ЯГР-спектрометр Советский патент 1984 года по МПК G01N28/00 

Изобретение относится к ядерной гамма-спектроскопии (ЯГРС) и может быть применено для исследования мессбауэровских спектров и для анализа в химии, физике, геологии. Известно устройство, позволяющее осуществить фоторегистрацию резонанс ного спектра lj . В нем источник приводится в возвратно-поступательное движение с пос тоянньм ускорением с помощью кулачко вого механизма. На одном валу с кулачком вращается цилиндр, на образующую которого надеты рентгеновская пленка и светозащитньй чехол. Между источником и пленкой неподвижно расположены поглотитель и коллиматор. Геометрия подобрана так, что щель коллиматора направляет излучение источника сквозь поглотитель на пленку в виде узкой полосы, параллельно оси вращения цилиндра. Каждому углу поворота кулачка соответствует определенная скорость источника и опре деленный участок пленки. При изменении угла поворота скорость источника изменяется и соответственно излучение попадает на другой участок пленки. Недостатками такого устройства являются трудность изготовления профиля кулачка, наличие трущегося сопряжения при преобразовании вращательного движения кулачка в поступательное движение штока-держателя источника, что предопределяет износ и изменение характеристик в процессе эксплуатации. Эти недостатки ограничивают точность и применение этих Механических систем. Неудобство при эксплуатации такой системы связано с тем, что в движении находятся как источники, так и пленка. Кроме того, укладка пленки на цилиндрический барабан не может выполняться каждый ра с одним и тем же натяжением и, следо вательно, является источником ошибок при определении расстояния между резонансными линиями. Наиболее близким к предлагаемому является ЯГР-спектрометр, содержащий источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевой коллиматор и детектор. В спектромет ре достигнуто простое согласование работы системы задания скорости исто ника с работой системы детектирования 2 . 22 Коллиматор является сменным элементом: в зависимости от числа и положения резонансных линий исследуемо-го поглотителя используют коллиматор с соответствующим числом и расположением щелей. Поглотитель.имеет свой автономный привод, который может приводить его в быстрое колебательное движение для того, чтобы вывести из резонанса. Спектрометр предназначен для анализа и работает следующим образом. Источник движется по окружности радиуса R и делает п оборотов в секунду. Его линейная скорость равна V 2hnR. При этом составляющая скорости источника вдоль щели коллиматора является резонансной для поглотителя. Если исследуемое вещество имеет несколько резонансных линий, то к нему подбирают коллиматор, имеющий столько же щелей, расположенных таким образом, что составляющие скорости источника вдоль них обеспечивают резонанс на всех линиях. Поэтому покоящийся -поглотитель находится в резонансе с источником, а если привести его в быстрое колебание с помощью специального привода, то резонанс нарушается. Сравнивая число зарегистрированных детектором квантов при покоящемся и движущемся поглотителе, определяют содержание резонансного вещества в нем. Однако с помощью известного спектрометра нельзя получить полный ЯГРспектр .исследуемого образца (он должен быть известен заранее) . Кроме того, в состав спектрометра входит детектор Y -излучения с блоком питания и электронным оборудованием, обеспечивающим го работу и вывод информации. Это удорожает и усложняет спектрометр, ограничивает его портативность и услови; эксплуатации. Цель изобретения - расширение ункциональных возможностей, упрощение и повышение портативности. Поставленная цель достигается тем, что в ЯГР-спектрометре,содержащем источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевой коллиматор и детектор, коллиматор выполнен в виде плоского постоянно закрепленного элемента и располагается в плоскости, касательной к вращающемуся диску, щели коллима..ура имеют одинаковую ширину и расположены на одинаковом расстоянии параллельно одна другой, а в качест ве детектора используется фоточувст внтельная пластинка. На чертеже приведена схема предлагаемого спектрометра. Спектрометр содержит вращающийся диск 1, на периферии которого за креплен источник 2, многощелевой коллиматор 3, поглотитель 4, детектор 5, представляющий собой фотопластинку. Спектрометр работает следующим образом. При работе установки источник, вращаясь, загляд-ывает поочередно в щели коллиматора, освещая своим излучением поглотитель и фотопленку Геометрия установки такова, что при постоянной скорости вращения диска, х-составляющая скорости источника меняется при переходе источника из зоны видимости одной щели к зоне видимости другой. На чертеже эта ситуация изображена для положений источника 2,а,Ь,с. Размер источника при этом не имеет принципиального значения. Если, например. источник является протяженным, и он может одновременно заглядывать в несколько щелей, то излучение в отдельно взятую щель попадает от определенного участка источника и х-составляющая скорости этого ка отличается от.