Способ стабилизации энергетической шкалы многодетекторной спектрометрической системы Советский патент 1990 года по МПК G01T1/40 

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к ядерно-физическим методам исследования с применением. гамма-излучения, и может быть использовано в геологии, горном деле, медицине и в других областях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников излучения.

На фиг.1 представлены спектры гамма-излучения, измеренные трехдетектор- ной спектрометрической системой; на фиг.2 - спектры естественного гамма-излучения, измеренные трекдетектор- ной спектрометрической системой; на фиг.З - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.1 и 2 обозначены: N - ин- , тенсивность потока гамма-квантов; Е

энергия гамма-квантов; кривая 1 - стабилизированный спектр первого детектора гамма-квантов с фотопиками реперного (область, от);, характериотги- ческого (область 6) и рассеянного (область б) излучений, кривая 2 - то же, для второго детектора гамма-квантов кривая 3 - то же,. для „третьего, тектора гамма-квантов j кривая 4 - ста билизированный спектр естественного гамма-излучения первого детектора с фотопиком реперного источника (область d) и характерной энерг етйчес- кой областью информационного излу- чения (область е); кривая 5 - то же, для второго детектора гамма-квантов; кривая 6 - то же, -для третьего детектора гамма-квантов.

Сущность способа заключается в высокоточной стабилизации энергетической шкалы спектрометрического тракта одного из детекторов по излучению реперного .источника гамма-квантов, а спектрометрических трактов других, п-1 детекторов путем регистрации гамма-излучения в характерных областях информационных спектров и организации стабилизации путем определения сигнала разбаланса по отношению интенсивностей потоков, измеряемьпс в информационной части спектра. Рассмотрим способ на примере измерения рентгеновского и рассеянного гамма-излучений спектрометрической системой, состоящей из трех детекторов излучения, первый из которых подсвечивается, например, излучением, создаваемым экраном-конвертором. Этому случаю соответствует спектр 1 на фиг.1, Реперный фотопик с энергией Еpg-, создаваемый излучением экрана- конвертора, имеет постоянную интенсиность, не зависящую от изменения условий измерений или вещественного состава руд. Благодаря этому, как и прототипе, обеспечивается высокая стабилизация энергетической шкалы певого детектора, В качестве сигнала разбаланса при дифференциальной сие- теме стабилизации может использоваться величина отношения или разность потоков, регистрируемых справа.и слева от реперного фотопика (область а на фиг,О одновременно в спектре первого, а также второго и третьего детекторов, регистрируются интенсивности в области фотопика рассеянного гамма-излучения, в данном случае на

25

- Щ 5 20892284

. первом его склоне (область д на фиг.1). Тогда представляется возможным стабилизао,ию энергетических шкал второго и третьего детектора организовать путем сравнения интенсивностей Н„ и N,, соответственно ре30

35

40

55

г ь гистрируемых на склонах рассеянного

гамма-излучения второго и третьего детектора, с , интенсивност-ью -N ; гистрируемой в той же части спектра 1-го детектора. Это справедливо в том случае, если измерения осуществляются в идентичных условиях, например при возбуждении характеристи- ,4ecjKQrf), излучения одним; источником и регистрации вторичного излучения п детекторами, располагаемыми зеркально в блоке возбуждения и детектирования .

В качестве сигнала нестабильности для автоматической регулировки коэффициентов усиления спектрометрических трактов второго и третьего детекторов используется отношение интен- сивностей соответственно 4- N./N и ,3 N/N.

В этом случае независимо от абсолютной скорости счета в характерной области спектров и при условии идентичного их измерения в зависимости от условий измерений (измене-. ние геометрии пробы, изменение вещественного состава руд) параметры ц и И- функционально связаны с дрейфом энергетических шкал соответственно второго и третьег о детекторов. Уменьшение коэффициента усиления, например, второго детектора 5 приводит к уменьшению скорости счета N и росту отношения 1 2И наоборот. Выделенный при этом сигнал разбаланса отрабатывается системо й стабилизации коэффициента передачи спектрометрического тракта, момент компенсации не- стабильности для которого определяется равенством 1.,2 ti,-, где tc-ri величина отношения, (Соответствующая стабилизированному режиму измерений; текущее значение параметра j. в процессе работы системы стабилизации коэффициента передачи спектрометрического тракта. Аналогичное осуществляется для спектрометрического тракта третьего детектора.

