Универсальный спектрометрический комплекс уск гамма плюс
Современный вариант структурной реализации спектрометра базируется на применении ЭВМ (например, IBM совместимой персональной ЭВМ), которая помимо функций управления спектрометром проводит накопление измерительной информации и её обработку.
Благодаря совершенствованию схемных решений спектрометрического тракта, исключению избыточности, свойственной модульной системе, широкому применению новейших интегральных микросхем и достижениям технологии стала возможной компоновка на одной встраиваемой в ПЭВМ плате всего спектрометрического тракта, амплитудно-цифрового преобразователя, высоковольтного источника питания детектора, низковольтного источника питания предусилителя и согласующих каскадов связи с внутренним каналом ПЭВМ. Специально разработанное программное обеспечение для таких одноплатных спектрометров позволяет управлять ими непосредственно с клавиатуры ПЭВМ, обеспечивая задание коэффициента усиления, высокого напряжения, подаваемого на детектор и времени его установления, текущего и живого времени измерения и др. Помимо калибровки шкалы, спектрометр может рассчитать интегральную нелинейность и разрешение пиков спектра, проводить разложение на составляющие перекрывающихся пиков, рассчитывает положение и площадь пиков с их неопределенностями. Контроль работы спектрометра и его управление осуществляется оператором с помощью клавиатуры ПЭВМ, «мыши» и дисплея, на котором отображается необходимая информация. Диалоговый интерактивный режим с применением «меню» позволяет легко управлять спектрометром.
Большой объем памяти ПЭВМ обеспечивает хранение и использование не только программ управления и обработки, но также банка справочных данных. Это позволяет проводить полную обработку спектра, которая необходима при выполнении радионуклидного анализа. Все результаты измерений и их обработки могут храниться в ПЭВМ, а при необходимости выдаваться оператору или передаваться в информационную сеть.
Благодаря различным вариантам исполнения ПЭВМ сами спектрометры на их базе могут быть соответственно стационарными, передвижными или носимыми. В зависимости от типа монитора или дисплея «картинка» на нем может быть либо цветной, либо монохромной (черно-белой).
За счет соответствующего программного обеспечения можно в одну ПЭВМ встраивать несколько одноплатных спектрометрических устройств (до 4-х). В этом случае на базе одной ПЭВМ можно создавать спектрометрические системы с несколькими измерительными каналами как по видам излучения (альфа-, бета- и гамма-), так и по применяемым детекторам (например, для гамма-излучения - сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы). Благодаря возможности полной обработки информации, поступающей от различных измерительных каналов, такие системы могут использоваться в качестве информационно-измерительных и информационно-управляющих.
Изложенный подход был реализован, например, в спектрометрическом комплексе СКС-07П-Г (СКС-50). Аппаратурным ядром спектрометра является спектрометрическое устройство SBS-50, устанавливаемое в IBM-совместимую ПЭВМ. Все спектрометры этого комплекса построены по единой архитектуре и предназначены для регистрации энергетических распределений альфа-, бета-, гамма- и рентгеновских излучений. В зависимости от специфики применения спектрометры комплектуются блоками детектирования как собственного производства, так и изготавливаемые другими отечественными и зарубежными фирмами.
Рассмотрим подробнее универсальный спектрометрический комплекс (условное обозначение УСК ГАММА ПЛЮС). Он предназначен для измерения удельной (объемной) активности проб внешней среды, содержащих до 4-х радионуклидов из следующего перечня: цезий-137, калий-40 радий-226, торий-232 по спектру гамма-излучения (гамма-спектрометрический тракт) и для измерения удельной (объемной) активности строиция-90+иттрия-90 и калия-40, находящихся в объектах внешней среды, по их бета-излучению (бета-спектрометрический тракт).
Пробы для измерения активности радионуклидов по гамма-излучению могут быть приготовлены из строительных материалов, почвы, воды, донных отложений, продуктов растениеводства и животноводства. Диапазон плотностей измеряемых проб составляет от 0,3 до 1,5г/см3 с эффективным атомным номером Ζэфф.<15.
Пробы для измерения активности нуклидов по бета-излучению могут быть приготовлены из почвы, воды, продуктов питания и других объектов органического и неорганического происхождения.
Спектрометрический комплекс предназначен для измерения активности как необработанных ("сырых") проб, так и проб, подвергнутых специальной обработке с целью снижения значения минимальной измеряемой активности. Измерения по бета гамма-трактам осуществляются независимо.
Принцип работы универсального спектрометрического комплекса основан на преобразовании в рабочем объеме детектора энергии гамма-квантов или бета-частиц в световые вспышки (сцинтилляции), интенсивность которых пропорциональна энергии, потерянной гамма-квантом или бета-частицей в детекторе,
В качестве детектора используется монокристалл Nal(TI) размером 63х63 мм - в гамма-канале и сцинтиллятор на пластмассовой основе размером 70х 10 мм - в бета-канале.
Световые вспышки, попадая в ФЭУ. преобразуются в поток электронов, которые размножаются под действием приложенной разности потенциалов, в результате чего на выходе ФЭУ образуются импульсы электрического тока, амплитуда которых пропорциональна энергии частицы, потерянной в детекторе. Это обстоятельство обеспечивает принципиальную возможность измерения энергетического спектра регистрируемого гамма или бета-излучения.
Сигнал в блоке детектирования усиливается, формируется и преобразуется в импульс напряжения. Этот импульс поступает на вход АЦП, где он сортируется по амплитуде, преобразуется в цифровой код, позволяющий регистрировать и запоминать поступившую информацию в памяти ПЭВМ.
Таким образом, АЦП совместно с ПЭВМ образует программируемый многоканальный анализатор, сортирующий импульсы по амплитудам в соответствующие каналы, запоминающий поступившую информацию и обеспечивающий вывод этой информации или на монитор для визуального наблюдения, или на бумагу при помощи принтера. Программы, которыми оснащена ПЭВМ, позволяют управлять анализатором в различных режимах, а программное обеспечение, прилагаемое к комплексу позволяет автоматизировать процесс обработки измерительной информации.
Блок-схема УСК "Гамма Плюс" представлена на рис. 8.5
Рис. 8.5 Блок-схема УСК "Гамма-Плюс".
гамма-тракт (1А - блок детектирования, 1Б - свинцовая защита, 1В - аналогово-цифровой преобразователь, 1Г - блок питания (высоковольтный и (12В))
бета-тракт (2А - блок детектирования, 2Б - свинцовая защита, 2В - аналогово-цифровой преобразователь, 2Г - блок питания (высоковольтный и (12В))
ПЭВМ типа IBM PC/AT (ЗА - системный блок), ЗБ - монитор, 3В - клавиатура, ЗГ - принтер, ЗД - мышь).