СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МАСШТАБА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ШКАЛЫ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА Российский патент 1994 года по МПК G01V5/00 

Изобретение относится к гамма-спектрометрии и может быть использовано при создании низкофоновых гамма-спектрометров, используемых при определении содержаний естественных радиоактивных элементов в горных породах и морской воде, а также при экологических исследованиях поверхности Земли при определении загрязнения ее радионуклидами искусственного происхождения.

Одним из основных параметров, характеризующих качество гамма-спектрометра, является стабильность масштаба его энергетической шкалы. Под масштабом энергетической шкалы принято понимать отношение энергии гамма-кванта к номеру канала, в котором он регистрируется (КэВ/канал).

Известный способ стабилизации масштаба энергетической шкалы гамма-спектрометра по реперным гамма-излучателям с исключением гамма-квантов реперного излучателя из регистрируемого спектра [1] непригоден при создании низкофоновых гамма-спектрометров, так как принципиально невозможно полное исключение гамма-квантов реперного излучателя из регистрируемого спектра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ стабилизации масштаба энергетической шкалы сцинтилляционного гамма-спектрометра по световым импульсам полупроводникового светодиода [2] . Суть способа состоит в автоподстройке коэффициента передачи измерительно-преобразовательного тракта таким образом, чтобы соответствующая световому импульсу амплитуда (код) импульса на выходе измерительно-преобразовательного тракта была постоянной. Тогда, если обеспечена стабильность световых импульсов, коэффициент преобразования энергии сцинтилляций, возникающих в кристалле под воздействием гамма-квантов, в амплитуду (код) импульсов на выходе измерительно-преобразовательного тракта будет сохраняться постоянным. Такой способ стабилизации масштаба энергетической шкалы гамма-спектрометра пригоден для создания низкофоновых приборов, однако не обеспечивает ее стабильности в широком диапазоне температур, так как световыход сцинтилляционного кристалла (коэффициент преобразования энергии гамма-кванта в энергию сцинтилляции), не включенного в систему регулирования, изменяется с изменением температуры.

Целью изобретения является обеспечение стабильности масштаба энергетической шкалы в широком диапазоне температур в низкофоновых гамма-спектрометрах.

Цель достигается тем, что в способе стабилизации, включающем выделение импульсов реперного светодиода из приборного спектра и автостабилизацию амплитуды этих импульсов посредством регулирования коэффициента передачи по крайней мере одного из звеньев измерительно-преобразовательного тракта гамма-спектрометра, измеряют скорости счета импульсов в измерительных каналах, соответствующих энергетическим интервалам, расположенным справа и слева от каждой из одной или нескольких основных спектральных линий гамма-излучения естественных радиоактивных элементов. Сумма скоростей счета импульсов всех левых измерительных каналов сопоставляется с суммой скоростей счета всех правых измерительных каналов. По результату сопоставления этих сумм вырабатывается сигнал коррекции амплитуды световых импульсов таким образом, чтобы эти суммы были равны.

В горных породах и окружающих материалах в различных соотношениях содержатся естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ) торий и уран в равновесии с продуктами их распада (соответственно таллий-208 и висмут-214), а также калий-40. Основными спектральными линиями гамма-излучения ЕРЭ являются линии Е₁ = 2,62 МэВ (таллий-208), Е₂ = 1,76 МэВ (висмут-214) и Е₃ = 1,46 МэВ (калий-40). Этим линиям в приборном спектре соответствуют пики полного поглощения. Положение этих пиков на энергетической шкале и предлагается использовать для коррекции амплитуды световых импульсов.

На чертеже приведена часть аппаратурного спектра гамма-излучения горных пород и составляющие его компоненты, обусловленные гамма-излучением таллия-208,0 висмута-214 и калия-40.

Для осуществления предлагаемого способа выполняются следующие операции.

1. Выбирают пики ЕРЭ, соответствующие спектральным линиям Е, по положению которых в спектре предполагается осуществлять коррекцию амплитуды импульсов реперного светодиода.

2. Выбирают границы измерительных каналов слева и справа от спектральных линий так, чтобы скорости счета импульсов в этих каналах были равны между собой.

3. Устанавливают начальную амплитуду импульсов светодиода соответствующей порогу, выбранному для системы стабилизации по светодиоду.

4. Измеряют скорости счета импульсов в измерительных каналах, выбранных в соответствии с п. 2.

