Рентгенорадиометрический анализатор состава вещества Советский патент 1983 года по МПК G01N23/08 

Изобретение относится к рентгенорадиометрическим анализаторам состава вещества предназначенным для анализа легких элементов. Известен рентгенррадиометрический анализатор (РПСЧ-0) (Гагара) содержащий источник излучения, детектор-излучения, регистрирующую аппаратуру 1 . Недостатком этого прибора является низкое разрешение при анализе элементов с бл ними атомными номерами и высокий порог регистрации элементов по ато ному номеру {от и выше). Известен рентгенорадиометрический анализатор состава вещества, содержащий источн1 К излучения, детектор, вакуумную измерительную ка меру, форвакуумный насос, устройст газового питания, регистрирующее устройство и блок высоковольтного низковольтного питания 2 . Анализатор следующими недостатками. Энергетического разрешения газовых пропорциональных счетчиков не всегда достаточно для раздельной регистрации рентгеновск го излучения элементов с близкими атомными номерами, что особенно ва но при анализе легких элементов. Кроме того, прото чные пропорционал ные счетчики с газовым усилением о личаются невысокой стабильностью в ходного сигнала, на величину которого большое влияние оказывает колебание давления счетного газа в счетчике. Эти два фактора сильно ограничивают использование проточных счетчиков при анализе.легких элементов и по существу -позволяют проводить анализ на один элемент в пробах, не содержащих примесных эл ментов с близким к определяемому атомным номером, при достаточно вы сохом содержании определяемого эле мента и при невысоких требованиях точности анализа-; , Целью изобретения является расширение диапазона определяемых элементов, повышение точности и чувствительности анализа путем улучшения энергетического разрешения и повыше ние стабильности работы детектора излучения. Поставленная цель достигается тем, рентгенорайиометрическом анализаторе состава вещества, содер жащеМ источник излучения, детектор излучения, вакуумную измерительную камеру, форвакуумный насос, устройство газового питания, регистрирующее устройство и блок высоковоль ного и низковольтного питания, детектор излучения выполнен в виде газового сцинтилляционного детектор со световым усилением сигнала в электрическом поле с двумя фотоумно жителями, а также в анализатор введем, ны два регулируемых делителя напряжения, два электронных ключа, схема сложения сигналов, два дифференциальных дискриминатора, схема сравнения, две схемы регулирования и схема согласования-, соединенныетаким образом, что между последним и предпоследним динодами фотоумножителей включены переменные резисторы-, выход первого ФЭУ через рездвлительную емкость соединен с входом первого регулируемого делителя напряжения, выход второг о ФЭУ через разделительную емкость соединен с входом второго регулируемого делителя напряжения, выходы первого и второго регулируемых делителей напряжения соединены соответственно с входами первого и второго электронных ключей и с входами схемы сложения сигналов, выход схемы сложения сигналов связан с входом регистрирующего устройства, выходь первого и второго ключей соединены между собой и соединены с входами дифференциальных дискриминаторов, выходы дискриминаторов с входами схем сравнения, первый выход схемы сравнения соединен с. входом первой схемы регулирования, выход первой схемы регулирования - с управляющим входом первого регулируемого делителя напряжения, второй выход схемы сравнения связан с входом втррой схемы регулирования,выход второй схемы регулирования.соединен с управляющим входом второго регулируемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго электронных ключей и схемы сравнения соединены с соответствующими Выходами схемы согласования. На чертеже представлена схема анализатора. Анализатор содержит анализируе- . мый образец 1, форвакуумный насос 2, измерительную камеру- 3, кольцевой источник излучения. 4, окно 5, газовый сцинтиллятор-. 6, устройство газового питания 7, электронные фотоумножители (ФЭУ) 8 и 9, переменные резисторы 10 и 11, разделительные емкости 12 и 13, регулируемые делители напряжения 14 и 15, схему сложения. 