Способ определения эффективности регистрации полупроводникового детектора характеристического рентгеновского излучения Советский патент 1990 года по МПК G01T1/24 

Изобретение относятся к ядерио изичсскш feтoдaм диализа и может быть использовало ;иш калибровки по- упроводииковых детекторов характерн- „ стического рентгеновского излучс11пя (ХРИ) по эффективностн регистрации п завнсимостн от энергии регнстрируе- t-ftox квантов

Целью изо6рете1шя является повы- JQ шение точности определения эффектив- ifocTH для области энергий регистри- руеь5ых квантов от единиц до нескольких десятков кэБ и устранение радиационной опасности,f5

Сущность способа заключается в том, что осутдествлягот регистрацию детек тором квантов разных энергий, измеряют отношение числа зарегистрированных квантов одного значе1шя энергии 20 к числу зарегистрированных квантов другого значения энергии и вычисляют соответствугадие отношения эффсктивностай, С помощью внешнего источника (.ускоренных легких ионов 25 или электронов, рр.итгеновского излучения или квантов) последо-. вательно возбуждают ХРИ в образцах, каждый из которых содержит опре- дёленньш хиютческий элемент в тонком д поверхностном слое (торможением частиц и ослаблением излучения зз котором можно пренебречь).о Причем энергия линий К-сери 1 этих xiiMH4ecKttx элемен- тов лежит в заданном энергетическом интервале и энергия лиш1и -излучения каждого последующего не больше энергии линии К,-излучения преды дуцего элемента. Для каждого элемента измеряют число Ыа(-зарегистрироваи- . ных детектором :квантов 1 -излучения и Njj,-KBaHTOB К -излучения, по отношению зтик- чисел вычисляют отношение эфс ективностей регистрации i / бд для значений энергии квантов К , и .- Кр,-излучения соответственно и строят участок завис шости . (Е) на от резке в относ гтельных единицах. После этого переходят к следук щему элементу и строят следуюЕДИй участок зависимости и т.д. .

Кванты определенных значений энергии получают возбуждением от внешнего источника ХРИ элементов D тонких - ббразцах, приче г энергия линий К-се рин этих элементов лежит в заданном энергетическом интервале и энергия Кд-излучения каждого последующего не больше энерпп К/,-излучения предыдущего элемента, измеряют отношение числа зарегистрированных детектором квантов одного значения энергии к числу зарегистрированных детектором квантов другого значения энергий н вычисляют соответствующие значения отношения эффективности регистрации только для квантов К и Кд-излучения каждого элемента отдельно, и строят зависимость последовательно, по отдельным участкам, переходя от одного к другому.

Предлагаемьй способ осуществляется следующим образом.

Берут набор тонких образцов, содержащих хньпгчеседе элементы, энергия К-излучения которьЕх находится в выбранном энергетическом интервале и энергия К -излучения каждого последующего (в порядке возрастания атомного номера) Н2 больше энергии излучения предыдущего, .

Тонким образцом, согласно классификации, пр(;нятой в рентгеноспектраль- ном анализе, называют слой, содержащий данный химический элемент, торможением частиц и ослаблением излучения в котором можно пренебречь,

С помощью пучка ионов или электронов, рентгеновского излучения или -квантов последовательно возбуждают ХРИ в каждом образце. Для каждого элмента измеряют отдельно число регистрироваиных детектором квантов К..-излучения и число Нд-квантов Кд- излучения. Величины N и .J д связаны с соответствующими значения эффективности следующими соотношениями:

Е) р D

(1)

Ыл.Я /(lEc) Pf. D f (2) где D - поверхностная плотность данного элемента в образце; Р,, Р. - вероятности испускания кванта для KC( и Ка-излучения соответственно. Разделив (1) на (2), получаек:

5А Р Nft(3)

V РД N.

В настоящее время величина .р Измерена экспериментально и вычислена теоретически с большой точностью практически для всех элементов периоической таблицы. Расхождения в ре- зультатах, полученных разными автораи, а также данными теоретических вычислений, не превышают долей процента.

