Гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивных гамма-излучающих изотопов в пробах Советский патент 1992 года по МПК G01T1/202 

имость. Однако даже при выполнении указанных условий невозможно полностью исключить влияние космических излучений на величину фона спектрометра, что с учетом обстоятельства, что геометрия измерений образцов меньше Фг, отрицательно сказывается на чувствительности измерений. В упомянутых гамма-спектрометрах отсутствует контроль стабильности фоновых условий и контроль стабильности электронного тракта, что снижает степень достоверности информации, получаемой в результате измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сцинтилля- ционный гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивности элементов в пробах, состоящий из детектора гамма-излучения на основе цилиндрического кристалла неорганического сцинтиллятора с колодцем 1, активной защиты из пластического сцинтиллятора, пассивной защиты и анализатора амплитуд импульсов детектора.

Гамма-спектрометр обладает рядом недостатков, а именно: геометрия измерений пробы меньше 4л; активная защита не полностью окружает регистрирующий кристалл, что снижает чувствительность измерений, примененная в гамма-спектрометре схема контроля стабильности фоновых условий с дополнительным выносным счетчиком гамма-излучения не позволяет адекватно оценить порог значимости вариаций фона, так как выносной детектор находится в иных фоновых условиях, чем регистрирующий, окруженный активной и пассивной защитами, что снижает достоверность, а применяемая для контроля стабильности электронного тракта калибровка по светодиоду требует применения дополнительных высокостабильных источников опорного сигнала и использования специальной методики ввода световх реперных импульсов. Используемые схемы контроля фоновых условий и стабильности электронного тракта сложны и не позволяют получать результаты с высокой степенью достоверности.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерений и достоверности результатов измерений, упрощение конструкции гамма-спектрометра.

Эта цель достигается тем, что в гамма- спектрометр для измерения концентрации радиоактивных изотопов в пробах, содержащий детектор, включающий регистрирующий кристалл из неорганического сцинтиллятора, ФЭУ, пассивную защиту,

предусилитель и анализатор амплитуд импульсов от регистрирующего кристалла, введены охранный кристалл из неорганического сцинтиллятора, имеющий отличное от

регистрирующего кристалла время высвечивания, схема разделения импульсов по форме, анализатор амплитуд импульсов от охранного кристалла и второй ФЭУ, детектор выполнен в виде разъемного цилиндра,

состоящего из двух коаксиальных сцинтил- ляционных кристаллов, регистрирующего и охранного, причем охранный кристалл окружает со всех сторон регистрирующий кристалл, находящийся с ним в оптическом

контакте, а регистрирующий кристалл имеет замкнутую коаксиальную полость для исследуемой пробы, причем плоскость разъема перпендикулярна оси цилиндра и пересекает ее на полувысоте, а два ФЭУ

расположены на торцах охранного кристалла, при этом аноды ФЭУ подключены через предусилитель к входу схемы разделения импульсов по форме, первый выход которой подключен к анализатору амплитуд импульсов от регистрирующего кристалла, второй - к анализатору амплитуд импульсов от охранного кристалла.

На чертеже изображена схема гамма- спектрометра.

Гамма-спектрометр содержит пассивную защиту (не показана), детектор 1 гамма- спектрометра выполнен в виде разъемного цилиндра, состоящего из двух коаксиальных цилиндрических кристаллов с разным

временем высвечивания, так что отличие времен высвечивания позволяет разделять события, произошедшие в регистрирующем, охранном и одновременно в обоих кристаллах по форме импульса, причем охранный кристалл 2 окружает со всех сторон регистрирующий кристалл 3, а регистрирующий имеет замкнутую коаксиальную полость, в которую помещается исследуемая проба 4, плоскость разъема цилиндра перпендикулярна его оси и пересекает ее н,а полувысоте, а два ФЭУ 5 и 6 расположены на торцах охранного кристалла, причем аноды ФЭУ через предусилитель 7 подключены к входу схемы 8 разделения по форме импульса, первый выход которой подключен к

анализатору амплитуд импульсов регистрирующего кристалла 9, второй - к анализатору амплитуд импульсов охранного кристалла 10, а питание ФЭУ осуществляется от единого источника 11 высокого напряжения.

Процесс измерения проб на предлагаемом гамма-спектрометре осуществляется следующим образом.