15, регистрирующее устройство 17, ключи 18 и 19, дифференциальные дискриминаторы 20 и 21, схе- му йоммутации 22, схему сравнения 23, схему регулирования 24, схему согласования 25, схему сравнения 26, схе,му регулирования 27, блок высоковольтного и низковольтного питания 28. Анализатор работает следующим образом. Характеристическое излучение определяемого элемента, находящегося в анализируемом образце 1, помещенком в откачиваемой форвакуумным насосом 2 измерительной камере 3, возбуждается кольцевым изотопным источником альфа или рентгеновско-г го излучения 4. Через тонкое окно 5 из синтетической пленки (пленка ПЭТФ, толщина 1 мкм) Характеристическое излучение попадает в рабочий объем 6 газового сцинтиллятора со световым усилением сигнала электрическим полем (пропорциональный сцин тилляционный детектор - ПСД, анод которого выполнен в виде шара), газовый объем соединен с устройством газового питания . 7, обеспечивающим очистку газа в детекторе. Вторичное ультрафиолетовое излучение, возникшее в сцинтилляторе, регистрируется двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) 8 и 9, чувствительными к ультрафиолетовому излучению. Источник питания 28 обеспечивает высоковольтным питанием анод ПСД и фотоумножители. Принципиальное отличие ПСД от га зового пропсчетчика состоит в том/ что в объеме сцинтиллятора отсутствует усиление первичного заряда, образованного зарегистрированным гамма-квантом или другой частицей ионизирующего излучения. Поэтому увеличение амплитуды сигнала на пути от анода, к катоду происходит не по экспоненциальному, а по мультипликативному закону, что в два раза уменьшает величину статистических:, флуктуации результирующего сигнала и следовательно, в два раза улучшает величину энергетического разрешения. Для практической реали;заци этого преимущества необходимо обеспечить как можно более полный сбор света, образованного в объеме сцинтиллятора. Наличие двух фотоумножит лей необходимо, во-первых, для повышения свётосбора и уменьшения флуктуации числа зарегистрированных квантов ультрафиолетового излучения, во-вторых, для повышения ампли туды выходного сигнала. Между последними; динодами обоих ФЭУ включены переменные резисторы 10 и 11. Сигналы с ФЭУ через ВЭЗ делительные емкости 12 и 13 подаются на регулируемые делители напряжения 14 и 15. Сигналы с делителей 14 и 15 поступают на. входы смены сложения сигналов 16, ас ее выхода на регистрирующее устройство 17, гд происходит дальней1т:ая обработка информации (усиление, амплитудная селекция, счет числа импульсов) .Кром того, сигналы с выхода регулируёMJX делителей напряжения 14 и 15 по , ступают на входы электрбнных ключей 18 и 19. Ключи 18 и 19 обеспечивают поочередное пропускание сигналов с ФЭУ 8 и 9 на входы Дифферен циальных дискриминаторов 20 и 21, каждый из которых настроен на ловину амплитудного распределения сигналов с ФЭУ. Математически можно показать, ч-то при одинаковых характеристиках обоих ФЭУ амплитуда суммарного сигнала не зависит от перераспределения числа квантов между катодами фотоумножителей, В то же время при различных амплитудных характеристиках ФЭУ наблюдается зависимость суммарного сигнала от пере|распрвделения числа квантов между фотокатодами, что вызывает увеличение флуктуации сигнала на выходе схемы сложения и соответственное ухудшение энергетического разрешения детекторов. Для предварительного обеспечения равенства сигналов с обоих ФЭУ служат переменные резисторы 10 и 11, а для поддержания их постоянными в процессе эксплуатации введена сие тема стабилизации. Рассмотрим работу схемы в. том случае, когда открыт ключ 18, а. ключ 19 закрыт, т.е. на дискриминаторы 20 и 21 поступают импульСЫ с ФЭУ 8. Импульсы со скоростями счетта, соответствующими левой и правой половинам амплитудного распределе- ния импульсов с ФЭУ 8, поступают через схему коммутации 22 на схему сравнения 23. Если скорости счета равны, что соответствует постоянному по.пожёнию амплитудного распределения с ФЭУ 8 относительно уровней дискриминации дискриминаторов 20 и 21 (т.е. постоянству амплитуды сигнала) , то выходной сигнал со схеfvttj сравнения 23 Иа схему регулировав; ния 24 будет отсутствовать. Если амплитуда сигнала с ФЭУ 8 изменилась, то скорости счета с дискриминаторов 20 и 21 также изменяются. Схема сравнения 23 выдает сигнал.рассогласования на схему регулирования 24, которая, в свою очередь, изменит величину регулируемого делителя напряжения 14 таким образом, чтобы амплитуда сигнгша на его выходе вернулась к прежней величине. Схема сравнения 23 выполнена запоминает величину сигнала рассогласования на своем выходе соответствующую последнему изменению скоростей света с дискриминаторов 20 и 21. Таким образом, схема регулирования 24 и регулируемый делитель напряжения 14 остаются в своем новом положении. По истечении этого цирла срав-нения, который длится 1-2 с, схема согласования 25 закооет ключ 18, откроет ключ 19 -и произведет переключение выходов дискриминаторов 20 и 21 через схему коммутации 22 на схему сравнения

