Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Razdel_4.doc
Скачиваний:
10
Добавлен:
18.11.2019
Размер:
105.13 Mб
Скачать

5.2 Спектрометри

Спектрометри з сцинтиляційними детекторами. Основним елементом сцинтиляційного спектрометра є сцинтиляційний детектор, який складається зі сцинтилятора (робочої речовини детектора) і фотоелектронного помножува-ча (ФЕП), який перетворює світловий сигнал детектора в електричний. Процес реєстрації окремої частинки сцинтиля-ційним детектором містить наступні етапи:

1) енергія частинки (або її частина) поглинається сцинтилятором, приводячи до появи іонізованих і збуджених молекул;

2) збуджені молекули, повертаючись до вихідного стану, висвітлюють фотони (як правило, у видимому чи ультрафіолетовому діапазоні);

3) світло із сцинтилятора, поширюючись по об’єму сцинтилятора і відбиваючись від його стінок, потрапляє на фотокатод ФЕП (фотоелектронний помножувач);

4) на фотокатоді відбувається перетворення енергії світлового спалаху, при якому з фотокатоду вириваються електрони;

5) у динодній частині ФЕП здійснюється помноження електронів;

6) на заключному етапі формується імпульс струму на аноді ФЕП.

Серія спектрометрів СКС-99 “Супутник” (рисунок 5.1) призначена для вирішення широкого кола питань радіаційного контролю: контроль продуктів харчування, води, будівельних матеріалів, лісової продукції та інших об’єктів зовнішнього середовища. Можливе вимірювання активності альфа-, бета-, гама-випромінюючих радіонуклідів як в лабораторних, так і польових умовах. Структурно СКС-99 складається з вимірювального пульта “Супутник”, до якого можуть підключатись, в залежності від завдань, різноманітні блоки детектування. В пульт вбудовані акумуляторний блок живлення, лінійний підсилювач, процесор, постійний запам’ятовуючий пристрій, оперативний запам’ятовуючий пристрій, амплітудно-цифровий перетворювач та блок індикації.

Спектрометри з напівпровідниковими детекторами. У напівпровідниковому детекторі (НПД) взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною детектора призводить до утворення носіїв електричних зарядів, які створюють імпульс електричного струму у зовнішньому ланцюгу НПД, який після підсилення передається на вхід аналізатора імпульсів.

Енергетична роздільна здатність напівпровідникових детекторів у 15-20 разів краща, ніж енергетична роздільна здатність сцинтиляційних детекторів. У них немає проміжних

Рисунок 5.1 – Спектрометр СКС-99 ”Супутник”

перетворень енергії на світлові фотони, отже менші витрати енергії на один зібраний на вихідному електроді носій струму.

Дійсно, розкид амплітуд імпульсів від моноенергетич-них гама-квантів визначається тільки флуктуаціями кількості зарядів утворених електронів. У сцинтиляційному блоці детектування частинка втрачає енергію у середньому близько 1 кеВ на один фотон, що потрапляє на фотокатод. В германієвому НПД частина втрачає 2,94 кеВ на утворення пари електрон-дирка. Таким чином, на 2 МеВ поглинутої енергії в НПД утворюється близько 3105 носіїв заряду.

Оскільки можливі відносні відхилення у кількості утворення пар носіїв пропорційні , де - середня кількість носіїв, то статистичний розкид амплітуд імпульсів виявляється на порядок меншим, ніж для сцинтиляційного блоку детектування. Від цього розкиду амплітуд імпульсів і залежить власна роздільна здатність детектора. Тому енергетична роздільна здатність спектрометра з НПД переважає роздільну здатність сцинтиляційного гама-спектро-метра з кристалом NaJ(Tl).

Ідентифікація радіонуклідів здійснюється за характером піків поглинання і періодам напіврозпаду. Кількісний розрахунок активності радіонуклідів у досліджуваному джерелі проводять за найбільш явно вираженими піками поглинання.

Напівпровідниковий спектрометр “Прогресс-гамма” (рисунок 5.2) забезпечує можливість обробки складних спектрів, визначення активності радіонуклідів в пробах з нестандартним або невідомим радіонуклідним складом. Складається з блоку детектування на основі детектора з особливо чистого германію з ефективністю 10-60% і більше, поміщеним в посудину Дюара, попереднього підсилювача, блоку живлення, підсилювача, свинцевого захисту детектора від фонового випромінювання (товщиною 5-8 см), блоку аналізатора, програмного забезпечення.

Рисунок 5.2 – Напівпровідниковий спектрометр “Прогресс-гамма”

Радіометр-спектрометр універсальний МКС-А02 (рисунок 5.3). Застосовується для виявлення і локалізації радіоактивних джерел, вимірювання кількісних характеристик альфа-, бета-, гама- і нейтронного випромінювань, ідентифікації гама-випромінюючих радіонуклідів, зберігання виміряних спектрів для подальшої обробки на комп’ютері.

