 и 5 получим:

линейный коэффициент ослабления на 1ин электрон (аналогично для воздуха). Тогда:

ионный ток,

скорость,

заряд электрона.

Расчет мощности экспозиционной дозы:

̇

̇

̇

̇

13. Электронное равновесие

Рассмотрим объем V воздуха, находящегося в поле гамма-излучения. В объем Vr попадают гамма-кванты и электроны в следствии облучения в объеме VR.

Eпогл(Vr) равна разности между суммой всех электронов и фотонов входящих в объем и покидающих его:

́

́

Входящая в Vr энергия фотонов расходуется на кинетическую энергию фотонов после

фотоэффекта и комптоновское рассеяние:

 

́

́

Предполагается, что гамма-кванты, покидающие Vr не создают электроны, способные вызвать ионизацию в этом объеме, следовательно, поглощѐнная энергия в общем случае не равна кинетической энергии электронов, освобожденных фотонами в пределах данного объема.

Равенство поглощѐнной энергии излучения в некотором объеме вещества и энергии, преобразованной в кинетическую энергию электронов в том же объеме будет только в том случае, когда удовлетворяются условия электронного равновесия:

1.Интенсивность и спектральный состав гамма-излучения постоянный во всем объеме Vr,

2. ,

3.Учитываются только те электроны, которые имеют одинаковый пробег.

При соблюдении этих условий полная энергия электронов в объеме будет компенсироваться поглощением в этом объеме части энергии электронов, образующихся в пределах объема. При наличии такой компенсации можно считать, что поглощѐнная энергия

14

излучения равна суммарной кинетической энергии ионизированных частиц, созданных в

этом

объеме т. е. соблюдаются условия равновесия:

. Тогда

́ (Сумма

всех

энергий электронов, входящих в объем равна суммарной энергии электронов, покидающих его).

14. Пропорциональные счетчики. Газовые счетчики.

Газовые счетчики ионизирующего излучения представляют собой детектор и предназначены для регистрации ионизирующего излучения. Для усиления используют газовый разряд. Данный класс детекторов имеет высокую чувствительность, следовательно, они способны детектировать отдельные частицы, возникающие в объеме газонаполненного счетчика. В зависимости от типа газового разряда выделяю следующие газовые счетчики:

Пропорциональные (основаны на явлении несамостоятельного газового разряда);

Счетчики Гейгера-Мюллера (основаны на самостоятельном газовом разряде).

Пропорциональные счетчики

Пропорциональные счетчики относятся к группе газоразрядных детекторов. Такое название было присвоено им потому, что электрический сигнал на выходе счетчика по амплитуде пропорционален энергии, потерянной регистрируемой частицей в рабочем объеме, при условии, что пробег частицы полностью в нем укладывается. С помощью пропорционального счетчика можно измерять энергетические спектры полей ионизирующих излучений. Пропорциональные счетчики конструктивно не отличаются от цилиндрических ионизационных камер, но их газовое наполнение (обычно 90% аргона и 10% метана) и режим работы – различны. Пропорциональный счетчик, в отличие от импульсной ионизационной камеры, работает при более высоком напряжении на электродах, то есть в той области вольтамперной характеристики, в которой вблизи поверхности тонкого анодного электрода возникают условия для начала вторичной ударной ионизации (Вторичная ударная ионизация – процесс, при котором электроны, образовавшиеся в результате первичной ионизации, сами способны производить ионизацию за счет достаточной кинетической энергии). Счетчик часто выполняется в коаксиальной цилиндрической геометрии. Анод изготавливается в виде тонкой металлической нити (0,1 мм), натянутой строго по оси цилиндрического корпуса. Объем счетчика наполняется инертным газом с добавкой многоатомных газов. Давление газа выбирается близким к атмосферному или немного большим. На анод подается положительное напряжение U0 несколько сотен В относительно катода. В объеме счетчика возникает неоднородное электрическое поле, напряженность которого изменяется по мере приближения к аноду по закону1/r, где r – текущее значение радиуса в объеме счетчика. Изменение напряженности поля приводит к ускорению электронов по направлению к аноду. Вблизи поверхности анода электроны ускоряются до таких энергий, что приобретают способность производить вторичную ударную ионизацию рабочего газа. Процесс размножения ионов при вторичной ионизации ограничен несколькими поколениями, но не развивается в неуправляемую лавину. Разряд прекращается, как только прекращается первичная ионизация. Газовый разряд такого сорта называют несамостоятельным, то есть способным прекратиться без дополнительного на него воздействия. Рассмотрим график зависимости величины импульса от напряжения на газовом детекторе (рис. 1).

