спектрометрический способ измерения ядерных излучений и реализующая его спектрометрическая система

Формула изобретения

1. Спектрометрический способ измерения ядерных излучений, включающий измерение событий детектором и их последующую обработку только в разрешенном интервале времени, отличающийся тем, что определяют закон распределения временных интервалов между поступающими с детектора событиями, измеренными, например, аналогово-линейным методом, и осуществляют измерение ядерных излучений только в тех интервалах времени, в которых закон распределения временных интервалов между событиями носит экспоненциальный характер.

2. Спектрометрическая система для измерения ядерных излучений, содержащая измерительный (спектрометрический) канал, включающий линейный пропускатель, подсоединенный через RC-цепь к одному из выходов, например аноду, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) сцинтилляционного детектора, выход пропускателя через последовательно соединенные линейный аналоговый усилитель и линию задержки соединен с амплитудным анализатором импульсов, и канал временных интервалов следования импульсов (управляющий канал), включающий параллельно-последовательный ключ с компаратором, подсоединенный входом через накопительный конденсатор к другому выходу ФЭУ, например одному из динодов, а выходом подсоединенный к блоку формирования импульсов, последовательно соединенному со схемой время-амплитудного преобразователя, дифференциальным дискриминатором, генератором прямоугольных импульсов и через линейные ворота с амплитудным анализатором импульсов, отличающаяся тем, что в управляющий канал спектрометрической системы дополнительно введен спектрометрический канал временных интервалов, входом подсоединенный к выходу схемы время-амплитудного преобразователя временных интервалов и через переключатель и линейные ворота выходом соединенный с амплитудным анализатором импульсов, причем управляющие входы линейного пропускателя и линейных ворот через формирователь импульсов и переключатель подсоединены к выходу дифференциального дискриминатора, осуществляя обратную связь, позволяющую устанавливать соответствие области порога дискриминации дифференциального дискриминатора с областью распределения временных интервалов по экспоненциальному закону.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерения энергетических спектров ядерных излучений (нейтронов, гамма-квантов и др.) и их обработки с целью определения различных параметров исследуемых объектов, например определения изотопного состава ядерных материалов. В настоящее время относительно широкое распространение получили спектрометрические системы различной степени сложности. Общим свойством таких спектрометрических систем является преобразование энергии зарегистрированных частиц или квантов измеряемого излучения в электрическую или световую (в дальнейшем - в электрическую) энергии. В конечном итоге на выходе детекторного блока образуются электрические импульсы тока или напряжения, амплитуды которых пропорциональны энергиям зарегистрированных частиц или квантов. После амплитудного анализа этих импульсов в спектрометрическом устройстве формируется и запоминается энергетический спектр излучения. Полученный таким образом спектр принято называть аппаратурным. Чем точнее анализируемый аппаратурный спектр соответствует истинному распределению детектируемых частиц или квантов по энергиям, тем с большей точностью могут быть определены параметры исследуемых объектов.

Качество аппаратурного спектра в значительной степени зависит от характеристик узлов и элементов, входящих в состав спектрометра.

Наиболее часто современные спектрометры ядерных излучений строятся по общеизвестной схеме, содержащей детектор ядерных излучений (детекторный блок), блоки усиления и формирования электрических импульсов, амплитудный многоканальный анализатор электрических импульсов, устройство хранения и обработки измеренных спектров. Во многих случаях в качестве детекторного блока используются сцинтилляторы, обладающие сравнительно небольшими размерами и массой, высокой надежностью, простотой исполнения в сочетании с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), причем выходные импульсы детекторного блока могут сниматься как с анода ФЭУ, так и с одного или нескольких динодов [см., например, 1].