После энергетической калибровки снимаются фоновые спектры регистрирующего 3 и охранного 2 кристаллов в течение необходимого времени, причем схема 8 разделения пропускает на выходы сигнал только в том случае, если событие зарегистрировано только в одном из кристаллов. С выхода схемы разделения импульсы поступают на входы двух анализаторов импульсов, используемых для накопления спектров регистрирующего и охранного кристаллов. Контроль стабильности электронного тракта осуществляется по характерным особенностям спектра охранного кристалла, а контроль стабильности фоновых условий - по интенсивности счета в выбранных энергетических интервалах спектра охранного кристалла. После этого детектор раздвигается по плоскости разъема, внутрь детектора помещается исследуемая проба 4, детектор собирается, и снова снимаются спектры регистрирующего и охранного кристаллов также в режиме антисовпадений между кристаллами. Общее время измерений как фона, так и пробы определяется величиной чувствительности, необходимой для исследования конкретной пробы, и необходимостью достижения заданного уровня статистической точности. Критерии стабильности внешних фоновых условий и стабильности работы электронного тракта остаются те же, что и при измерении фона. При такой схеме измерения проб отпадает необходимость в проведении циклических измерений фона, что существенно сокращает время проведения измерений. По результатам измерений с учетом эффективности регистрации гамма-излучения измеряемого изотопа для исследуемой пробы определяется концентрация этого изотопа по стандартной методике.

Пример. Гамма-спектрометр для определения концентрации изотопа Cs-137 в пробах, из различных партий сырья для производства сцинтилляционных детекторов. Детектор представляет собой комбинацию щелочно-галлоидных монокристаллов цилиндрической формы - охранного Csl(TI) и регистрирующего Nal(TI) с наружными размерами охранного кристалла 220x380, регистрирующего кристалла 130x280 с полостью размерами 50x200 для размещения пробы. Разрешение регистрирующего кристалла для энергии 662 кэВ составляет 14%. Детектор окружен относительно простой пассивной защитой, состоящей из свинца (10 см), меди (5 см) и борированного полиэтилена (8 см), Гамма-спектрометр размещен на поверхности земли. Чувствительность по изотопу Cs-137 в пробе, представляющей собой порошок Csl плотностью 2,4 г/см , составляет Ки/г за время измерения 10000 с, что сравнимо с чувствительностью сложных уникальных гаммаспектрометров, расположенных в специальных подземных помещениях. В качестве схемы разделения использован блок фирмы HARSHAW PSANC 2SA, анализаторы АИ- 1024.

Чувствительность за 10000 с на поверхности земли составляет 3- 10 Ки/г, что на порядок превосходит чувствительность гамма-спектрометра прототипа, установленного в специальной подземной лаборатории, а повышение достоверности результатов определяется возможностью разделять вклад статистических и систематических погрешностей и позволяет в принципе достичь любой наперед заданной

чувствительности за счет увеличения времени измерений.

Таким образом, изобретение позволяет на поверхности земли достичь нужной чувствительности гамма-спектрометров, размещенных в специально оборудованных низкофоновых подземных помещениях, при значительном упрощении конструкции гамма-спектрометра и высокой достоверности результатов измерений.

Формула и зобретен и я Гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивных гамма-излучаю- щих изотопов в пробах, содержащий

детектор, включающий регистрирующий кристалл из неорганического сцинтиллято- ра, ФЭУ, пассивную защиту, предусилитель и анализатор спектра от регистрирующего кристалла, отличающийся тем, что, с

целью повышения чувствительности измерений, достоверности результатов измерений и упрощения конструкции гамма- спектрометра, в устройство введены охранный кристалл из неорганического сцинтиллятора, имеющий отличное от регистрирующего кристалла время высвечивания, схема разделения импульсов по форме, анализатор спектра от охранного кристалла и второй ФЭУ, детектор выполнен в виде

разъемного цилиндра, состоящего из двух коаксиальных сцинтилляционных кристаллов, регистрирующего и охранного, причем охранный кристалл окружает со всех сторон регистрирующий кристалл, находящийся с

ним в оптическом контакте, а регистрирующий кристалл имеет замкнутую коаксиальную полость для исследуемой пробы, причем плоскость разъема перпендикулярна оси цилиндра и пересекает ее на полувысоте, а два ФЭУ расположены на торцах охранного кристалла, причем аноды ФЭУ подключены через предусилитель к входу схемы разделения импульсов по форме,

первый выход которой подключен к анализатору спектра от регистрирующего кристалла, второй - к анализатору спектра от охранного кристалла.