Таким образом, измеряя отношение NA/NK, определяют отиошеине /, и ст.роят участок чавяснмостн « (К) в относительных елиницаЛ иа отрезке ла П1ого элемента. Далее проделывают то же самое для следующего элемента и строят следующий участок зависимости и т.д. Поскольку, как уже было сказано выше, выбирают такие элементы, чтобы энергия лучения предыдущего была не меньше энергии 1 -иэлучения последующего (D порядке возрастания атомного номера), то построенные таким обраэом участки зависимости стыкуются. В результате получают непрерьганую кривую (, f (Е) в относительных единицах, где Со - постоянный множитель.

Пример. Пусть необходимо построить зависимость эффективности регистрации полупроводникового детектора от энергии квантов в интервале энергий от 5 до 10 кэВ (область низких энергий, где прототип дает дополнительную погрешность, связанную с самопоглощением). К нижнему пределу близко значение энергии К-излучения хрома, к верхнему - цинка. Поэтому для решения поставленной задачи следует использовать тонкие образцы, со- держащие элементы Сг, Мп, Fe, Со, Ni, Си, Zn. Энергии К и Кд-линий данйых элементов приводятся в табл. 1.

Дпя всех данных элементов энергия К-излучения каждого последующего (в порядке возрастания атомного но-, мера) не больше энергии Ко-излучения предыдущего.

Тонкие образце могут быть изготовлены разньми способами: электрокапиллярным или вакуумным напылением, электролизом или с помощью ионной имплантации. При этом в качестве подложки следует использовать бериллий или углерод, поскольку они обладают малой тормозной способностью и малыми коэффициентами ослабления излучения, а не дают собственного вклада в загрузку детектора (вследствие низкой энергии собственного ХРИ), что позволяет увеличить ток пучка для более интенсивного возбуждения ХРИ элемен- тов. Могут быть также использованы подложки из алюминия или кремния, од нако они уже будут влиять на загрузку детектора. Если образцы представляют собой сплошные пленки, нанесенные (электролизом или напылением) на

толстые подложки, то дли удовлетпо- ремия критерия .тонкого образца их толии иа пе должна превышать нескольких десятков микрограммов на см (1000 Л при нормальной плотности), Можн.о использовать образцы, полученные с помощью имплантации данных элементов дозами Ю -10 ион/см в

0 матрицы из тех же веществ (Be, С или А1, Si и т.д.). При энергии ионов кэВ толщина имплантировануого слоя не будет превышать 500-600 А, что впол пе удовлетворяет критерию

5-тонкого образца.

Последовательно возбуждая и измеряя отношение интенсивностей , вычисляют соответствующее отношение эффективностей , для .каждого эле0 мента по формуле (3). Выбрав за единицу измерения значение эффективности, соответствунщее энергии излучения какого-либо из данных элементов, например Кс(-излучения хрома,

5 вычисляют соответствующее значение ;эффективности для Ка-излучение Сг и строят участок зависимости на заданном отрезке (Cr). Далее, поскольку энергия К -излучения следук0 щего элемента (Мп) лежит на данном отрезке, то определяют соответствую- щее ему значение эффективности для энергии К -излучения (Мп) и строят следующий участок зависимости на отрезке (Мп) и т.д. В результате получают непрерывную зависимость Cof(E).

В данном примере б,ша измерена эффективность регистрации полупроводQ,никового кремниево-литневого (Si-Li) детектора ХРИ с бepиллиeвы окном толщиной 20 мкм с поверхностью 25 мм и толщиной чувствительного слоя 3 мм. Разрешение детек- ора соста вляло 280 эВ для энергии 6,4 кэВ. В качестве источника возбуждения ХРИ использовался пучок протонов с энергией 2 мэВ ускорителя ЭСГ-2,5.

Q Тонкие образцы были получены с помощью напыления (Fe, Со, Ni, Си) и ионной имплантации (Сг, Мп, Zn). Энергия имплантированных ионов составляла 40 кэВ. В качестве материс ала подложки использовался бериллий. Измерение числа зарегистрированных квантов осуществлялось с помощью многоканального анализатора импульсов - . . 96, В табл. 2 приводятся результаты

5

,

для данны

иямсрения величннм . элементов.