Одной из важных характеристик спектрометрических систем является их загрузочная способность, т.е. способность обеспечивать высокую степень приближения аппаратурного спектра, после его соответствующего преобразования, к истинному спектру измеряемого потока ядерного излучения, отражающему распределение зарегистрированных частиц или квантов по энергиям или каким-то иным параметрам. В условиях больших загрузок чем выше счетная загрузка спектрометрического тракта, тем хуже достоверность результатов измерений. Основные факторы, влияющие на достоверность получаемых данных при высокой загрузке, следующие:

- искажение формы получаемых спектров;

- большое число просчетов, приводящее к недостоверным оценкам абсолютных значений потоков измеряемых излучений.

Искажения формы спектров связаны с деградирующим влиянием мертвого времени используемой аппаратуры, а также влиянием совпадений событий регистрации и наложений импульсов в блоках спектрометра в пределах разрешающего времени детектора и регистрирующей аппаратуры. Просчеты, в основном, вызваны мертвым временем аппаратуры и детекторов. Следует заметить, что современные детекторы (сцинтилляционные, твердотельные полупроводниковые и др.) обладают быстродействием, намного превышающим быстродействие различных блоков регистрирующей аппаратуры, поэтому проблема улучшения загрузочной способности спектрометрических систем сводится, главным образом, к устранению влияния ограниченного быстродействия аппаратуры.

Задачу повышения загрузочной способности спектрометров можно решить или путем увеличения быстродействия всех блоков регистрирующего комплекса, или путем выборки из всего потока регистрируемых событий детектором ядерных излучений только части событий, но таким образом, чтобы в "разреженном" потоке событий было сохранено спектральное качество регистрируемых излучений "неразреженного" потока событий. В этом случае требования к быстродействию блоков регистрации могут быть снижены, а загрузочная возможность детекторного блока, в том числе сцинтилляторного, может быть существенно увеличена без снижения точности результатов измерения.

Известен способ получения "разреженного" спектра, снижающий влияние мертвого времени, получивший название "метода дискриминации временных интервалов" [2, с.8-18]. Но метод дискриминации временных интервалов требует управляющих схем с таким высоким быстродействием, которого достичь при современной элементной базе весьма проблематично. Например, при скорости регистрации =2·10 ⁹ Гц уже представляется возможным определение спектрального состава излучений практически любых импульсных источников нейтронов и гамма-квантов, но тогда скорость быстродействия управляющей схемы должна соответствовать 2·10¹¹ Гц.

Использование метода дискриминации временных интервалов в сочетании с линейным методом детектирования [2, с 16-19, 3] позволяет, практически, полностью реализовать загрузочные возможности собственно детекторов ядерных излучений (сцинтилляторов, полупроводниковых счетчиков и др.).

Суть линейного метода измерения ядерных излучений заключается в том, что на вход спектрометрического тракта анализируемые импульсы подаются с детектора через интегрирующую ячейку, содержащую накопительную емкость с электронным ключом [4]. С выхода детектора излучения импульсы тока, не подвергаясь формированию, при разомкнутом ключе поступают на конденсатор и далее на сопротивление нагрузки. Накопление заряда на конденсаторе происходит в течение времени Т, после чего ключ замыкается и разряжает конденсатор, затем ключ снова размыкается и процесс повторяется. Т> _д, _д - длительность импульсной характеристики детектора. Изменение заряда во времени определяется скоростью поступления импульсов и их амплитудой. Благодаря гальванической связи конденсатора с генератором тока, т.е. детектором, амплитудно-частотная характеристика сигнала на выходе конденсаторной ячейки не имеет завала даже при высокой частоте поступления импульсов с детектора.

Таким образом, в спектрометре с таким подключением к детектору влияние мертвого времени на форму аппаратурного спектра сведено к минимуму. При этом формирование величины заряда, т.е. амплитуды анализируемого импульса, является таким же элементарным флуктуационным актом (событием) распределения, как и акт появления одной частицы в первичном потоке измеряемого ядерного излучения. Анализ амплитудного распределения импульсов, снимаемых с конденсатора, дает такой же результат с учетом масштабного множителя, как и анализ неискаженного распределения энергий, регистрируемых детектором квантов излучения. Как показали эксперименты, линейный метод измерения обеспечивает принципиальную возможность выполнять измерения спектров ядерного излучения в потоках, обуславливающих скорость регистрации до 10¹²-10¹⁴ регистрации*c^-1 и перекрывать до 10-12 десятичных порядков исследуемых потоков излучения одним детектирующим устройством.