Рисунок 5.3 – Радіометр-спектрометр універсальний

МКС-А02

Одноплатний спектрометр SBS-30. Одноплатний спектрометр SBS-30 вмонтовано в комп’ютер VT-160 (може встановлюватися у будь-який комп’ютер, який сумісний з IBM) і управляється комп’ютером.

Призначення. Одноплатний спектрометр SBS-30 призначений для перетворення імпульсних сигналів від детектора іонізуючого випромінювання з наступним накопленням інформації для одержання амплітудних спектрів джерел іонізуючого випромінювання.

Вимірювальний пристрій зібрано за схемою, яка показана на рис. 5.4.

Плата

SBS-30

в комп’ютері

Фото-електронний

помножувач

NaI

сигнал

Блок

живлення

Рисунок 5.4 – Вимірювальний пристрій

УВАГА !!! На платі SBS-30, що вмонтована у комп’ютер,

виробляється висока напруга (до 3000 вольт), тому

вмикати комп’ютер і запускати в роботу

програмний емулятор SBS-30 без викладача

категорично заборонено !!!

Програма SBS-30 призначена для створення комплексного математичного і програмного забезпечення спектрометричного аналізу.

Програмне забезпечення. Програма забезпечує такі можливості:

5.2.1 Вибір параметрів режиму роботи спектрометра;

а) значення вихідної напруги джерела живлення;

б) час піднімання напруги;

в) коефіцієнт підсилення;

г) зміщення нульового каналу;

д) дискримінатори нижнього і верхнього рівнів;

5.2.2 Вибір установок набору;

а) по живому, дійсному і поточному часу;

б) по кількості відліків в максимальному каналі;

в) по інтегралу (по сумі відліків на проміжку каналів);

5.2.3 Запуск і зупинка набору спектра;

5.2.4 Перегляд спектра з можливістю вибору лінійного або логарифмічного масштабу, замальовка спектра, розтяг і стискування спектра як по вертикалі, так і по горизонталі, в тому числі і по часу набору;

5.2.5 Спостереження процесу набору спектра і його параметрів;

5.2.6 Збереження і загрузка спектра з диску;

5.2.7 Вихід в середовище операційної системи DOS без зупинки набору спектра;

5.2.8 Запуск програми обробки спектрів і передачі їй необхідних

даних;

5.2.9 Встановлення всіх кольорів візуалізації програми.

Запуск програми. Для запуску програми емулятора потрібно ввійти в директорію “SBS“ і натиснути “Enter“. В даній директорії маркером помітити виконуючий файл, який виконується, “sbs.exe“ і натиснути “Enter“. На екрані з’являються вікна головного меню. Сюди входить: 1 - вікно головного меню, 2 - вікно данних, 3 - основне вікно спектра, 4 - робоче вікно спектра, 5 - вікно етикетки програми. У вікні головного меню розміщені назви пунктів меню: “Диск“, “Режим“, “Уставки“, “Набор“, “Обработка“, “Просмотр“.

В ідмітивши курсором меню “Диск“ та натиснувши на на “Enter“ на екрані з’являються такі пункти підменю (рис.5.5):

Рисунок 5.5 – Підменю меню “Диск“

Підменю “Загрузить“ дозволяє завантажити існуючий спектр з файлу. Для цього потрібно встановити маркер на відповідний файл і натиснути на кнопку “Enter“.

“Сохранить“ - можна зберегти спектр в файлі з вказаною назвою. Розширення файлу завжди буде “SPR“, яке задається програмою автоматично.

“Дисковод“ - в цьому пункті можна змінювати потоковий дисковод на ті, з якими Ви будете працювати.

“Цвет“ - вибравши цей пункт меню, можна змінювати кольори програми, зберегти введені зміни в файлі або відновити раніше встановлені кольори програми.

“DOS“ - вибравши цей пункт меню і натиснувши на “Enter“, Ви можете вийти в операційну систему DOS, не зупиняючи роботи програми емулятора. Для повернення в програму потрібно набрати на екрані “Exit“ і натиснути на “Enter“.

“Выход“ - цей пункт меню дозволяє вийти з програми після закінчення роботи. Натиснувши на “Enter“, на екрані з’являється запитання: “Вы уверены, что хотите ВЫЙТИ из программы? “ і запропонує дві відповіді: “Да“ і “Нет“. Якщо спектр не був збережений, то знову з’явиться запитання: “Спектр сохранять? “ і запропонує дві відповіді: “Да“, “Нет“.

Ввід чисел. Існують два способи вводу чисел.

