Устройство для определения содержания олова Советский патент 1991 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к методике ядерно-физических исследований, а именно к мессбауэровским методикам и устройствам для определения химических элементов.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - возможная структурная схема построения блока регистрации.

Устройство (фиг.1) содержит источник 1 резонансного излучения помещенный в криостат 2, черный поглотитель с палладиевым фильтром 3, укрепленный на пьезоэлектрическом модуляторе 4, исследуемую пробу 5,последовательно соединенные детектор 6, блок 7 амплитудной селекции (БАС), линию 8 задержки, блок 9 регистрации, блок 10 пропускания, импульсный генератор 11 и опорный генератор 12. Причем черный поглотитель с палладиевым фильтром 3 установлен на пути пучка гамма-излучения источника 1. Выход БАС 7 подключен к первому входу блока.

Блок регистрации (фиг.2) содержит первый и второй RS-триггеры 13 и 14, первый и второй счетчики 15 и 16 импульсов, генератор 17 импульсов и вычислительный блок 18,

Устройство работает следующим образом.

О СО

00 00

По сигналу Пуск (фиг,1) на служебном выходе блока 9 регистрации формируется соответствующий логичес- кий уровень, при котором разрешается работа импульсного генератора 11. Последний вырабатывает последовательность логических импульсов со скважностью 2. Эти импульсы, поступая на управляющий вход опорного генератора 12 обеспечивают вом режиме, т.е. времени t0 генератор 12 вырабатывает гармонически изменяющийся высокочастотный сигнал, и в течение последующего времени 10 сигналы на его выходе отсутствуют, и т.д. Импульсы с выхода опорного генератора 12 поступают на

его работу в цуго- в течение некоторог

-0 практически черным погло0

5

Таким образом, за период следования импульсов генератора 11 2t0, в течение времени ta гамма-излучение проходит к образцу 5 и в течение последующего времени t, полностью поглощается тителем. Рассеянное от пробы 5 излучение регистрируется детектором 5.

Наиболее подходящим для устройства является резонансный сцинтилляцион- ный детектор, обладающий высоким вре-„ менным разрешением (vO,1 не) и позволяющий получить высокое отношение эффект/фон. Сигналы с выхода детектора 6 поступают в БАС 7 с высоким быстродействием 0-2-3 не при использовании в его составе быстродействующих компараторов 597СА1), В БАС 7

Изобретение относится к методике ядерно-физических исследований, а ч именно к методам определения содержания химических элементов с помощью эффекта Мессбауэра, и может найти применение при разведке, добыче и переработке руд, содержащих олово. Целью изобретения является повышение точности измерений. Цель достигается за счет модуляции во времени интенсивности падающего на образец гамма- излучения и соответствующей временной селекции выходных импульсов детектора. Для модуляции потока гамма-квантов используется черный поглотитель с палладиевым фильтром, закрепленный на пьезоэлектрическом модуляторе. Длительность чередующихся циклов движения и покоя сравнима со временем жизни возбужденного состояния лдра «ЧАА.. on. в этом случае регистрируется заметная часть резонансно рассеянных пробой гамма-квантоя и практически исключается регистрация комптоновски и релеевски рассеянных фотонов, что повышает точность измерений. 2 ил. I (Л

электроды пьезоэлектрического модуля- 2Q производится выделение линии резонансного взаимодействия из общего

тора 4, представляющего собой, например х-срез 0(-кварца, обеспечивая его колебания также в цуговом режиме. Черный поглотитель с палладие- вым фильтром 3 жестко скреплен с пьезоэлектрическим модулятором.

Палладиевый фильтр практически полностью поглощает рентгеновские фотоны источника MSn, слабо влияя на интенсивность мессбауэровской линии 23,8 кэВ. Черный поглотитель обладет свойством почти полного поглощения резонансного излучения (свыше 99% интенсивности) в условиях резонанса и слабого поглощения мессбауэ- ровского излучения (10%) при рассогласовании резонансных условий.

Таким образом, при неподвижном пьезоэлементе черный поглотитель поглощает почти все излучение источника. При движущемся поглотителе интенсивность излучения близка к исходной. Поскольку источник 1 помещен в криостат 2 (например азотный), фактор f для него равен 1. Поэтому глубина модуляции интенсивности излучения , падающего на исследуемую пробу, при движущемся и покоящемся черном поглотителе близка к 100%. Глубина модуляции определяется из выражения

потока выходных импульсов детектора 6. Короткие логические сигналы с вы хода БАС 7 поступают на вход бло- 25 ка 10 пропускания. Последний управляется сигналами импульсного генера тора 11 таким образом, что при движ

щемся черном поглотителе 3 блок 1

30

35

40

45

50

«

I.,

пропускания закрыт, а при неподвижном черном поглотителе 3 он разре шает поступление импульсов на вход разрешения счета блока 9 регистраци обеспечивая его готовность к счету очередного сигнала с выхода БАС 7 через линию 3 задержки.

Линия 8 задержки необходима для того, чтобы обеспечить правильную очередность поступления импульсов на входы разрешения и счета блока 9 регистрации (сигнал на вход разреше ния должен поступать раньше, чем си нал на счетный вход), а сама величи на задержки сигнала немного превыша ет быстродействие схемы 10 пропуска ния. Если же сигнал разрешения счет не появляется, то состояние блока 9 регистрации остается неизменным при поступлении на его счетный вход люб го числа импульсов.