При указанной скорости регистрации заметное влияние на искажение аппаратурного спектра оказывают также наложения импульсов в пределах разрешающего времени детектора и регистрирующей аппаратуры _р, в которое входит время на формирование электрических сигналов и на восстановление базовых уровней электронных схем. При современной элементной базе дальнейшее увеличение скорости регистрации становится проблематичным, хотя в ряде практических случаев оно необходимо.

При использовании метода дискриминации временных интервалов в сочетании с линейным методом детектирования основная проблема состоит в том, чтобы выбрать наиболее оптимальное значение порога дискриминации временных интервалов Тд и закон выборки событий после обнажения поля событий (потока событий) сигналами, поступающими с дискриминатора временных интервалов, нижний уровень дискриминации которого устанавливается равным Тд.

Обратим внимание на то, что во всех публикациях по стохастическим процессам, события в которых являются независимыми, отмечается одно очень важное свойство: наиболее вероятны во времени групповые или "пачечные" появления событий [5, с 120-124]. Причем в одной "пачке" события распределены относительно равномерно и разделены либо короткими, либо более длинными временными интервалами в соответствии с законом распределения временных интервалов. При этом наблюдается, в частности для пуассоновских процессов, характерная особенность (наблюдения авторов): каждая "пачка" характеризуется набором в "пачке" временных интервалов в количестве более одного с более однородными по величине временными интервалами. Напрашивается предположение: если для измерения потоков ядерных излучений использовать лишь те "пачки" событий для регистрации, которые характеризуются оптимальными величинами интервалов, при которых сведены до минимума искажения спектра вследствие влияния мертвого времени и наложений, то появляется возможность существенного расширения загрузочных параметров спектрометров.

Поскольку импульсы следуют, группируясь по временным интервалам, то быстродействие спектрометра можно увеличить, выбирая для регистрации "пачки" с "нормальной" скоростью следования, т.е. осуществляя соответствующую дискриминацию временных интервалов.

Чтобы снизить требования к быстродействию управляющего канала, но при этом обеспечить высокую загрузку детектора без искажения аппаратурного спектра, авторами разработан линейный способ формирования временных интервалов между статистическими во времени событиями, обеспечивающий регистрацию только тех последовательностей импульсов, которые не дают искажения аппаратурного спектра.

Способ реализуется в спектрометрической системе путем использования в ее канале управления аналогово-линейной схемы определения временных интервалов следования событий, содержащей зарядный конденсатор, время-амплитудный преобразователь, дифференциальный дискриминатор, линейные ворота [2, с.17, 20-30].

При дальнейших исследованиях авторами было установлено, экспериментально подтверждено и теоретически обосновано, что в случае пуассоновских процессов наиболее вероятны последовательности событий (импульсов) с наибольшей однородностью частоты их следования в той области распределений измеряемых временных интервалов, где закон распределения измеряемых временных интервалов имеет экспоненциальный характер. Временная граница выхода распределения временных интервалов Т_ЕХР на экспоненциальный закон определяет уровень дискриминации временных интервалов Т_Д как Т_ДТ _ЕХР. При этом время обнажения поля событий Т сигналами с выхода дискриминатора временных интервалов должно подчиняться условию _Д<Т(1/2÷2/3) {Т}_ВР, где _Д - разрешающее время спектрометра; {Т}_ВР - средняя длительность временных интервалов в аналогово-линейном управляющем канале формирования временных интервалов. При этом всегда должно выполняться условие T<Т _Д.