При першому способі крім того, що число можна вводити за допомогою кнопок цифр, поточну цифру (на якій знаходиться маркер) можна збільшити або зменшити за допомогою кнопок “стрілка вверх“ або “стрілка вниз“ відповідно. Керувати розміщенням маркера можна за допомогою кнопок “Home“, “End“, “стрілка вліво“, “стрілка вправо“. Слід підкреслити, ввід організовано так, що на екрані не може з’явитись число, яке більше або менше максимально або мінімально допустимого. Тому може виникнути така ситуація, що Ви натискаєте на кнопки цифр, а на екрані вони не з’являються. Ввід закінчується натисканням кнопки “Enter“. Відмова від вводу - “Esc“.

Другий спосіб вводу застосовується у випадку, коли число, яке вводиться, може приймати тільки визначене дискретне значення. При цьому способі вводу на екрані з’являється вертикальна масштабна шкала з кольоровим стовпчиком, що відповідає поточному значенню вводимого числа. На шкалі розміщено віконечко, в якому показано потокове значення. Змінювати числові значення можна за допомогою таких кнопок: “стрілка вверх“ - збільшити до наступного дискретного значення; <стрілка вниз> - зменшити до наступного дискретного значення; “PgUp“ - збільшити грубо; “PgDn“ – зменшити грубо. Ввід закінчується натисканням кнопки “Enter“. Відмова від вводу - “Esc“.

Ввід текста. Текстова інформація вводиться за допомогою кнопок букв, цифр і знаків. Розміщенням курсору можна керувати кнопками “Home“, “End“, “стрілка вліво“, “стрілка вправо“. Кнопка “Del“ знищує потоковий символ, “Backspace“ - попередній. Кнопка “Ins“ перемикає режими “ввод/смена“ (в режимі “смена“ курсор менше, ніж в режимі вводу).

Задання режиму роботи спектра. Для задання режиму роботи спектра потрібно вибрати пункт головного меню “Режим“. При цьому на екрані з’являються меню з наступними пунктами (рис. 5.6):

Рисунок 5.6 – Меню “Режим“

Скориставшись першими шістьма пунктами, можна задати значення вихідної напруги джерела живлення і час його збільшення, коефіцієнт підсилення, зміщення нульового каналу, дискримінатори верхнього і нижнього рівнів, кількість каналів спектру. Останні два пункти дають можливість зберегти в файлі даних потоковий режим роботи спектра (“Сохранить“) або відновити раніше збережений режим (“Восстановить“).

Вихідна напруга джерела живлення. Вибравши пункт меню “Напряжение“, на екрані з’являються ще два підменю “Значение“ і “Время наростания“. Вибравши пункт меню “Время наростания“, можна ввести число секунд, яке потрібне для безпечного піднімання напруги від нульового значення до потрібного. Пункт “Значение“ дозволяє ввести і встановити значення високої напруги на виході джерела живлення. Ввід значень відбувається в режимі масштабної шкали (див. “Ввод чисел“). Увага! Самостійно напругу не піднімати!!!

Коефіцієнт підсилення. Виберіть пункт меню “Усиление“. Значення коефіцієнта підсилення вводиться в режимі масштабної шкали (див. “Ввод чисел“ ).

Зміщення нульового канала. Вибравши пункт меню “Смещение“, можна ввести кількість каналів зміщення (див. “Ввід чисел“).

Дискримінатори нижнього і верхнього рівнів. Виберіть пункт меню “ДНУ“ або “ДВУ“ і встановіть маркер спектра за допомогою кнопок “Home“, “End“, “PgUp“, “PgDn“, “Стрілка вліво“ і “Стрілка вправо“ на потрібний канал і натисніть кнопку “Enter“. Для відмови від команди - “Esc“.

Кількість каналів спектра. Виберіть пункт меню “Каналы“, а потім виберіть в меню, яке з’явиться, кількість каналів спектра, яка Вам потрібна.

Задання установки набору. Для задання установки (граничного значення параметра набору, досягнувши якого набір зупиняється) потрібно вибрати пункт головного меню “Уставки“. При цьому на екрані з’являється підменю з такими пунктами (рис. 5.7):

Рисунок 5.7 – Меню “Уставки“

Перших три пункти дозволяють задати установку по живому, дійсному або потоковому часу, “Набор“ - по найбільшій кількості відліків в каналі, “Интеграл“ - по сумі відліків на проміжку каналів. Пункт меню “Отмена“ знищує вибрану раніше установку.

ЗАУВАЖЕННЯ! Якщо Ви під час набору спектра вийшли в операційну систему DOS, і в цей час набір закінчився, то періодично (раз в півхвилини) подається звуковий сигнал, незалежно в якій програмі Ви знаходитесь.

Час установки. Вибравши один із пунктів меню установок: “Живое время“, “Реальное время“ або “Текущее время“ вводите необхідну кількість годин, хвилин і секунд для набору спектра (див. “Ввод чисел“).

