Установка для определения состава вещества Советский патент 1980 года по МПК G01N23/02 

Изобретение относится к устройствам для определения состава вещества, конкретно к устройствам для определения радиоактивных изотопов яо их гам-ма-излучению.

Известно, что интенсивность излучения естественных или искусственных радиоизотопов пропорциональна их количеству в обр1аз;це «ли «омценирацин в насыщенном слое полного поглощения. Это обстоятельство попользуется для коли чест1венного определения элементов, лрИсутстшующих в образце. Облуч:и.в образец, например, лотоKOiM «ёйтронов в реакторе, можио затем измерить интенсивность .га:мма-излучения радиоактивных иаотопов и, ш конечном счете, определить концентрацию элемента в образце.

Зарегистрированный спектр является результатом ВЗ-аимодейспвия .гaммa излyчeния с .веществом детектора, которое обусловлено в осншпом фотопоглощением, КОА1ПТОНОВСКИМ рассеянием и образованием пар. Площадь фотопй.кг, к отарая для определенной геометрии намерений, типа датчика и энергий гам.ма-квантов, пропорцнолальяа интенси вности излучения изотопа . и Может служить мерой его количеспва.

частей спектра- величина постоянная и поэтому, измерив площадь фотопнка (или всего спектра), определить количественное содержание изотопа в образце

(или его ;концентрацию IB -слое полного поглощения). Полное определение количества радиоизотопа по. фотоякку возможно лищь в том случае, если в образце присутствует гаммачизлучатель. Если же (В образце присутстщует два Нлн более гамма-излучающих изотода, зарегистрированный гппектр из лучения будет наметь сложный вид (на фотапи.ки одплх изотопов накладывается комптоновское распределеш1е, обусловленное гам.ма-излучением других пзотопо.в). В этом случае пропорциональность .между .содержанием нзотапа и площадью в области фотапи.ка в за|регистриро/ванпом суммарном спектре нарущается.

Используя химическое выделение изотопов МЛИ различные методические приемы при измерении спектра образ ца, можно выделить излучение отдельнаго пзотопа. Эти методы, известны, но они громоздки и требуют длительного времени, что IB ряде случаев, например цри химической обработке смеси кцроткоживущих изотопов, вообще .не рещает поставленной задачи.

следующим образом. В яамяти устаноэки хранится набор стандартных спектров для чистых изотопов, гарисутстаие которых. дредполЗгается в .образце. Получениый спектр образца нормируется вычислительным устройством и еще Одно устоойство производит последовательное вычитание стандартных спектров гамма-излучения из анализируемого спектра. Полученные величины фотошжов анализируемого и стандариноро опэктрОВ сравниваются, и расочитывается содержание элементов в образце. Число ап ределяемь Х элементо В ограничивается 4-5 из-за на1кс1 плвния ошибки при ПОследователыном (вычитании.

Принципиально другой способ нахол ден«я плоп),ади фотопика, расположенного в области ком1птановокаго раапределания апектра изотопа с более высокой энергией гамма-излучения, состоит в том, что из сум марн-ого спектра на участке, занимаемом фотопиком, вычитают составляющую, обусловленную непрерьивным комптоновским (распределением. Из(вестно, что кривая, ограничивающая площадь спбктра, может быть Представлена совокупностью отдельных кривых, с достаточным .приближением описываемых уравнениями. Задача заключается.,в том, чтобы провести анализ участков кривой, расположенных по обе стороны от анализируемого фотопика. На основе этого анализа (вычислить илощадь комптоновакого раопределения в энергетическом И1нтер1вале, на котором рааположен фото-. пи(к, и затем вычесть полученную площадь комптоновског.о раопределееи.я из общей площади на участке, занимаемом фотопиком. Для этого интервал спектра, содержащий только анализируемый фотопик и «е содержащий других -фотопижов, разбивается на 3 участка, границы которых .могут дримыжать друг к другу или могут отстоять друг от друга на определенном р-асстоянии. Фотошмк находится ,на участке, «оторый является основ1ньгм, а боковые участки - вс(помю1гательные. По илощадям , боковых участков .рассчитывается величина площади, пропорциональной ком1птоновокому распределению в основном участке, которая затем (Вычитается из суммарной площади, пропорциональной И1нтенаивност1и излучения, зарегистрцрованного в основном участке. Разность представляет собой площадь фот1опи(ка.

Известны устройства, в которых этот, способ реализован, например установка, описанная в патенте Англии № 1038042.