Именно выделение последовательности импульсов с большой однородностью частоты следования импульсов от измеряемого ядерного излучения позволяет получить его спектр без искажающего влияния мертвого времени измерительной аппаратуры, просчетов и наложений измеряемых событий при высокой загрузке детектора.

Заявляется:

Спектрометрический способ измерения ядерных излучений, включающий измерение событий детектором с их последующей обработкой только в разрешенном интервале времени, отличающийся тем, что определяют закон распределения временных интервалов между поступающими с детектора событиями, измеренными, например, аналогово-линейным методом, и осуществляют измерение ядерных излучений только в тех интервалах времени, в которых закон распределения временных интервалов между событиями носит экспоненциальный характер.

Способ был осуществлен описываемой (и также заявляемой как изобретение) ниже спектрометрической системой, прошедшей экспериментальную проверку.

Известная спектрометрическая система [2, с. 17], взятая за прототип, имеет ограничения в применении, хотя и реализует линейный метод детектирования. Ограничения обусловлены максимальным приближением (совпадением) спектра временных интервалов к таковому спектру, получаемому от единичных импульсов. Однако при очень больших загрузках детектора технологично трудно избежать сверточного процесса (наложения пространства случайных событий).

В заявляемой спектроскопической системе эта трудность решена благодаря введению в управляющий канал блока, определяющего спектр временных интервалов, т.е. закон распределения временных интервалов, выделяющего экспоненциальный участок этого распределения и связанного дискриминатором для установления на нем порога дискриминации, обеспечивающим измерение излучения именно в промежутке времени, соответствующем экспоненциальному участку распределения временных интервалов.

Заявляется:

Спектрометрическая система, содержащая измерительный (спектрометрический) канал, включающий линейный пропускатель, подсоединенный через RC-цепочку к одному из выходов, например, к аноду, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) сцинтилляционного детектора, выход пропускателя через последовательно соединенные линейный аналоговый усилитель и линии задержки соединен с амплитудным анализатором импульсов, и канал временных интервалов следования импульсов (управляющий канал), включающий параллельно-последовательный ключ с компаратором, подсоединенный входом через накопительный конденсатор к другому выходу ФЭУ, например, к одному из динодов, а выходом подсоединен к блоку формирования импульсов, последовательно соединенному со схемой время-амплитудного преобразователя, дифференциальным дискриминатором, генератором прямоугольных импульсов, и через линейные ворота с амплитудным анализатором импульсов, отличающийся тем, что в спектрометрическую систему дополнительно введен спектрометрический канал временных интервалов, входом подсоединенный к выходу схемы время-амплитудного преобразования временных интервалов, и через переключатель и линейные ворота выходом соединенный с амплитудным анализатором импульсов, причем управляющие входы линейного пропускателя и линейных ворот подсоединены к выходу дифференциального дискриминатора через генератор-формирователь импульсов и переключатель.

Для оценки плотности регистрируемого потока гамма-излучения к выходу линейного переключателя через распределитель подключен вспомогательный канал счета общего числа зарегистрированных импульсов.

Пример осуществления способа будет показан при описании работы спектрометрической системы и полученных результатов измерений.

Блок-схема спектрометрической системы приведена на фиг.1, на которой приведенные в формуле изобретения блоки схемно представлены более подробно, причем обозначение каналов следующее:

I - измерительный спектрометрический канал;

II - канал временных интервалов (управляющий);

III - аналоговый или спектрометрический канал временных интервалов;

IV - вспомогательный счетный канал.