15

Рис. 1 1 – Область ионизационной камеры. При малых напряжениях пропорциональный

счетчик работает как ионизационная камера, ток не зависит от напряжения, а будет определяться количеством ионов, которые образуются в объеме газа. Затем, при повышении напряжения, импульс будет возрастать за счет явления ударной ионизации;

2 – Пропорциональная область. Пропорциональный счетчик работает таким образом, что амплитуда импульсов пропорциональна ионизации с учетом газового усиления;

3 – Область ограниченной пропорциональности. Область, к которой при дальнейшем повышении напряжения коэффициент газового усиления* возрастает по абсолютной величине и зависит от первоначальной ионизации.

4 – Область Гейгера. В этой области каждый вторичный электрон будет вызывать разряд в газе т. е. в этой области величина импульс уже не зависит от первоначальной ионизации. Работает как счетчик Гейгера-Мюллера.

При дальнейшем повышении напряжения в газе будет наблюдаться повышение разряда, не связанное с ионизацией – самопроизвольный разряд. В этом случае счетчик не может быть использован, так как происходит пробой в газе.

Коэффициент газового усиления

Если число пар ионов, созданных влетевшей в рабочее тело счетчика регистрируемой частицей, равно n, то число пар ионов, рожденных вторичной, ударной ионизацией будет равно K n. Величину K называется коэффициентом газового усиления. Можно определить коэффициент газового усиления через число пар ионов, имевшихся в объеме счетчика во время формирования сигнала: К = n/n0, где n0 – число пар ионов, созданных ионизирующей частицей; n – общее число пар ионов.

Эффективность детектирования

Эффективностью детектирования называется выраженное в процентах отношение числа регистрируемых частиц к числу всех частиц, попавших в рабочий объем детектора. Зависит от материала стенок детектора, их толщины и энергии излучения.

Применение пропорциональных счетчиков

Область применения пропорциональных счетчиков достаточно обширна, что определяется их свойствами. Эффективность регистрации ими альфа-частиц, осколков деления, протонов, и мягкого гамма- и рентгеновского излучения (с энергией до 10–20 кэВ) близка к 100 %. Для таких измерений (особенно для измерений заряженных частиц) используют датчики с окнами из тонкой слюды или органических пленок. Иногда источник излучения помещается внутри объѐма. Пропорциональные счетчики активно используются для исследования поверхностей на загрязнения, включая системы мониторинга загрязнения поверхности тела,

16

одежды, обуви и так далее. Для регистрации нейтронов пропорциональные счетчики заполняются 3Не или 10BF3.

Использование пропорциональных счетчиков для спектрометрии ограничено. В большинстве случаев системы на их основе уступают полупроводниковым и сцинтилляционным. Однако надѐжность и простота дают возможность применять их, если не требуется высоко–энергетическое разрешение, для работы в области энергий ~0,2 кэВ, где полупроводниковый детектор неприменим. По сравнению со сцинтилляционным детектором пропорциональные счетчики имеют лучшее энергетическое разрешение, меньшие шумы, нечувствительны к магнитному полю.

15.Сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений.

