Устройство для спектрометрии мощных импульсных потоков рентгеновского излучения Советский патент 1974 года по МПК G01N23/22 

Изобретение относится к области ядерной геофизики. Обычно энергетический спектр мощных импульсных генераторов рентгеновского излучения, испускающих 10°-10 гамма-квантов за 10-200 нсек, определяют с помощью аппаратуры классическим методом поглощения. При этом интервал энергий разделяют на п участков и детектором полного поглощения, например сцинтилляционным, проводят п измерений с разными фильтрами, имеющими различную величину произведения nd коэффициента поглощения на толщину фильтра. Имея п независимых измерений, составляют систему п линейных уравнений с п неизвестными. Решение этой системы дает интенсивность излучения в п интервалах энергий. Такого рода аппаратура является единственной практически реализуемой для измерения энергетического спектра излучения мощных импульсных генераторов гамма-квантов, однако с ее помощью можно проводить измерения лищь в том диапазоне энергий, в котором наблюдается резкое изменение коэффициента поглощения в зависимости от энергии. В противном случае система уравнений не будет независимой. При использовании, например, свинца в качестве материала фильтра реальный измеряемый спектр распространяется до энергий 0,5-0,7 Мэв. Кроме того, измерения с помощью такой аппа ратуры достаточно трудоемки, а сама аппаратура имеет больщую нестабильность интегрального и спектрального выходов от импульса к импульсу. Наблюдается также дрейф во времени, поэтому с каждым фильтром необходимо проводить большое количество измерений и брать среднее значение. В результате можно получить лишь грубо усредненное значение энергетического спектра. Невозможно определить изменение спектрального распределения от импульса к импульсу и во времени. Цель изобретения - обеспечение измерения энергетического спектра рентгеновского излучения за каждый импульс излучения с непосредственной регистрацией спектра на экране осциллографа или другого регистрирующего прибора. Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено дополнительно детекторами. так что их общее количество равно количеств фильтров, а выходы детекторов через операционные усилители соединены с регистрирующим устройством. Измерение осуществляется следующим образом. Весь спектр излучения апроксимируют п спектральными линиями. На одинаковом расстоянии от источника располагают п детекторов, перед каждым из которых иаходится фильтр с определенной кратностью ослабления излучения. Детекторы регистрируют суммарную энергию потока излучения в импульсе и отрегулированы так, чтобы при отсутствии фильтров на выходе всех детекторов импульсы напряжения имели одинакову о амплитуду-. Тогда при измерении с фильтрами на выходе каждого детектора будет сигнал Uj, пропорциональный энергии Wj импульса излучения, поглощенной детектором, имеющим фильтр с номером /. Если , - энергия г-й спектральной линии, /V,- - количество первичных гамма-квантов с энергией ,, GU - коэффициент, учитывающий телесный угол, кратность ослабления j-й спектральной линии фильтром с номером / и эффективность детектора для гамма-квантов с энергией Ег, то указанные величины связаны между собой соотношениямиUj.kW. iNfl, где k - коэффициент пропорциональности. Таким образом, получают систему п линейных уравнений с л неизвестными. Коэффициенты ajj определяют из соотношения - ( 4; где 8j(i) -эффективность регистрации /-м детектором гамма-квантов с энергией Ei, Wj - телесный угол, под которым просматривается /-Й детектор; j(Ei)-коэффициент поглощения /-М фильтром гамма-квантов с энергией ЕС, dj - толщина /-ГО фильтра. Для упрощения расчетов целесообразно применять детектор полного поглощения со стопроцентной регистрацией гамма-кванто 5 в нужном энергетическом диапазоне и использовать коллимацию детекторов с одинаковым углом коллимации. В этом случае коэффициенты uij определяются следующим образом: a,.(3) Остальные сомножители входят в значение постоянного коэффициента k. Решение системы уравнений (I) имеет вид E,N, (1) где Ло -детерминант системы уравнений (1); Aij - адъюнкты соответствующих элементов детермината Л о. Таким образом, применяя п детекторов с п разными фильтрами, получают нужный энергетический спектр за каждый импульс излучения. Как видно из выражения (4), измерение интенсивности излучения t-й спектральной линии сводится к выполнению простейших математических операций (сложению с определенным коэффициентом и с учетом знака сигналов с детекторов). Подобные действия легко реализуются с помощью соответствующих операционных усилителей. Сигналы с детекторов излучения поступают на потенциометры, с помощью которых устанавливается необходимое значение коэффициента Ац/Ао. В случае необходимости изменения знака сигнал на суммирующий усилитель поступает через фазоинвертор. В суммирующих усилителях происходит сложение амплитуд импульсов, поступающих с детекторов через соответствующие потенциометры, и в случае необходимости, через фазоинверторы. Таким образом, на выходе суммирующих усилителей получается напряжение, пропорциональное интенсивности излучения в t-м энергетическом интервале. Эти напряжения измеряются пиковыми вольтметрами, либо с последовательно увеличивающейся задержкой во времени подаются на вход электронного осциллографа или другого регистрирующего прибора. В этом случае полученная на экране огибающая характеризует нужный спектр излучения. Предмет изобретения Устройство для спектрометрии мощных импульсных потоков рентгеновского излучения в диапазоне энергий до 0,5-0,7 Мэв, содержащее детектор и набор фильтров, отличающееся тем, что, с целью обеспечения измерения спектра излучения за каждый импульс излучения, оно снабжено дополнительно детекторами, так что их общее количество равно количеству фильтров, а выходы детекторов через операционные усилители соединены с регистрирующим устройством.