Способ исследования дефектности твердых тел Советский патент 1992 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к исследованию и контролю твердых тел с помощью ионизирующих излучений, точнее к методу спектроскопии времени жизни позитронов,

Известен способ контроля дефектной структуры твердых тел путем измерения времени жизни позитронов. Согласно способу образцы облучают позитронами, испускаемыми радиоизотопным источником. Гамма-излучение регистрируется с помощью двух сцинтилляционных детекторов. Схемы амплитудно-временной селекции обеспечивают выделение совпадающих в заданном временном интервале ядерного и аннигиляционного гамма-квантов. В случае, если зарегистрированные кванты относятся к одному акту распада изотопа, то такое совпадение несет информацию о времени жизни позитронов т . Если зарегистрированные кванты относятся к актам распада разных ядер, то такое совпадение является случайным. Измерение временного интервала между указанными гамма-квантами осуществляется путем преобразования временного интервала в амплитуду импульса с помощью время-амплитудного конвертора (ВАК) и регистрации распределения амплитуд импульсов с помощью многоканального анализатора импульсов МАА. Полученное распределение обрабатывается на ЭВМ и определяется время жизни позитронов, характеризующее дефектность образца.

Согласно известному способу для измерения обычно используются источники позитронов активностью 0,5 - 1,0 МБк 2. Регистрируемые при этом спектры характеризуются отношением пик/фон случайных совпадений (ф. с, с.) 103 - QA. Скорость набора информации с источником такой активности обычно составляет 30 - 60 , а время набора одного спектра со статистикой 10б составляет несколько часов. Это делает эксперимент длительным и исключа1сл

t

а

ел Ј

CJ

ет использование метода для исследования кинетики изменения дефектной структуры.

Увеличение активности источника приводит к увеличению скорости набора информации, однако при этом значительно возрастает величина ф. с. с., что снижает точность измерений, Поэтому практически источники позитронов активностью более 1 МБк не используются.

Цель изобретения - увеличение точности измерений за счет снижения ф.с.с,, либо повышение быстродействия при заданной точности измерений. л

Поставленная цель достигается путем оптимизации мертвого времени при преобразовании время-амплитуда, Такая оптимизация возможна благодаря тому, что значения плотности функции вероятности истинных и случайных совпадений по-разному зависят от времени, прошедшего после регистрации предыдущего совпадения, т. е. мертвого Еремени регистрации совпадений. Расчеты показывают, что при данной активности наибольшее отношение пик/ф.с.с имеет место, когда мертвое время преобразования время-амплитуда to составляет 2/пс, где пс - скорость совпадений при малом мертвом времени, При этом следует учитывать, что увеличение мертвого времени от величины to 10 мкс, характерной для собственно регистрирующей аппаратуры, до величины 10 см, определяемой приведенным выше соотношением, приводит к значительному уменьшению числа регистрируемых совпадений в единицу времени, т. е. к снижению экспрессности измерений. Поэтому конкретная величина мертвого времени выбирается из компромиссных соображений между величиной ф.с.с. и, соответственно, точностью измерения с одной стороны, и экспрессностью измерения с другой.

Оптимизация мертвого времени согласно предлагаемому способу позволяет использовать источники позитронов повышенной активности и проводить измерения за время 5 мин. Это позволяет рас- ширить область применения метода измерения времени жизни позитронов для исследования кинетики протекания ряда процессов.

П р и м е р . В качестве примера измерялось время жизни позитронов в образцах деформированного жепзза ( пс). Измерения проводились на спектрометре с разрешением FWHM 320 пс источниками активностью 0,4 МБк и 5 МБк. Мертвое время при регистрации совпадений составляло to 10 мкс (физическое мертвое время,

прототип), а также 50, 100 и 200 мкс. Все спектры имели статистику N 2 105.

Измерялось отношение пик/фон случайных совпадений, а также полная скорость совпадений (сигнал + ф.с.с), которая мало отличается от скорости набора информации пс. После обработки спектров на ЭВМ определялось время жизни позитронов в упомянутом образце (оно одинаково

для всех спектров т- 165 пс), а также ошибка его определения of.

Полученные данные приведены втаблице. Видно, что увеличение мертвого времени приводит к улучшению отношения

пик/ф.с.с. и некоторому уменьшению скорости совпадений. Важно, однако, отметить, что проведение измерений с источником высокой активности 6 5 МБк без оптимизации мертвого времени (to 10

мкс, прототип) практически лишено смысла. Оптимизация согласно предлагаемому способу позволяет проводить такие измерения со скоростью набора информации, на порядок превышающей характерную для

прототипа, и с точностью, достаточной для решения ряда задач. В частности, таким образом появляется возможность изучать кинетику протекания некоторых процессов, что является новым применением метода

времени жизни позитронов.

Формула изобретения Способ исследования дефектности твердых тел, заключающийся в облучении образца позитронами, регистрации и выделении совпадающих в заданном временном интервале ядерных и аннигиляционных гамма-квантов, преобразовании временного интервала между указанными гамма- квантами в импульсы, амплитуда которых

пропорциональна длительности этого интервала, регистрации импульсов с помощью многоканального амплитудного анализатора и определении по полученному спектру задержанных совпадений времени жизни

позитронов как меры дефектности образца, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений за счет снижения фона случайных совпадений и/или повышения быстродействия при заданной

точности за счет использования источников с повышенной активностью, регистрацию совпадений ядерных и аннигиляционных гамма-квантов осуществляют с мертвым временем to в диапазоне между 0,05 tMaKc и

1макс, где tMaxc - время, соответствующее максимуму зависимости отношения вероятностей регистрации случайного и полезного совпадений от времени после регистрации предыдущего совпадения,

Использование: исследование дефектов твердых тел с помощью позитронов. Сущность изобретения: при регистрации совпадений ядерных и аннигиляционных гамма-квантов выбирают мертвое время в диапазоне (0,05 - 1,0)1мэкс, где 1макс- время, соответствующее максимуму зависимости отношения вероятностей регистрации случайного и полезного совпадений от времени после регистрации предыдущего совпадения. 1 табл.