Воснове сцинтилляционных процессов лежит явление, называемое люминесценцией. Люминесценция - поглощение энергии веществом и ее последующее испускание в виде видимого или близкого к видимому излучению. Вспышки света, вызванные заряженными частицами, называют сцинтилляциями. Эффективность регистрации напрямую связана с такой характеристикой сцинтиллятора, как световыход. Световыход - отношение среднего числа фотонов в одной сцинтилляции к энергии, потерянной заряженной частицей в сцинтилляторе. Со световыходом связана еще одна важная характеристика - конверсионная эффективность, покрывающая, какая часть поглощенной энергии переходит в энергию излучения. Для многих кристаллов конверсионная эффективность составляет 10-30%.

Ввеществе сцинтиллятора гамма-кванты непосредственно не производят ионизации, но в результате комптоновского рассеяния, фотоэффекта и образования пар появляются вторичные электроны, т.е. происходит процесс вторичной ионизации. Которые в дальнейшем фиксирует фотокатод (часть фотоумножителя).

Фотоэлектронный умножитель регистрирует вспышки и преобразует их в импульсы тока, причем амплитуда импульса пропорциональна интенсивности световой вспышки. Последующие электронные схемы преобразуют импульс тока в импульс напряжения с определенными параметрами, допускающими его подачу на вход аналого-цифрового преобразователя многоканального амплитудного анализатора импульсов.

Фотоумножитель служит для преобразования световых импульсов сцинтиллятора в электрические импульсы. Основными элементами ФЭУ является фотокатод, система ускоряющих электродов (динодов) и анод. Сцинтиллятор с помощью оптического клея прикрепляется к торцу стеклянного баллона ФЭУ. Полупрозрачный металлический слой на торце ФЭУ представляет собой фотокатод. Свет сцинтилляций выбивает из фотокатода электроны, которые фокусируются на первый динод ФЭУ, вторичные электроны разгоняются и фокусируются электрическим полем на следующий динод и т.д. в ФЭУ используется 12-20 динодов. Материал динодов имеет коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, поэтому на каждом диноде число электронов умножается.

Процессы в детекторе:

1.Поглощение излучения в сцинтилляторе и образование заряженных частиц;

2.Ионизация и возбуждение атомов и молекул сцинтиллятора заряженными частицами и излучение фотонов света;

3.Собирание фотонов света светового излучения на катоде ФЭУ;

4.Поглощение фотонов света в катоде ФЭУ и выход фотоэлектронов.

16.Характеристики сцинтилляционных детекторов. Конверсионная эффективность, техническая конверсионная эффективность, время высвечивания.

Основными характеристиками сцинтилляционных детекторов являются:

Конверсионной эффективностью (физический световой выход/световыход)

сцинтиллятора называется отношение энергии, излучаемой сцинтиллятором в виде вспышки света, к поглощенной энергии частицы или кванта.

17

где n - среднее число фотонов, выходящих наружу, hν - средняя энергия фотонов. Конверсионная эффективность используемых сцинтилляционных детекторов находится в пределах от долей процента до 30 %, для многих кристаллов – 10-30%.

Техническая конверсионная эффективность — отношение световой энергии,

используемой фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), к энергии регистрируемого излучения, теряемой в сцинтилляторе (определяется в % от светового выхода антрацена или иодистого натрия, активированного таллием). Технический световой выход зависит не только от конверсионной эффективности сцинтиллятора, но также от прозрачности сцинтиллятора к собственному излучению и оптических свойств контейнера, в котором находится сцинтиллятор. Для сравнения одинаковых по типу и размерам сцинтилляторов используется понятие относительной эффективности, которая показывает, во сколько раз амплитуда импульсов сцинтилляционного счетчика с одним сцинтиллятором больше амплитуды импульсов того же счетчика с другим сцинтиллятором при регистрации одного и того же излучения.

Время высвечивания — время, в течение которого интенсивность сцинтилляции уменьшается в «е» раз от максимальной. Кристаллы, употребляемые в качестве сцинтилляторов должны быть флуоресцирующими, т.е. испускать свет сразу после возбуждения. Для

неорганических кристаллов время высвечивания составляет 10-7, для органических кристаллов

10-8-10-9 с.