26. Повторяется цик;: сравнения, аналогичный описанному выше, с той лишь разницей, что соответствующий сигнал рассогласования будет направлен на схему регулирования 27 и соответственно на регулируемый делитель 15. Так как сигналы с обоих ФЭУ поступают на схемы сравнения через одни и те же дифференциальные дискриминаторы 20 и 21, амплитуда этих сигналов устанавливается одинаковой. Пиклы сравнения по вторяются постоянно с- частотой, задаваемой схемой согласования 25. Таким образом, на схему сложения 16

поступают равные по величине и постоянные во времени сигналы с двух ФЭУ, а на регистрирующее устройство 17 - сигналы стабилизированной амплитуды с минимал|1ными статистическими колебаниями последней.

Использование данного анализатора позволяет существенно расширить диапазон опр(эделяемых элементов (oTZ-6 и выше) по сравнению с

0 прототипом (OTZ«12 и выше). Кроме того, улучшаются метрологические характеристики анализатора. Так, разрешение по АЕ составляет 15-17% (вместо 40% для прототипа).

РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКИП АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ВЕЩЕСТВА,содержа;щий источник излучения,детектор,вакуумную измерительную камеру, форвакуумный насос, устройство газового питания, регистрирующее устройство и блок высоковольтного и низковольтного питания, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых элементрв, повышения точности и чувствительности анализа, детектор излучения выполнен в виде газового сцинтилляционно-. го детектора со световым усилением сигнала в электрическом поле с двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), а также в анализатор введены два регулируемых делителя -напряжения, два электронных ключа, схема сложения сигналов, два-дифференциальных дискриминатора, схема сравнения, две схемы регулирования и схема согласования, соединенные так, что между последним и предпоследним динодами фотоумножителей включены переменные резисторы, выход первого ФЭУ через разделительную емкость соединен с входом первого регулируемого делителя напряжения,выход второго ОЗУ через разделительную емкость с входом второго регулируемого делителя напряжения, выходы первого и второго регулируемых делителей напряжения соединены соответственно (Л с входами первого и второго электронных ключей и с входами схемы слос: жения сигнало.в, выход схемы сложения сигналов связан с входом регистрирующего устройства, выходы первого и второго электронных ключей соединены между собой и соединены с входами дифференциальных диоо скриминаторов, выходы которых соединены с входами схемы сравнения, первый выход схемы сравнени.я соеди(Jp нен с входом первой схемы регулирования-, выход которой соединен с управляющим входом первого регулируемого делителя напряжения, второй выход схемы сравнения соединен с входом второй схемы регулирования, выход которой связан с управляющим входом второго регулируемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго электронных ключей и схемы сравнения соединены с соответствующими выходамисхемы .согласования.