Однокристальный гамма-спектрометр фотопоглощения.
Блок-схема однокристального гамма-спектрометра фотопоглощения показана на рисунке 8.3:
1 2
3
4
5
1-кристалл; 2-ФЭУ; 3-усилитель; 4-многоканальный амплитудный анализатор;
5-счетное устройство
Возникающие в системе «кристалл – ФЭУ» импульсы усиливаются в усилителе 3 и поступают на амплитудный анализатор 4; последний позволяет измерять дифференциальный спектр амплитуд импульсов, т.е. зависимость n = f(A) (n - число импульсов, A - их амплитуда). Каждый канал многоканального амплитудного анализатора регистрирует импульсы в определенном интервале амплитуд, т.е. от A1 до А2, от А2 до A3 ...отАm-1 до Am, где m - число каналов. Далее амплитудное распределение импульсов регистрируется счетным устройством 5. Важным достоинством спектрометра является высокая эффективность. Например, для гамма-квантов с Ег = 0,5 МэВ и кристаллом NaJ(Tl) толщиной 20 мм η = 48%, а при толщине 40 мм - 75%. Даже для гамма-квантов с энергией 2 МэВ при кристалле такой же толщины ~ 45%.
Таким образом, возрастание размеров сцинтиллятора в однокристальном гамма-спектрометре позволяет улучшить вид аппаратурной линии, поскольку при этом увеличивается площадь пика полного поглощения, положение которого определяет энергию регистрируемого гамма-излучения. Этот метод подавления непрерывного распределения и побочных пиков в отличие от многокристальных спектрометров не усложняет конструкцию сцинтилляционного блока детектирования и не снижает эффективность регистрации гамма-излучения, что имеет решающее значение при гамма-спектрометрии на АЭС. Однако энергетическое разрешение d, определяемое по ширине пика полного поглощения, ухудшается с увеличением размеров сцинтиллятора.
Причинами ухудшения энергетического разрешения при увеличении размеров сцинтиллятора являются возрастание разброса длины пути, проходимого фотонами вспышки до входного окна ФЭУ, а также рост неоднородности распределения активатора по объему сцинтиллятора.
Для улучшения разрешения исключают промежуточные среды (вазелин, оптический клей) между сцинтиллятором и ФЭУ. В этом случае оптический контакт достигается жестким скреплением сцинтиллятора и ФЭУ в общем корпусе. Такая неразборная конструкция называется сцинтиблоком.
Двухканальный гамма- спектрометр фотопоглощения с защитой антисовпадениями
Основной недостаток однокристального спектрометра состоит в том, что в спектре всегда присутствует сплошное комптоновское распределение, а иногда и дополнительные пики, затрудняющие обработку результатов измерений.
Был разработан вариант спектрометра фотопоглощения, позволяющий существенно уменьшить комптоновский фон и исключить пики, связанные с образованием пар. Спектрометр может использоваться для определения энергии в диапазоне от нескольких кэВ до 12 МэВ.
Рассмотрим его устройство и принцип действия. Центральный кристалл (датчик-анализатор) со всех сторон окружен вторым сцинтиллятором (дополнительным датчиком). Последний регистрирует гамма-излучение, покидающее датчик-анализатор; оно состоит из фотонов, испытавших комптоновское рассеяние или образовавшихся в результате аннигиляции пар. Если в центральном кристалле единственным процессом является фотоэффект, то дополнительный сцинтиллятор не срабатывает, импульс от датчика-анализатора идет на схему антисовпадений АС и открывает регулирующий одновибратор и идет далее на электронный ключ. По другому пути сигнал идет через усилитель. В итоге открывается электронный ключ. Если же в центральном кристалле идут процессы комптоновского рассеяния и образования пар, то схема антисовпадений не срабатывает, регулирующий одновибратор остается закрытым, и импульс, пройдя через усилитель, не открывает электронного ключа. В результате комптоновская часть спектра уменьшается в 6-10 раз. Описанный прибор часто называют фотоспектрометром с защитой антисовпадениями.
Рис.8.4 Двухканальный гамма-спектрометр фотопоглощения с защитой антисовпадениями
1 – датчик-анализатор; 2 – дополнительный датчик; 3 – схема антисовпадений;
4 – усилитель; 5 – регулирующий одновибратор; 6 – электронный ключ;
7 – амплитудный анализатор; 8 - счетчик
2
3
5
8
1
4
6
7