В случае смещения фотопика рассеянного излучения (область & ка фиг,1) с энергией Е ряс в спектре первого детектора, например, за счет мэмегтения

эффективного атомного номера исследуемой бреды такое же смещение отмечается и для фотопиков рассеянного гамма-излучения в спектрах второго и третьего детекторов. При этом зна- чения ц, и дНе изменяются при существенном изменении абсолютных скоростей счета N, Nj и N. Таким образом, предлагаемый способ с использованием только одного репериого ис- точника излучения обеспечивает стабилизацию энергетической шкалы многодетекторной спектрометрической системы.

Предлагаемый способ стабилизации энергетической шкалы многодетекторных спектрометрических систем может быть реализован и в том случае, если в информационных спектрах не отмечается идентифицируемых фотопиков, но имеются протяженные участки с идетичным и однозначным характером изменения скоростей счета. Такие интервалы могут быть выделены в гамма- спектрах практически любой природы.

На фиг.2 показаны гамма-спектры естественного излучения трех сцин- тилляционных детекторов (кривые 4, 5j 6 на фиг.2), В спектре первого детектора (кривая 4) четко фиксируется фотопик реперного излучения (о.бласть d) и участок спектра (область е ), в пределах которого спектральный поток закономерно увеличивается по мере уменьшения номера канала. Такой областью в спектрах естественного гамма-излучения реально может быть область 0,7-1,0 МэВ где отмечаются относительно высокие скорости счета, причем приращение интенсиЁности на 1% ухода энергетической шкалы с детектором типа Nal(T и размером 30 х 70 мм составляет до 5-10%. При организации стабилизации спектра первого детектора по интен- сивностям реперного фотопика (область d.Ha фиг.2)5 стабихшзация энергетических шкал второго и третьего детекторов достигается, как и в пре- дьщущем примере, за счет регистрации потоков N , N и определения отношений ,

Устройство, реализующее предлагаемый способ стабилизации, содержит (фиг.З) детекторы 7, 8 и 9 гамма- квантов, линейные предусилители 10, 11-и 12, управляемые линейные усилители 13, 14 и 15, дифференциальные

--от, ене

В, Tl) р-

е10

15

20

дискри:мннаторы -16-20, реверсивный счетчик 21, измерители 22 и 23 отношений и усилители 24-26 мощности. Выход детектора 7 .гамма-квантов подключен через, линейньй предусилитель 10 к информационному входу управляемого линейного усилителя 13, подсоединенного управляющим входом к выходу усилителя 24 мощности и выходом - к входам дифференциальных дискриминаторов Т6, 17 и 18. Выходы дифференциальных дискриминаторов 16 и 17 соединены соответственно с сум- мирутЩим и вычитающим входами реверсивного счетчика 21, выход которого подсоединен к входу усилителя 24 мощности. Выход дифференциального дискриминатора 18 соединен с одними входами измерителей 22 и 23 отно- щений.

Выход детектора 8 гамма-квантов подключен через линейный предусилитель 1 1 к информационно му входу уп25 равляемого линейного усилителя 14, подсоединенного управляющим входом к выходу усилителя 25 мощности и выходом - через дифференциальный дискриминатор 19 к другому входу измерителя

30 22 отношений, выход которого подсоединен к входу усилителя 25 мощности. Выход детектора 9 гамма- квантов подключен через линейный предусилитель 12 к информационному входу управляемого линейного усилителя 15, подсоединенного управляющим входом к выходу усилителя 26 мощности и выходом - через дифференциальный дискриминатор 20 к другому входу измерителя 23 отношеAQ НИИ, ВЫХОД которого Подключен к входу усилителя 26 мощности.

Устройство работает следующим образом.