Обозначения на фиг.1:

1 - монокристалл NaI(Tl);

2 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);

3 - таймерное устройство;

4 - операционный усилитель;

5 - одновибратор;

6 - преобразователь (согласователь) уровней;

7 - триггер;

8 - инвертор;

9 - операционный усилитель;

10 - одновибратор;

11 - одновибратор;

12 - таймерное устройство;

13 - генератор тока;

14 - операционный усилитель;

15 - операционный усилитель;

16 - операционный усилитель;

17 - операционный усилитель;

18 - линейный аналоговый усилитель;

19 - дифференциальный дискриминатор;

20 - генератор-формирователь прямоугольных импульсов;

21 - линейный пропускатель;

22 - разветвитель;

23 - линия задержки;

24 - линейный аналоговый усилитель;

25 - линия задержки;

26 - линейные ворота;

27 - амплитудный анализатор импульсов;

28 - линия задержки;

29 - линейный аналоговый усилитель;

30 - линейный аналоговый усилитель;

31 - ограничитель отрицательных импульсов;

32 - ограничитель положительных импульсов;

33 - линейный аналоговый усилитель;

34 - одновибратор;

35 - операционный усилитель;

36 - одновибратор;

37 - пересчетное устройство.

Рассмотрим работу спектрометрической системы.

Поток измеряемых гамма-квантов от исследуемого образца падает на сцинтилляционный детектор 1 - монокристалл NaI(Tl), оптически сочлененный с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 2, анод и один из динодов которого используются в качестве выходов детекторного блока. Эти выходы подсоединены к двум каналам: I и II.

Токовые импульсы с анодной нагрузки ФЭУ направляются по спектрометрическому каналу I на вход линейного пропускателя 21, управление которым осуществляется нормализованными импульсами с выхода канала временных интервалов II.

Формирование управляющих импульсов в канале II осуществляется следующим образом. С выхода динода ФЭУ 2 аналоговые импульсы тока поступают на накопительный конденсатор С_н, подсоединенный к электроду 7 таймерного устройства 3, выполненного на микросхеме, включающей RS-триггер, микрокомпараторы и управляемый ключ. RS-триггеру таймерного устройства 3 обеспечивается режим работы одновибратора, что позволяет в исходном состоянии таймерного устройства нагрузить накопительный конденсатор С_н на высокоомное входное сопротивление R_k закрытого микроключа таймерного устройства 3. Поэтому на накопительном конденсаторе С_н начинает накапливаться заряд Q_н, что приводит к нарастанию напряжения на обкладках конденсатора. При достижении на конденсаторе С _н определенного уровня напряжения U_Н=Q_н /С_н, равного эталонному напряжению U₀ , задаваемого на микрокомпараторе таймера 3, т.е. при U_Н =U₀, микрокомпараторы таймера срабатывают и импульсом с выхода одного из микрокомпараторов открывается микроключ таймерного устройства 3. Накопительный конденсатор С_н при этом разряжается через низкоомное сопротивление открываемого микроключа таймерного устройства 3. При закрытом микроключе таймерного устройства на клемме 3 таймерного устройства 3 удерживается положительный потенциал, близкий по величине напряжению источника питания схемы. При открытии микроключа потенциал на клемме 3 снижается практически до нулевого уровня, т.е. на клемме 3 таймерного устройства 3 происходит отрицательный скачок напряжения, который через операционный усилитель 4 поступает на вход одновибратора 5. Одновибратор 5 срабатывает и на его выходе вырабатывается отрицательный импульс напряжения длительностью ₁, поддерживающий таймерное устройство 3 в течение ₁ в таком состоянии, при котором микроключ таймерного устройства открыт и на конденсаторе С_н накопления заряда не происходит. По окончании импульса ₁ микротриггер таймерного устройства опрокидывается, микроключ закрывается и на конденсаторе С_н вновь начинается накапливаться заряд Q_н. При достижении на конденсаторе уровня напряжения U_н=U₀ процесс разряда-заряда конденсатора С_н повторяется.

При этом отрицательные перепады напряжения длительностью ₁ с выходной клеммы 3 таймерного устройства 3 поступают на входы операционного усилителя 4 и согласователя уровней 6, затем на RS-триггер 7, после которого прямоугольные импульсы длительностью Т, равной длительности временного интервала, в течение которого происходит заряд конденсатора С_н, инвертируются инвертором 8, работающим в режиме триггера Шмидта, и затем поступают на неинвертирующий вход операционного усилителя 9. На выходе операционного усилителя 9 имеется дифференцирующая цепочка R₄C₄, с помощью которой выделяются передний и задний фронты поступающего прямоугольного импульса. Естественно, интервал между передними фронтами получаемых положительного и отрицательного импульсов равен временному интервалу Т.

