Устройство для рентгенофлуоресцентного анализа вещества Советский патент 1983 года по МПК G01N23/223 

f . Изобретение относится к рентгено спектральным методам анализа элемен кого состава вещества, в частности к рентгенофлуоресцентным методам анализа с использованием полупровод никовых детекторов. Известно устройство для рентгенофлуоресцентного анализавещества, содержащее источник гамма-излучения входной коллиматор, рассеиватель, промежуточный коллиматор, держатель .образца, выходной коллиматор, детек тор излучения и регистрирующую аппаратуру. Излучение источника через входной коллиматор попадает на рассеиватель. Часть рассеянного излуче ния через промежуточный коллиматор, ось которого перпендикулярна оси входного коллиматора, попадает на образец и возбуждает характеристиче кое peHTreHOBCKoeJизлучение атомов анализируемого вещества. Последнее после прохождения через выходной коллиматорр ось которого перпендикулярна осям входного и промежуточно го коллиматоров, регистрируется детектором. Б этом устройстве фон от гамма-квантов источника, рассеянных образцом, подавлен за счет следующего обстоятельства. Известно, что при рассеянии на угол 90° неполяризованное гамма-излучение становится линейно поляризованным в плоскости, в которой оно распространяется до и после рассеяния. А линейно поляризованное излучение не может рассеят ся под углом 90° к плоскости поляризации. Следовательно, рассеянное излучение, вырезанное промежуточным коллиматором, линейно поляризовано -В плоскости, образованной осями вход ного и промежуточного коллиматоров, и при жесткой коллимации оно не-попадает на детектор. Таким образом, фон от гамма-квантов источника, попавших на детектор после рассеяния на р.ассеивателе и образце, будет тем,меньше, чем жестче коллимация. Резкое снижение фона рассеянного образцом излучения приводит к существенному уменьшению предела обнаружения элементов рентгенофлуоресцентным методом t1 j . Однако более жесткая коллимация приводит, в свою очередь, к большей потере светосилы устройства. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для рентгенофлуоресцентного анализа вещества. содержащее источникгамма- или рентгеновского, излучения, рассеиватель, предназначенный для поляризации излучения источника, держатель образца анализируемого вещества, детектор излучения с коллиматором, направленным перпендикулярно плоскости поляризации рассеянного излучения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с выходом детектора С2 . Это устройство имеет те же достоинства и недостатки что и предыдущее. Чем жестче коллимация рассеянного и вторичного излучения, тем меньше фон под аналитической линией . Но и интенсивность аналитической линии меньше, причем .она уменьшается во столько же раз, во сколько уменьшается фон. Цель -изобретения - повышение светосилы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для рентгенофлуоресцентного вещества, содержащем источник гамма- или рентгеновского излучения, рассеиватель, предназначенный для поляризации излучения источника, держатель образца анализируемого вещества, детектор излучения с коллиматором, направленным перпендикулярно плоскости поляризации рассеянного излучения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с выходом детектора, рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра без Торцовых стенок, на поверхности которого выполнены два диаметрально противоположных отверстия, в одном из них расположен источник гаммаизлучения, а в другом - держатель образда анализируемого вещества, между НИМИ расположен защитный экран. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из источника гамма-квантов 1, расположенного у входного отверстия рассеивателя 2. Рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра без торцовых стенок, имеющего окружность в основании внутренней цилиндрической поверхности. Рассеиватель обычно выполнен из легких материалов (бериллий, углерод), но может быть выполнен и из материала, энергия характеристического излучения атомов которого превышает энергию края поглощения квантов на соответствующей электронной оболочке атомов анализируемого элемента , во втором случае из спектра регистрируемого излучения удаляется только первичное излучение, рассеянное рассеивателем. У второго ( выходного ) отверстия, вырезанного в рассеивателе, расположен держатель образца с образ цом 3- Отверстия в рассеивателе.диаметрально противоположны. Детектор 4излучения с .помощью коллиматора 5направлен на образец вдоль линии, перпендикулярной плоскости основания рассёивателя. Между отверстиями в рассеивателе помещен экран 6, защищающий образец от попадания на него прямого пучка излучения от источника. Детектор излучения соединен с .регистрирующей аппаратурой 7. Один из возможных путей гамма-квантов 1 . j - показан векторами а, Ь и С, другой . а , в , , обе тройки образрваны взаимно ортогональными векторами. Детектор соединен с регистрирующей аппаратурой 7. Устройство работает следующим образом.Гамма-ква.