соответствующей ск рости других участков источника, освещающих другие щели. Вращая источник по круговой траектории перед неподвижным коллимато ром, имеющим равномерно расположенный ряд параллельных щелей, получае пространственно разделенные, различающиеся по энергии пучки V -квантов, при этом изображение на фотопластинке - ряд засвеченных полос. Так как излучение прежде чем попасть на фотопленку проходит через резонансный поглотитель, то степень зачернения отдельньсх полос меняется в зависимости от того, приходится ли данный участок поглотителя (данные щели коллиматоров) на положения источника, при которых он имеет рез нансную по отнощению к поглотителю скорость. Чем меньше ширина щелей d и чаще расположены щели коллиматора, тем т нее аппроксимируется форма резонанс ных линий по гистограмме плотностей почернения полос фотопластинки. Частота расположения щелей имеет принципиальное ограничение, связанное с тем, что толщина перегородок между щелями не может быть бесконечно малой. Последняя.должна выбираться из условия .непрозрачности материала перегородки для гамма-излучения излучаемого диапазона энергий. Эффективная толщина перегородки сравнима по величине с 1 (1 - длина щели), а это означает, что действительная толщина перегородки А d может быть очень малой и ограничением может служить только возможность изготовления достаточно тонких перегородок. Таким образом, число щелей коллиматора может быть, в принцип, очень велико, и число точек на резонансных спектрах может оказаться сравнимым с числом точек, получаемых на традиционных установках. Источник, укрепленный на краю диска, приводится во вращение электромотором. Для того, чтобы вибрация, вызванная работой электромотора, не передавалась диску, мотор смонтирован, на отдельной платформе, которая ставится на амортизирующей паралоновой подушке. Передача вращения осуществляется с помощью пассика. Коллиматор изготовлен из латуни, щели его выточены на фрезерном станке с одной стороны пластины в виде параллельных один другому желобков. Глубина желобков 8 мм, ширина 3 мм и толщина перегородок между ними 0,8 мм. При установке коллиматора желобки сверху прикрываются свинцовой пластиной. Плоскость вращения источника совпадает с плоскостью продольного сечения щелей коллиматора. Для исследования порошковых образцов изготовлена из тонкого (1 мм) плексиглаза ячейка с жесткими плоскопараллельными стенками. Порошок насыпается меж-. ду стенками, и образец приобретает форму полосы равномерной толщины. В качестве детектора испытаны рентгеновские пленки различных типов (лучшие результаты получены с пленкой РМ-1). Пленка в конверте из черной бумаги помещается влотную за поглотителем. Испытания проведены с источником (9 Т) SnOj и поглотителем SnOj . Ремонансное у -излучение с энергией 23,8 кэВ практически полностью очищается от рентгеновского фона 25,8 кэВ селективным фильтром из палладия (фольга толщиной 100 мг/см который устанавливается перед коллиматором. Применение одного постоянно закрепленного многощелевого коллиматор расширяет по сравнению с прототипом функциональные возможности спектрометра, который становится универсаль ным прибором, позволяющим получать мессбауэровский спектр образца. Кроме того, один многощелевой коллиматор исключает необходимость иметь комплект сменных коллиматоров и до предела уменьшает число подвижных частей установки. В спектрометре в движении находит ся только источник, который приводит ся во вращение с постоянной скорость в одном направлении. Согласование ра боты системы перемещения источника с работой системы детектирования уп рощается, поскольку каждая щель коллиматора пропускает пучок гамма-кван тов, имеюпщй определенный узкий диапазон энергий, отличающийся от диапа зона энергий, пропускаемого соседними щелями на постоянную величину. Та кое пространственное разделение гамма-квантов, имеющих разное энергетическое смещение, позволяет также существенно упростить по сравнению с прототипом систему детектирования, сведя ее до обычной фотопластинки (фоточувствительного слоя.) . При необходимости не исключается применение традиционных детекторов, раздельно регистрирующих излучение у выхода каждой щели коллиматора. В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом существенно увеличивается эффективное время работы установки. Практически 40% времени в течение одного цикла источник освещает щели коллиматора. Геометрия установки позволяет еще намного увеличить эффективное время спектрометра, вв.едя .несколько детектирующих систем, расположив их вокруг диска. Простота устройства и управления спектрометра существенно снижают стоимость его изготовления и эксплуатации. При наличии серийного электродвигателя установку- можно изготовить с помощью обычного лабораторного оборудования. Питание двигателя можно осуществлять от сети или от аккумулятора . Полное исключение из состава спектрометра электронного оборудования обеспечивает его портативность, неприхотливость к условиям э,ксплуат9ЦИи и высокую надежность. Эти качества дают возможность использовать спектрометр в полевых условиях, и заводских лабораториях, от персонала не требуется специальной подготовки. Спектрометр может быть изготовлен для демонстрационных опытов и лабораторных работ в учебных лабораториях ВУЗов и школ.

ЯГР-СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник, закрепленный на вращающемся диске, поглотитель, многощелевой коллиматор и детектор, .отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, упрощения и пов-ьшгения портативности, коллиматор выполнен в виде плоского постоянно закрепленного элемента и располагается в плоскости, касательной к вpa цaющeмycя диску, щели коллиматора имеют однинаковую щирину и расположены на одинаковом расстоянии параллельно одна другой, а в качестве детектора используется фоточувствительная пластинка. 4J /