Положительные импульсы с выхода цепочки R₄C₄ выполняют роль стартовых импульсов для схемы время-амплитудного преобразования, включающей одновибраторы 10, 11, таймерное устройство 12, генератор тока 13, накопительный конденсатор С_нВАП , операционный усилитель 14, формирующие RC-цепочки и операционный усилитель 15. Отрицательные импульсы с выхода цепочки R₄ C₄ играют роль останавливающих (стоповых) импульсов для схемы время-амплитудного преобразования. Одновибраторы 10 и 11 служат для окончательного формирования старт/стоповых импульсов схемы время-амплитудного преобразования, подаваемых на клеммы 2 и 4 таймерного устройства 12. В исходном состоянии микроключ таймерного устройства 12 открыт и зарядки накопительного конденсатора С_нВАП выходным током генератора 13 не происходит. При поступлении на клемму 2 импульса "старт" микроключ таймерного устройства 12 закрывается и начинается зарядка конденсатора С_нВАП током, поступающим с выхода генератора тока 13. По истечении времени Т "стоповый" импульс открывает микроключ таймерного устройства 12 и переводит таймерное устройство 12 в исходное состояние до следующего импульса "старт". Поскольку генератор 13 генерирует ток, имеющий постоянную величину i₃ и сопротивление R, включенное параллельно зарядной емкости С_нВАП, велико (величина R определяется входными сопротивлениями всех узлов и блоков, подсоединенных к С_нВАП ), напряжение на конденсаторе С_нВАП к моменту поступления импульса "стоп" достигает значения U _нВАП, линейным образом зависящего от величины Т; U _нВАП=А*Е, где А - константа, a U_нВАП=(Q _нВАП/С_нВАП), Q_нВАП - заряд, накопленный конденсатором С_нВАП к моменту поступления импульса "стоп".

Пилообразный импульс напряжения, образующийся на конденсаторе С_нВАП, поступает на вход операционного усилителя 14 и далее, после формирования с помощью цепочки R ₅C₅, - операционный усилитель 15 - С₇ , на вход операционного усилителя 15. На выходе операционного усилителя 15 при этом вырабатываются импульсы напряжения, амплитуда которых пропорциональна Т, а форма импульсов и их фронты приемлемы для нормальной работы всех последующих электронных узлов и блоков. Выходные импульсы операционного усилителя 15 являются, по существу, выходными импульсами схемы время-амплитудного преобразования (ВАП), при этом U_нВАП=*T, где =const.

Импульсы напряжения U_ВАП с помощью операционных усилителей 16 и 17 разветвляются на два канала: канал II, в котором формируются импульсы управления линейным пропускателем Т 21, и канал III, в котором аналоговые импульсы напряжения после соответствующего формирования и усиления могут быть поданы на вход линейных ворот 26 и далее - на вход амплитудного анализатора 27 для получения аппаратурного спектра временных интервалов N _T(V) Р(Т), где V - каналы анализатора, V T.

С выхода операционного усилителя 16 аналоговые импульсы поступают на вход линейного усилителя-формирователя 18, затем на вход дифференциального дискриминатора 19 и далее на вход внешнего запуска генератора прямоугольных импульсов 20. С выхода генератора 20 прямоугольные импульсы напряжения определенной фиксированной длительности T₁Т поступают на управляющий вход пропускателя 21.

С линейного выхода пропускателя 21 аналоговые импульсы напряжения, снимаемые с выхода детекторного блока, после разветвителя 22 поступают на входы линейного спектрометрического канала I и вспомогательного счетного канала IV. С выхода спектрометрического канала I аналоговые импульсы подаются на вход амплитудного анализатора 27.