нты источника 1 через входное отверстие в рассеивателе 2 попадают на его внутреннюю цилиндрическую поверхность. На атомах рассёивателя гамма-кванты источника рассеиваются и, в случае использования тяжелого материала в качестве ц ссеивателя, поглощаются за счет фотоэффекта. При этом угол любого однократного рассеяния первичного гамма-кванта будет равен 90, если только рассеянный гамма-квант попадает через выходное отверстие на образец 3. Здесь используется следующее свойство окружности: вписанный в окружность угол, опирающийся на ди аметр, равен 90. Поэтому гамма-кванты попавшие на образец после однократного рассеяния на атомах рассёивател будут линейно поляризованы в плоскос ти основания рассёивателя. Напоимео. если гамма-кванты источника распрос раняются по. вектору а, а рассеянные по вектору ё, как показано на черте же, то последние линейно поляризова в плоскости вектора а и и не могут рассеяться от образца вдоль вектора С, так как этот вектрр перпендикулярен с векторами а и-в , Очевидно, коэффициент поляризации будет тем ближе к 1, чем меньше высота рассей вателя-цилиндра и чем ближе к точкам пересечения внутренней окружности с ее диаметром стягиваются входное и выходное отверстия рассёивателя. Для исключения прямого попадания гаммз-квантов источника на образец между отверстиями рассёивателя расположен экран теневой защиты. Его размеры должны быть такими, чтобы через одно отверстие не просматривалось другое. Устройство должно быть выполнено таким обазом, чтобы гаммакванты источника, не падающие на рассеиватель, не могли после рассеяния на конструкционных деталях и биологической защите попасть на де- . тектор А. В противном случае возрастает регистрируемый фон. 8 остально устройство работает так же, как и устройство-прототип. На детектор по-прежнему попадают гамма-кванты лишь через отверстие в коллиматоре 5. Ось коллимирующего отверстия перпендикулярна плоскости поляризации и пересекает образец, т.е. эта ось перпендикулярна плоскости основания рассёивателя. На образец падает линейно поляризованное излучение источника и характеристические рентгеновское излучение атомов рассёивателя, индуцированное в результате фотоэффекта гамма-квантами источ,ника, когда рассеиватель изготавливают из материала с высоким атомным номером, таким, чтобы энергия характеристического излучения его атомов была больше энергии края поглощения квантов атомами анализируемых элементов. 8 этом случае анализируемые элементы возбуждаются не только линейно поляризованным излучением,но и характеристическим рентгеновским излучением атомов рассёивателя, но детектор регистрирует как характеристическое излучение атомов образца, так и рассеянное на образце характеристическое изизлучение атомов рассёивателя. Когда рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра из материалов с малым атомным номером, например из углерода, бериллия и т.п., атомы образца возбуждаются только лишь . линейно поляризованным излучением и источника, рассеянным на рассеивателе. В этом случае при ток же источнике гамма-квантов выход рентгеновского излучения атомов образца мень- . ше, но зато в зарегистрированном спектре отсутствует характеристическое излучение атомов рассёивателя, фон под аналитическими линиями обусловлен лишь рассеянным на рассеивателе первичным излучением, попавшим в детектор из-за недостатомно жесткой коллимации рассеянного и вторич ного, т.е. исходящего от образца излучений. Выбор перЕОГо и второго варианта рассеивателя зависит от конкретных условий мощности ИСТОЧНИ ка гамма-излучения, мертвогр времени регистрирующей системы и задач анализа. В качестве примера испытывают устройство, в котором рассеиватель выполняют из молибдена в виде полого цилиндра высотой 1 см и толщиной стенки 0,05 см. Внутренний диаметр цилиндра рлоем 10 см, Характеристич: С л-:.: i: 3; iKO ac;;.iOB образца lj; ;:/ Lii; jV-:i Cn : i i iilO.n уПрОЕОД1-1И Ь/1,РК-1 с разрешени ем эВ по линии КлМУ). Регистрирующая аппаратура включает в себя предусилитель, усилитель и многоканальный амплитудный анализа тор NTA 102i}. В качестве источника гамма-квантов используется рентгеновская трубка 5Б X В 6(0i) при анодном напряжении 5 - 36 кВ и анодном токе 5 - 15 мА. Проведены анализы на содержание ж.елеза в крови по методике измерений в тонких слоях. При изме- рении в геометрии изобретения ток анода рентгеновской трубки из-за больших загрузок анализатора снижен с 1 5 мА до 5 мА. В таблице приведены результаты анализов на железо предлагаемым устройством, и прототипом.

/.,ito: | аг;р51и е -1ие трубки, i.P

2k 5

15 8

9893

i|688

1375

1012

Статистическая ошибка при npii доверительной вероятности 0,95 отн.% Из табли1;,ы видно, что при меньшем токе анода эеитгеноЕ сгсой трубки55 площадь |-:и(а аналитической линии увеличивается в 2,1 раза при одновременном с;- и;-кении tjxji-ia. Зто приводит

+ 1,7

-4

Ь 10

2,5 10 к соответствующему снижению анализа и предела обнаружения элементов. Такие результаты стали возможны благодаря тому, что телесные углы, в которых просматривается рассеива7 104509 8

тель источником и образцом, пример-просматриваемая источником и образно в раз больше соответствующихцом, меньше половины его полной телесных углбв базовогЬ рбъекта.площади. Поэтому существует реальная В предлагаемом устройстве защитныйвозможность для дальнейшего увеличеэкран имеет такие размеры, что пло-5 ния светосилы устройства почти в щадь рассеивателя, одновременнодва раза.