Все характеристики сцинтилляторов зависят от их химического состава, размеров и степени чистоты.

17.Типы сцинтилляторов. Свойства и характеристики органических и неорганических сцинтилляторов.

Сцинтилляторы бывают твердыми, жидкими или газообразными. Твердые

кристаллические сцинтилляторы делятся на два класса: неорганические и органические. Неорганические сцинтилляторы представляют собой соли металлов (чаще

щелочных), активированные атомами тяжелых металлов (Ag, Sn, Тl), обладают большим световыходом и малым временем высвечивания (10-7 с) при температуре порядка -200 °С. Для детектирования тяжелых заряженных частиц чаще всего используются сцинтилляторы CsI(Tl) и ZnS(Ag), для регистрации гамма-квантов — NaI(Tl), СаF2 (обладают большим средним порядковым номером Z и высокой плотностью).Малой гигроскопичностью обладают кристаллы CsI, которые могут использоваться в сцинтилляционных счѐтчиках даже в атмосферных условиях. Все они позволяют выращивать крупные кристаллы, которые затем соответствующим образом обрабатываются.

Существует большое количество сцинтилляторов, весьма эффективных, но из них не удаѐтся вырастить большие кристаллы для детекторов. Например, ZnS(Tl) – обладает малой гигроскопичностью, высокой конверсионной эффективностью, достигающей 20-25% и практически независимой от энергии регистрируемых частиц. В этой связи следует также упомянуть ZnS(Ag) используемый для регистрации α-излучения. Такие детекторы имеют невысокое разрешающее время 10-3 сек, но с успехом используются при регистрации тяжѐлых заряженных частиц.

Органические сцинтилляторы. Этот класс сцинтилляторов подразделяется на органические монокристаллы и прозрачные растворы. Органические сцинтилляторы имеют следующие особенности:

малое время высвечивания (10–8- 10–9 с), приближающееся ко времени жизни отдельной молекулы в возбужденном состоянии;

световыход органических сцинтилляторов для электронов значительно выше, чем для тяжелых частиц, например для a -частиц (в 10 раз);

18

Органическими монокристаллами в основном являются ароматические углеводороды (антрацен, стильбен, нафталин и т. д.). Органические кристаллы обычно не активируют. Антрацен —имеет наибольшую среди органических сцинтилляторов конверсионную эффективность (≈ 4 % ), с понижением температуры до –70 °С конверсионная эффективность достигает 6 % . Гигроскопичен. Кристалл очень непрочен и при резких изменениях температуры растрескивается. Используется обычно для регистрации b -излучения.

Стильбен —крайне хрупок, не допускает резких колебаний температур. Конверсионная эффективность меньше, чем у антрацена, и составляет около 2 % , но он химически устойчив и может применяться без контейнера, его кристаллы выращивают больших размеров. Значительно меньше время высвечивания быстрой компоненты. Применяется для регистрации нейтронного и g -излучения.

Жидкие сцинтилляторы уступают кристаллическим по световыходу и разрешению. Однако они обладают рядом неоспоримых преимуществ:

жидкие сцинтилляторы можно использовать в больших объемах, так как они сравнительно просты в изготовлении и их стоимость относительно невелика;

в жидких сцинтилляторах можно растворять вещества, содержащие стабильные и радиоактивные нуклиды;

малое время высвечивания (10-8 – 10-9 сек).

18.Характеристики детекторов ядерных излучений. Счетная характеристика. Спектральная характеристика.

Детекторы ядерных излучений (ДЯИ) – это приборы для детектирования альфа, бета, гамма, характеристического, рентгеновского и иных видов излучения. Используются для определения состава излучения, его интенсивности, спектральных характеристик.

Действие всех ДЯИ основано на ионизации или возбуждении атомов среды детектора. В случае гамма и нейтронного излучения – вторичные процессы ионизации среды.