Установки по максимуму набору. Виберіть пункт меню “Набор“ і введіть число максимальної кількості відліків в каналі (див. “Ввід чисел“).

Установка по інтегралу. Виберіть пункт меню установок “Интеграл“. Потім послідовно задайте ліву і праву межу інтервалу. Для цього встановіть маркер спектра за допомогою кнопок “Home“, “End“, “PgUp“, “PgDn“, “Стрілка вліво“ і “Стрілка вправо“ на потрібний канал і натисніть кнопку “Enter“. Потім введіть число граничної кількості відліків (див. “Ввод чисел“).

Запуск і зупинка набору. Для керуванням набором спектра (розпочати, продовжити або припинити набір) потрібно вибрати пункт головного меню “Набор“. При цьому на екрані з’являється меню з такими пунктами (рис.5.8):

Набор

Начать

Продолжить

Остановить

Рисунок 5.8 – Меню “Набор“

Розпочати набір спектра. Виберіть пункт меню набору “Начать“ і введіть характеристики проби в режимі меню, що має такі пункти:

Дата отбора

Время отбора

Масса мг

Объем пробы (воздуха) куб.м

Описание

Начать набор

Для задання потрібної Вам характеристики виберіть відповідний пункт меню. Введіть дані за правилами, що описані в “Ввод чисел“. Для запуску набору потрібно вибрати відповідний пункт меню або натиснути кнопку “Esc“. На початку набору буфер спектра і таймер приймають нульове значення.

Продовжити набір спектра. Вибравши пункт меню набору “Продолжить“, можна продовжити раніше перерваний набір спектра.

Зупинити набір спектра. Вибравши пункт меню “Остановить“, можна зупинити набір спектра.

Перегляд спектра. Виберіть пункт головного меню “Просмотр“. При цьому на екрані замість вікна головного меню з’явиться вікно інформації про призначення функціональних кнопок, а замість етикетки програми - інформація про кнопки перемикання масштабів. Кнопка “Esc“ – вихід в головне меню. Пересувати маркер в робочому вікні можна за допомогою таких кнопок: “Стрілка вліво“ і “Стрілка вправо“ - на сусідній канал; “Ctrl“+“Стрілка вліво“ і “Ctrl“+“Стрілка вправо“ - на декілька каналів (залежно від горизонтального масштабу); “Home“, “End“ - на перший, останній канал у вікні; “Ctrl“+“Home“, “Ctrl“+“End“ - на перший, останній канал спектра. “Пролистать“ спектр можна за допомогою наступних кнопок: “PgUp“, “PgDn“ - вправо і вліво; “Ctr“+“PgUp“, “Ctrl“+“PgDn“ - вверх і вниз. “Стрілка вверх“, “Стрілка вниз“ - зміщує робоче вікно на одну лінію вверх і вниз.

Розтягнути і стиснути спектр в робочому вікні можна за допомогою наступних кнопок: “+“ і “-“ - горизонтально, “Ins“ і “Del“ - вертикально. Перемикання лінійного або логарифмічного масштабу в головному вікні - кнопкою “Пробел“, а вмикання і вимикання зарисовки - “Tab“. Оптимальний вертикальний масштаб (тобто такий масштаб, при якому ділянку спектра в робочому вікні повністю видно при максимальному вертикальному розтягу) встановлюється кнопкою “Enter“. Функціональні кнопки “F2“, “F3“, і “F4“ відповідно починають, продовжують і закінчують набір спектра (див. п. “Запуск і зупинка набору“.). Кнопка “F5“ дозволяє перейти в режим зміни підсилення. Після її натискання потрібно підтвердити Ваші наміри кнопкою “F7“. Натискання будь-якої іншої кнопки - відказ від зміни підсилення. Підсилення встановлюється аналогічно, як і в пункті меню “Усиление“ (див. п. “Коефіцієнт підсилення“), але зміна відбувається зразу, а не після натискання кнопки “Enter“. Для очищення спектра Ви можете використати кнопку “F9“. В режимі зміни підсилення кнопки керування переглядом не діють, за виключенням “Стрілка вліво“, “Стрілка вправо“ - один канал вліво або вправо і “Ctrl“+“Стрілка вліво“, “Ctrl“+“Стрілка вправо“ - перелистування спектра. Вихід із режиму зміни підсилення відбувається при натисканні кнопки “Esc“.

Запуск програми обробки спектра. Для запуску програми обробки спектра потрібно вибрати пункт головного меню “Обработка“. При цьому на екрані появляється підменю з такими пунктами:

Вибравши пункт “Имя программы“, задайте назву файлу програми, а при необхідності і назву каталогу по стандартним правилам операційної системи DOS. Запустити програму з вказаною назвою можна, вибравши пункт меню “Запуск программы“.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]