Реперные сигналы отбираются дифференциальными дискриминйтораьш 16 и 17 5 выбранными на склонах реперного фотопика (по шкале энергий), создаваемого путем подсвечивания детектора 7 гамма-квантов монохроматическими излучениями реперного источника. Сигнал разбаланса вьщеляется реверсивным счетчиком 21 и после усиления усилителем 24 мощности подается на управляющий вход управляемого усилителя 13. Наличие на выходе усилителя 24 мощности сигнала раэбаланса сопровождается изменением коэффициента усиления управляемого линейного усилителя 13 до полной компенсации разност35

45

50

55

кого отсчета на выходе реверсивного счетчика 21, В момент компенсации нестабильности сигнал разбаланса становится .равным, нулю. ( i

Аналогично осуществляется ст аб или- зация спектрометрических трактов детекторов 8 и 9 гамма-квантов, коэффициенты усиления управляемых линейн ых усилителей 1А и 15 которых изме- няются соответственно сигналами с вы- :ходов усилителей 25 и 26 мощности. При этом в измерителях 22 и 23 отно- шений определяются отношений иитен-| сивности потока на выходе детектора 7 гамма-кв антов к интенсивностям потоков на выходах детекторов 8 и 9 гамма-квантов, выходные сигналы измерителей 22 и 23 отношений соответственно поступают на входы усилителей 25 и 26 мощности.

Точность стабилизации спектрометрических трактов второго и третьего детекторов гамма-квантов несколько ниже, чем первого, так как она оп- ределяется суммарной погрешностью компенсации нестабильности. В первом тракте точность стабилизации преиму- щественло определяется статистикой реперных сигналов и чувствительность схемы к изменению .коэффициента усиле ния. На практике дифференциальная система стабилизации, основанная на регистрации реперных потоков на двух склонах фотопика, обычно обеспечивае точность стабилизации энергетической шкалы на уровне +0,5%. Второй и третий спектрометрические тракты детекторов 8 и 9 гамма-квантов также стабилизируются дифференциальной систе- мой, а следовательно, сами по себе имеют ту же точность. Тогда точност стабилизации энергетических шкал второго и третьего спектрометрических трактов (с учетом работы первого тракта) составляет 0,7%.

Использование изобретения обеспечивает повьпиение экономичности в технической реализации вследствие использования одного реперного источника излучения, что позволяет уменьшить фоновое излучение по с равнению с тем случаем, если бы каждый детектор бьш снабжён реперньгм излучателем, аппаратурное упрощение, так как для выделения сигнала разбаланса от п- 1 детекторов требуется по одному дифференциальному, дискриминатору (это особенно- заметно при увеличении количества детекторов до 10-15, так, при стабилизации по прототипу -потре- (тс 10-15 ист очников реперного из- лучения и 20-30 дифференциальных каналов, .а для аппаратурной реализации предлагаемого способа - один реперный источник и 12-17 дифференциальных дискриминаторов, единую привязку энергетической шкалы спектрометра.

Формулаизобр етения

Способ стабилизации энергетической шкалы многодетекторной спектрометрической системы, состоящий в регистрации интенсивностей излучения в двух характерных энергетических областях, выбранных на склонах реперного фотопика или крутопадающем участке спектра, сравнении этих интенсивностей с определением разностного сигнала, используемого в качестве опорного сигнала при последующем изменении коэффициента передачи спектрометрического тракта первого детектора излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников, в качестве опорного сигнала для изменения коэффициента передачи спектрометрического тракта каждого последующего i-ro детектора излучения используют отношения спектральных интенсивностей, регистрируемых i-M детектором излучения (NJ) и первым детектором излучения (N) в характерных и идентичных энергетических областях спектра.

Ч.

.K3S

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно к ядерно-физическим методам исследования с применением гамма-излучения, и может быть использовано в геологии, горном деле, медицине и в других областях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников излучения. В способе, заключающемся в изменении коэффициента передачи спектрометрического тракта первого детектора излучения опорным сигналом, равным разности интенсивностей излучения в двух характерных энергетических областях, выбираемых на склонах реперного фотопика или крутопадающем участке спектра, в качестве опорного сигнала для изменения коэффициента передачи спектрометрического тракта каждого последующего детектора излучения используют отношения спектральных интенсивностей, регистрируемых I-м детектором излучения и первым детектором излучения в характерных и идентичных энергетических областях спектра. Это позволяет исключить дополнительные реперные источники излучения и осуществить единую привязку энергетической шкалы спектрометра. 3 ил.

Еанф Ереп

анф

, ч

. «f

Ерас

Е.кэб

Ерас

Е.кзВ

Фиг. 1

Ерас

Фаа.г

е,к9в

Составитель В.Костюхин Редактор А.Лежнина Техред М.Дидык Корректор Л.Бескид

Заказ 2539

Тираж 359

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CQCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Фиг,д

Подписное