Экспериментально установлено, что если в аппаратурном спектре временных интервалов N_T(V) Р(Т), измеренных и сформированных вышеописанным способом, наблюдается, начиная с некоторого значения временного интервала ТТ _ехр, экспоненциальная функциональная зависимость Р(Т)=ехр(-Т), где - некоторая константа, то:

1. В течение некоторого определенного времени Т, после обнажения поля событий временных интервалов ТТ _ехр распределения временных интервалов между событиями, фиксируемыми в интервале Т, имеют существенно большее разравнивание, чем это отмечено в работе [3].

2. Предложенный способ формирования канала временных интервалов (фиксация распределений временных интервалов не между одиночными событиями, а между группами событий) позволяет полностью использовать достоинства метода дискриминации временных интервалов, если порог дискриминации временных интервалов Т_Д выбран в области временных интервалов Т_Д=ТТ _ехр.

На фиг.2-7 представлены результаты измерений, выполненных при апробировании метода дискриминации временных интервалов с использованием аналогово-линейного формирования временных интервалов в управляющем канале II (фиг.1).

Измерения выполнены с монокристаллом NaI(Tl) с размерами: высота - 18 см, диаметр - 20 см. В качестве источника гамма-квантов в широком диапазоне энергий использовалась радионуклидная "линейка" из набора эталонных радионуклидных источников из комплекта образцовых спектрометрических источников гамма-излучения 1 разряда ОСГИ-3-2 (⁵⁴Mn; ⁶⁰Со; ¹³³Ba; ¹³⁷ Cs; ¹⁵²Eu; ²²⁸Th; ²⁴¹Am). Геометрическая ширина "линейки" составляла h=25 мм, длина L=120 мм. "Линейка" устанавливалась плоской частью вплотную к торцевой поверхности упаковочной обечайки монокристалла NaI(Tl). Наиболее характерные энергии гамма-квантов, излучаемых "линейкой": 60 кэВ (²⁴¹Ат), 122 кэВ ( ¹⁵²Eu), 238,6 кэВ (²²⁸Th), 356 кэВ (¹³³ Ва), 583,2 кэВ (²²⁸Th), 661,66 кэВ (¹³⁷ Cs), 1170 кэВ (⁶⁰Со), 1332,5 кэВ (⁶⁰ Со), 2614,53 кэВ (²²⁸Th).

Скорость регистрации гамма-квантов монокристаллом NaI(Tl) (загрузка спектрометра) составляла N300 кГц. Разрешающее время спектрометрического канала I, включающее время наложений и мертвое время, составляло _P= _Ф+=3,5 мкс. При определении скорости регистрации и разрешающего времени использован счетный канал IV.

На фиг.1-7 использованы следующие обозначения:

- аппаратурные спектры гамма-квантов, охватывающие более "жесткий" энергетический диапазон гамма-квантов;

ооооо - аппаратурные спектры гамма-квантов, охватывающие более "мягкий" энергетический диапазон гамма-квантов;

- калибровочные "кривые" F=F(V, Е).

Примечание: достоверность более "мягких" аппаратурных спектров гамма-квантов гарантируется в области слева от стрелки "А".

Вертикальные оси на рисунках с аппаратурными спектрами гамма-квантов:

Слева - N(V), счет/канал, V каналы анализатора;

Справа - линейная калибровочная шкала каналов анализатора E(V), МэВ.

Проведенные измерения показали, что при применении метода дискриминации временных интервалов с использованием аналогово-линейного формирования в канале временных интервалов II на аппаратуре с более низкими временными характеристиками (LP-4700) можно получить результаты не хуже, чем на аппаратуре, обладающей более высокими временными характеристиками (LP-4900), что подтвердило эффективность предлагаемых способа и спектрометрической системы.