Характеристики счетные ДЯИ:

1.Эффективность регистрации – отношение числа частиц зарегистрированных детектором к общему числу частиц, испущенных источником.

2.Аппаратурное распределение импульса – измеренное в течении заданного времени распределение числа импульсов, возникающих на выходе детектора.

3.

n – число каналов, приходящихся на пик полного поглощения;

Е21 – Энергии, соответствующие пику полного поглощения, от энергии источника n2-n1 – номер канала реакции.

4.Эффективный центр детектора – условная точка чувствительного объема детектора, по отношению к которой абсолютная эффективность регистрации при перемещении ИИИ

изменяется по закону обратных квадратов.

L1 и L2 – расстояния (точки)

 

 

 

 

 

ε(L1)

и

ε(L2)

абсолютная

эффективность

регистрации

в

L1 и

L2

h – эффективное расстояние от крышки детектора до эффективного центра чувствительного объема детектора

5.Собственный фон – скорость счета импульсов определяемая наличием радиоактивных нуклидов в конструкционных элементах и материалах детектора.

6.Время нарастания импульса напряжения – время в течении которого на выходе детектора импульс напряжения (тока) нарастает в пределах от 10 до 90% от амплитудного значения.

19

7.Мертвое время – это время, в течении которого информация о которых искажается или не регистрируется детектором или усилителем.

8.Живое время – время, в течении которого регистрация частиц, поступающих в детектор регистрируется без помех.

Спектральные характеристики ДЯИ

1.Отношение сигнал/шум – отношение выходного заряда от детектора при регистрации ионизирующей частицы данной энергии к шуму детектора, измеренного при данной энергии

2.Энергетическое разрешение – величина, характеризующая способность детектора различать энергии обнаруживаемых частиц и определяемая как полная ширина на половину высоты амплитудного распределение пика полного поглощения.

3.Выходной сигнал – количество электричества на выходе детектора, обусловленное сбором заряда в чувствительной области детектора.

19.Спектрометрия фотонного излучения (гамма-спектрометрия). Основные параметры гамма-спектрометров. Эффективность регистрации. Энергетическое разрешения. Аппаратурный спектр. Расчет активности точечного источника.

А. Пик полного поглощения (фотопик)

Этот пик объединяет импульсы, возникающие в результате фотоэлектрических взаимодействий с полной потерей энергии в детектирующей среде. Некоторые отсчеты возникают также в результате единичных или многократных событий комптоновского рассеяния, за которыми следует фотоэлектрическое поглощение. Ширина этого пика определяется, в основном, статистическими флуктуациями величины заряда, образованного этими взаимодействиями, а также вкладом от электроники обработки импульсов. Центроида пика соответствует энергии фотона E0. Площадь пика за вычетом фона представляет полное число взаимодействий с полной потерей энергии в детекторе и обычно пропорциональна массе излучающего изотопа.

Б. Континуум комптоновского фона

Эти импульсы, гладко распределенные до максимальной энергии c E, образуются в результате взаимодействий, происходящих только с частичной потерей энергии фотона в детекторе. В более сложных спектрах комптоновское рассеяние является основным источником фоновых отсчетов под пиками полного поглощения.

В. Комптоновский край

Это часть спектра, которая соответствует максимальной потере энергии падающим фотоном в процессе комптоновского рассеяния. Она представляет собой широкий асимметричный пик, соответствующий максимальной энергии c E, которую фотон гамма-излучения с энергией 0 E может передать свободному электрону в однократном событии рассеяния. Это соответствует «лобовому» столкновению между фотоном и электроном, в результате которого электрон движется вперед, а гамма-квант рассеивается назад на 180°.

Г. "Комптоновская долина"

Для моноэнергетического источника импульсы в этой области возникают либо в результате многократного комптоновского рассеяния, либо в результате взаимодействий с полной потерей энергии фотонами, которые подверглись рассеянию на небольшие углы (в материале источника или в промежуточных материалах) перед тем, как попасть в детектор. Не рассеянные фотоны

20