На чертеже графически изображена полученная зависимость в выбранном энергетическом интервале.

Таким образом, предлагаемый способ исключает работу с радиоактив- irbiMH источниками и позволяет увеличить точность измерений как в области энергий (самопоглощение в источнике не влияет на данный способ), так и для всего энергетическо интерпала ХРИ, поскольку величина отношения вероятностей испускания квантов и Кл-излучения измерена экспериментально и вычислена теоретически с большой точностью практически для всех элементов периодической таблицы, а предельная погрешность паспортных значений величины активности источника (число распадо в секунду) составляет не менее 3% {плюс Погрешность процентного квантового выхода, которая, согласно приведенным данным, достигает 2-3%)

Следует также отметить, что срок годности больпцшства источников со

либрованного источника) абсолютное значение- )ективности лищь для одного значения энергии, получим зави- симость в абсолютных значениях.

Формула изобре тения

Способ определения эффективности регистрации полупроводникового детектора характеристического рентгеновского излучения, включающий регистрацию детектором квантов разных энергий, измерение отношения числа зарегистрированных квантов одного з начения энергии к числу зарегистрированных квантов другого значения энергии, числение соответствующей величины отношения эффёктивностей и построение зависимости эффективности от энергии в относительных единицах, отличающийся тем, что, с целью повышения TO4HOCT1J определения эффективности и устранения радиационной опасности, используют набор тонких образцов, каждый из которых содержит определенный химический элемент, энергия К-излучения которых ле

Изобретение относится к технике измерения ионизирующих излучений с помощью полупроводникового детектора. Целью изобретения является определение эффективности регистрации характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) с повьшенной точностью и обеспечение радиационной безопасности. Цпн калибровки используют тонкие образцы, каждьй из которых содержит определенньй химический элемент, энергия К-излучения которых лежит в заданном энергетическом интервале и энергия линии К,- злучения каждого последующего не больше энергии К -излучения предьщущего элемента. С помощью внешнего источника возбуждают ХРИ в каждом образце и измеряют отношение числа К к числу К для каждого элемента. Вычисляют соответствующее отношение эффективно- стей ff / выбирают произвольный масштаб и строят участок зависимости Е(Е) в относительных единицах на отрезке для данного элемента, определяют по нему соответ-- ствующее значение эффективности для энергий Е, следующего элемента вычисляют значение эффективности для энергии El этого элемента, строят второй участок зависимости, пере- ходят к следующему элементу и т.д. Изобретение позволяет увеличить точность измерений как в области низких энергий, так и для всего энергетического интервала ХРИ, 1 ил, 2 табл. и S .nsG-lS 1|%атзШ Ю О5 ю

ставляет 1 год, в то время как набор зо заданном энергетическом интертонких образцов может использоваться значительно большее Bpei-ш.

Кроме этого, предлагаемой способ позволяет безопасно и точно определять и абсолютные значеш1я эффе.ктив- ности. Действительно, измерив всю зависимость в относительных единицах и измерив (с помощью выбранного ка35

вале и энергия К -излучения каждого последующего не больше энергии Ко- излучения предыдущего элемента, последовательно с помощью внешнего источника возбуждают ХРИ в каждом образце и измеряют отношение чисел зарегистрированных квантов Kj(/Kj-излучения для каждого элемеита.

Энергия излучения, кэВ

Элемент

Сг

Zn

,

Kod

I Mn Т Fe I CoI NiCu I

5,945 6,489 7,057 7,648 8,263 8,904 9,570 5,414 5,898 6,403 6,929 7,477 8,046 8,637

5

вале и энергия К -излучения каждого последующего не больше энергии Ко- излучения предыдущего элемента, последовательно с помощью внешнего источника возбуждают ХРИ в каждом образце и измеряют отношение чисел зарегистрированных квантов Kj(/Kj-излучения для каждого элемеита.

Таблица 1

Элемент

Zn

Таблица2

i,omH.e9

7 S3 J.O tog