Установка содержит детектор га-ммаизлучевия, усил1итель импульсов, трехканальный ам1плитуД1Ный анализатор, вычислительное устройство и регистратор. Анализ участков спектра в у.стройст ве проводится с помощью т,рех1канального -анализатора. В основном канале регистрируется фотопшк я KOiMnTOHOBGKoe .расдределение,

в боковых, смежных с основным, каналах регистрИ|руется только комптоновское распределение. Определение величины комптоновокопо раадределения в основном канале производится с помощью вычислительного устройства дискретного типа путем суммирования Н1М(пульсов IB боковых 1канала,х с последующим, делением на два. Это позволяет реализовать функцию вида, т. е. линейную функцию. реальной функции (вида на линейную (вносит существенные оогрещносТи в результат. Кроме того, подобное устройство может быть использовано только в сочетании с лолупроводаси.ковым детектором, обладающим высокой разрешающей способностью.

Недостатком утаомянутого устройства жвляется .необходимость выбора щкрины каж дого 1ИЗ боковых .каналов ра(вной щирины Среднего .канала (аргумент X), что не позволяет более полно иапользовать полученную информацию и, (В (конеч(ном итоте, ан.ижает точность результатов иЗМерения.

Целью изобретения жвляется разра-ботка установки, позволяющей с .достаточной точностью (проводить определение .количественного состава юмеси изотопов и иопользовать для работы детекторы различных типов. Для этого установка снабжена аналоГОБЫМ вычисднтельным устройством, основой которого являются блоки для (воспроизведения экапоненциальной функции ц блок для воспроизведения логарифмической функции. Между выходом вычислительяого устройства и одного из вапомогательных каналов (пре.дусмотрена обратная овязь.

Установка позволяет применять сцинтилдящнонные и ионавацио.нные детекторы излучения.

-Преимущество предла-гаемой установки заключается и в том, что анализируемый интервал спект.ра не обязательно должен быть разбит на три уча ста одинаковой ширины. Б)оковые участки должны быть равными .по ширине (-щирина участка предста(вляет собой аргумент X). Ширина же среднего участка может быть (кратной ширине бокового участка. Расстожние между участками, если они не при-мыкают друг к другу, также должно быть кратным ширине бокового участка.

На чертенке показала блок-.схема предложенной установки.

Установка работает следующим образом.,

В завиоим1ости от требуемой точности .выбирают ширину канала. Рассмотрим работу устаноаки для случая, когда ширина .всех трех 1каналов установлена одинако.вой. При работе у-становни .импульсы -с детектора 1 1гамма-(изл/учения че.рез и-мпульсный усилитель 2 поступают 1на трехканальнын анализато.р ;5 , и в .течение времени-Г набирается .апектр гамма-йзлучения. По оконча.нии 1набора пю сипналу выдачи информации импульсы постзппают на аналоговое вычислительное устройство 4. Коэффициенты С 1И D находятся путем решения системы уравнения: Yj, C-e где индексы Л и В относятся ж первому и третьему каналам. Величины ХА я Хв заранее задаются с помощью переменных сопротивлений, а величины YA и YB .представляют собой информацию, (полученную в первом и третьем (Каналах. Решая систему уравнений (1), получаем Эти операции автоматически выполняЮТ1СЯ вычислительным устройством 4 с щомощью имеющихся в нем блоков. После опеределения коэффициентов С и D с помощью блоков вычисляется площадь комптоновского распределения во втором канале. Коэффициенты Xj, Хв, Хв задаются оператором с помощью магазина сопротивлений на основании выбранной кратности ширины участков. В дальнейшем, с помощью блока вычитания находится площадь фотопика 5п,ша во втором канале. Так как из-за .Л1аисимума комптоновского распределения число импульсов 5,,„ка (5пика пика - 5компт) ВО ВТОрО.М КЗИаЛб будет несколько завыщено, то его необходимо уточнить. Для этого вводится обратная связь на вход YA. В устройстве 5 производится сравнение найденной площади фотопика с площадью фотопика эталонного образца, полученной с помощью блоков 6, 7, 8 (6-детектор гамма-излучения, 7- имтульоный усилитель, 8- однаканальный .анализатор). На выходе получается сигнал, характеризующий содержание .данного элемента IB образ|Це. Показания фи ксируются регистрирующим устройством 9, которым Может служить стрелочный |Пр1пбор, цифропечатающее устройство или 1перфоратар. Аналогичным образом работает установка, если каналы не равны между собой по ширине. В этом аргумент X задается в зависимости от выбранного расстояния между каналами. Установка может быть использована как при анализе смеси изотопов, так и при активационном анализе образцов относительным методом. Формула и 3 Об р е т е н и я Установка для определения состава вещества путем сравнения с эталоном по площади фотопика юпектра гамма-излучен.ия, содержащая детекторы, усилители, амп.титудный анализатор, вычислительные и регистрирующие устройства, отличающаяся тем, что, с целью повыщения точности определения количества изотопов в , в ней вычислительное устройство снабжено блоками экспонеициальной и логар ифмической функции, входы которы.х соединены с основ1ным и вспомогательными каналами трехканального анализатора, в выходы через блоки умножения и вычитания с входомсравнивающего уатройства.