Таким образом, в блоке 9 регистр ции производится подсчет числа заре гистрированных импульсов, когда инт сивность падающего на пробу 5 излуч ния близка к нулю (черный г поглоти тель неподвижен) и регистрация импу сов запрещена, когда интенсивность дающего на пробу 5 излучения максимальна (при колебании черного пог тителя) .

- интенсивность падающего на пробу излучения при движущемся .черном поглотителе - интенсивность падающего , на пробу излучения при не- подвижном поглотителе.

потока выходных импульсов детектора 6. Короткие логические сигналы с выхода БАС 7 поступают на вход бло- ка 10 пропускания. Последний управляется сигналами импульсного генератора 11 таким образом, что при движущемся черном поглотителе 3 блок 10

0

5

0

5

0

5

пропускания закрыт, а при неподвижном черном поглотителе 3 он разрешает поступление импульсов на вход разрешения счета блока 9 регистрации, обеспечивая его готовность к счету очередного сигнала с выхода БАС 7 через линию 3 задержки.

Линия 8 задержки необходима для того, чтобы обеспечить правильную очередность поступления импульсов на входы разрешения и счета блока 9 регистрации (сигнал на вход разрешения должен поступать раньше, чем сигнал на счетный вход), а сама величина задержки сигнала немного превышает быстродействие схемы 10 пропускания. Если же сигнал разрешения счета не появляется, то состояние блока 9- регистрации остается неизменным при поступлении на его счетный вход любого числа импульсов.

Таким образом, в блоке 9 регистрации производится подсчет числа заре- ( гистрированных импульсов, когда интенсивность падающего на пробу 5 излучения близка к нулю (черный г поглоти- тель неподвижен) и регистрация импульсов запрещена, когда интенсивность падающего на пробу 5 излучения максимальна (при колебании черного поглотителя) .

Пусть выполняется условие t.-O ( Ф - время жизни возбужденного уровня мессбауэровского перехода

ядра Sn)о Тогда очевидно, что даже при нулевой интенсивности падающего на образец 5 излучения, на выходе детектора 6 появляются импульсы, соответствующие регистрации резонансно-рассеянного гамма-излучения от ядер, возбужденных в предыдущем отрезке времени t , когда интенсивность

падающего на образец излучения максимальная. В то же время, при таком методе регистрации рассеянного излучения, комптоновски и релеевски рассеянные кванты не дают вклада в результирующий сигнал (времена взаимодействия при комптоновском и релеевс- ком рассеянии настолько меньше времени жизни возбужденного состояния

ju

ядра Sn, что эти процессы можно считать мгновенными). Таким образом, удается практически полностью исключить вклад комптоновского и ре- леевского рассеяния в результирующий сигнал.

По завершении времени набора t заданного числа событий гамма-резонансного рассеяния N , на служебном выходе блока 9 регистрации происходит инвертирование логического сигнала, в результате чего запрещается поступление сигналов с импульсного генератора 11. Сигналы на выходе опорного генератора 12 при этом отсутствуют, и черный поглотитель 3 оставшееся до окончания время, также равное tut остается неподвижным. Схема 10 пропускания все время открыта, и в этом состоянии производится регистрация числа фоновых событий Nфза время Јц Величина N определяется собственным шумом детектора и неидеальностью черного поглотите ля и, как правило, незначительна.

-

По завершении процесса измерения в вычислительном блоке блока 9 регистрации производится вычисление величины резонансного эффекта

р %-(NЈ/2) С у 2

(множитель 1/2 необходим для того, чтобы привести значения Nu и Nd к одному и тому же времени измерения и по соответствующей калибровочной

5 1380

кривой определяется содержание олова в пробе.

Блок регистрации (фиг.2) работает следующим образом.

По сигналу Пуск триггер 14 устанавливается в состояние 1. определяя режим суммирования импульсов счетчика 16. Одновременно в счетчиках 15 и 1.6 записывается число О. Сигнал разрешения счета счетчика 15 устанавливается только в том случае, когда на выходе триггера 13 присутствует 1, для чего необходимо поступление короткого импульса на его S-вход. В противном случае на выходе триггера 13 присутствует О, при котором запрещается счет импульсов счетчиком 15. По набору в счетчике 15

15

20

заданного числа импульсов NO, на его

45

О на выходе триггера 14 до тех пока из содержимого счетчика 16

выходе формируется короткий сигнал, переводящий триггер 14 в состояние О. При этом в самом счетчике 15 устанавливается число О. К этому

25 моменту времени в счетчике 16 сосчитано некоторое число импульсов N/-, поступивших с генератора 17. Инвертирование логического состояния на выходе триггера 17 (служебного сигнала

30 блока регистрации) вызывает изменение направления счета счетчика 16, и измерение продолжается при состояниипор,

не вычитается число N.. (это гарантирует равенство времен измерения эффекта и фона в устройстве). При этом на выходе счетчика 16 формируется короткий сигнал, по которому текущее

. состояние счетчика 15 равное величине Ня,, заносится в память вычислительного блока 18. в котором реализуется указанная формула.

К преимуществам устройства относится повышение точности измерений концентрации примерно на порядок. Кроме того, отсутствие релеевского пьедестала в зависимости величины эффекта от концентрации уменьшает

,й влияние вещественного состава проб на результат измерения концентрации.

Формула изобретения

Устройство для определения содержания олова, содержащее источник излучения с изотопом MSn, пьезоэлектрический модулятор, держатель пробы, детектор , блок амплитудной селекции,

Разрешение счета фиг, /

Редактор И.Касарда

Составитель В.Филиппов Техред М.Дидык

Фиг.2

Корректор М.Демчик