На фиг.2 представлены аппаратурные спектры гамма-квантов, измеренные при непосредственной подаче импульсов напряжения с выхода фотоумножителя 2 на вход амплитудного анализатора LP-4700. При проведении этих измерений линейный пропускатель и управляющий канал II временных интервалов были отключены.

На фиг.3 представлены аппаратурные спектры гамма-квантов, измеренные с теми же формирующими входными уставками анализатора LP-4700, но методом дискриминации временных интервалов с использованием аналогово-линейного формирования в канале временных интервалов II. Порог дискриминации временных интервалов при данных измерениях составляет Тд=150 мкс, длительность прямоугольных импульсов по управляющему входу линейного пропускателя Т=40 мкс. Длительность управляющих импульсов Т выбрана в соответствии с экспериментальными данными о линейной области графика зависимости скорости чета N на выходе счетного канала IV от длительности управляющих импульсов Т (фиг.4).

Порог дискриминации Т_Д=150 мкс установлен в соответствии с данными об экспоненциальной области в спектре временных интервалов (фиг.5а, б).

На фиг.6 представлены аппаратурные спектры гамма-квантов, измеренные с помощью анализатора LP-4900, в котором формирование импульсов на входе АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) позволяет идентифицировать поступающие импульсы во временной области , которая для анализатора LP-4700 является областью заметных наложений. Особенность формирования импульсов напряжения в конверторе АЦП анализатора LP-4900 состоит в том, что оно эквивалентно 4-х кратному разравниванию временных интервалов регистрируемых событий (импульсов) по отношении ко входу АЦП анализатора LP-4700. Результаты измерений, представленные на фиг.3, практически полностью совпадают с результатами измерений, представленными на фиг.6, что подтверждает существенные разравнивающие возможности метода дискриминации временных интервалов в сочетании с аналогово-линейным методом формирования временных интервалов потока событий.

Аппаратурные спектры гамма-квантов, измеренные с помощью анализатора LP-4900 методом дискриминации временных интервалов с использованием аналогово-линейного метода формирования временных интервалов, полностью совпадают с такими же спектрами, измеренными с помощью анализатора LP-4700 (фиг.3), при этом в обоих случаях наблюдается аналогичная тенденция к незначительному ухудшению энергетического разрешения и линейности калибровочных шкал из-за соответствующих характеристик используемых линейных ворот 26 (фиг.1). Следует отметить весьма нежесткую критичность к разравнивающим свойствам метода дискриминации временных интервалов с аналогово-линейным формированием временных интервалов на фиксированность положения уровня дискриминации на границе области, в которой наблюдается экспоненциальный характер распределения временных интервалов. На фиг.7 представлены аппаратурные спектры гамма-квантов, измеренные при пороге дискриминации временных интервалов Т_Д=90 мкс, который фиксирован в области распределения временных интервалов, имеющей уже несколько заметное отклонение от экспоненциальной зависимости.

Результаты экспериментов полностью подтвердили работоспособность заявляемого способа измерения спектров ядерного излучения и дают возможность с уверенностью считать, что при использовании указанного способа с более качественной аппаратурой будут получены результаты, пока недостижимые с помощью выпускаемых в настоящее время спектрометров.

Список источников информации

1. Медведев М.Н. Сцинтилляционные детекторы. М.: Атомиздат, 1977 г.

2. Трыков О.А. Метод дискриминации временных интервалов в спектрометрии ядерных излучений. Препринт ФЭИ-2796, Обнинск, 1999 г.

3. Трыков О.А и др. Детектирующая система и установка для обнаружения и идентификации вредных компонентов в составе организованного потока бытовых и производственных отходов. Отчет о НИР ФЭИ - 10765, 2001 г.

4. Трыков О.А., Горячев И.В., Владимиров В.В. Линейный метод как способ расширения динамических возможностей детектирующих систем при проведении реакторно-физических исследований. Препринт ФЭИ-1098, Обнинск, 1980.

5. Яноши Л. Теория и практика обработки результатов измерений. М.: 2-е изд., "Мир", 1968 г.