5. Сопоставляют между собой суммы скоростей счета всех "левых" и всех "правых" измерительных каналов. Суммирование производится с учетом весовых коэффициентов (Р_i), причем P_E1 > P_E2 >. . . > >P_En, где Е₁ > Е₂ >. . . > Е_n.

6. Регулируют амплитуду импульсов светодиода таким образом, чтобы сопоставляемые суммы (п. 5) были равны.

Сущность предложенного способа стабилизации масштаба энергетической шкалы гамма-спектрометра с использованием трех фотопиков ЕРЭ может быть пояснена по изображенному на чертеже спектру гамма-излучения горной породы следующим образом. При уменьшении масштаба энергетической шкалы гамма-спектрометра пики полного поглощения таллия-208, висмута-214 и калия-40 сдвинутся вправо относительно измерительных каналов 1, 2 и 3 соответственно. Вследствие этого скорости счета импульсов, обусловленные пиками полного поглощения, в правых каналах возрастут, а в левых уменьшатся. Сумма скоростей счета импульсов от правых каналов окажется больше, чем от левых, возникающее рассогласование приведет к увеличению амплитуды светового импульса. Вследствие автостабилизации амплитуды светового импульса уменьшится коэффициент усиления измерительно-преобразовательного тракта и фотопики ЕРЭ сместятся влево, благодаря чему скорости счета импульсов от левых и правых измерительных каналов сравняются. Аналогично поведжет себя система стабилизации масштаба энергетической шкалы гамма-спектрометра при его увеличении. Только в этом случае амплитуда световых импульсов будет уменьшена, а коэффициент усиления измерительно-преобразовательного тракта гамма-спектрометра увеличится. Управляющее воздействие, стабилизирующее масштаб энергетической шкалы гамма-спектрометра, вырабатывается скоростями счета импульсов от пиков таллия-208 в каналах 1, висмута-214 в каналах 2 и калия-40 в каналах 3. Вклады скоростей счета импульсов от таллия-208 в каналы 2 и 3 и висмута-214 в каналы 1 и 3 являются вредными, ухудшающими характеристику регулирования гамма-спектрометра. Чтобы уменьшить это вредное влияние, скорости счета импульсов от каналов 2 суммируются с меньшими весовыми коэффициентами, чем от каналов 1, а от каналов 3 - с меньшими весовыми коэффициентами, чем от каналов 1 и 2. (56) 1. Данилов В. С. и др. Система стабилизации коэффициента усиления гамма-спектрометра. В сб. Геофизическая аппаратура, вып. 49, Л. : Недра, 1972, с. 51-55.

2. Белле Ю. С. и др. Четырехканальная система стабилизации сцинтилляционной гамма-спектрометрической установки. ПТЭ N 5, 1974, с. 82-84.

Использование: в ядерной геофизике. Сущность изобретения: выбирают границы измерительных каналов справа и слева от пиков, соответствующих спектральным линиям естественных радиоактивных элементов, таким образом, чтобы скорости счета импульсов в этих каналах были равны. Устанавливают начальную амплитуду импульсов светодиода соответствующей порогу, выбранному для системы стабилизации по светодиоду. Измеряют скорости счета в выбранных измерительных каналах, сравнивают суммы скоростей счета всех левых и всех правых относительно пиков каналов и с учетом весовых коэффициентов регулируют амплитуду импульсов светодиода до достижения равенства сумм. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МАСШТАБА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ШКАЛЫ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА, включающий выделение импульсов реперного светодиода из аппаратурного гамма-спектра и автостабилизацию амплитуды этих импульсов посредством регулирования коэффициента преобразования по крайней мере одного из звеньев измерительно-преобразовательного тракта гамма-спектрометра, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабильности масштаба энергетической шкалы в широком диапазоне температур в низкофоновых гамма-спектрометрах, измеряют скорости счета импульсов в измерительных каналах, соответствующих энергетическим интервалам гамма-спектра, расположенным справа и слева от одной или от каждой от заданного количества спектральных линий гамма-излучения естественных радиоактивных элементов, предварительно установив границы измерительных каналов из условия обеспечения равенства скоростей счета в них, сопоставляют скорости счета левого и правого или результаты суммирования всех левых и всех правых измерительных каналов, определяют сигнал рассогласования, в соответствии с которым регулируют амплитуду импульсов реперного светодиода до установления равенства скоростей счета или сумм скоростей счета измерительных каналов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суммирование скоростей счета левых и правых измерительных каналов осуществляют с заданными весовыми коэффициентами.