Измерение низкоэнергетических y–квантов. Спектрометрия КХ–y–излучения

, (5)

где а и - параметры спектрометра.

Пороговая энергия γ – квантов Eg0 пропорциональна минимальной амплитуде импульса, которую может зарегистрировать амплитудный анализатор. Импульсы, образуемые γ – квантами с энергиями Eg < Eg0, меньше порога

анализатора и поэтому не регистрируются. Энергию Eg0 можно представить в виде . Здесь – порог анализатора, выраженный числом каналов. показывает «истинный нуль» амплитудного анализатора. Этот нуль прибора находится путем экстраполяции прямой в область «отрицательных» номеров каналов. Окончательно выражение для вычисления энергии γ – кванта имеет вид

. (6)

Практическая процедура построения графической и аналитической зависимостей называется проведением энергетической градуировки спектрометра. Построение энергетической градуировки позволяет провести идентификацию неизвестных источников гамма-излучения. Для этого необходимо измерить спектр неизвестного источника, определить номера каналов, в которых располагаются максимумы пиков полного поглощения, по градуировочным зависимостям определить энергии γ – квантов, испускаемых неизвестным источником, а затем по справочным данным определить изотоп, испускающий кванты с соответствующими энергиями.

Энергетическая градуировка нашего спектрометра представлена ниже.

Важной характеристикой спектрометра является его энергетическое разрешение. За энергетическое разрешение гамма – спектрометра принимают отношение ширины пика полного поглощения DE на половине его высоты (т.н. «полуширина пика») к энергии, соответствующей положению максимума пика E0:

. (7)

Чем лучше разрешение спектрометра (меньше величина R), тем более близкие линии гамма-излучения могут быть разделены между собой. Хорошее разрешение спектрометра позволяет более точно определить процентное содержание изотопов в пробе, т.е. это имеет прямое отношение к нашей задаче. Чем точнее будет определено содержание элементов Zn, Al и Sb тем точнее будет поставлен диагноз.

На практике зависимость R(Eg) определяют экспериментально, с помощью стандартных источников γ – квантов с известной энергией. Зависимость разрешения нашего спектрометра от энергии будет представлена на рисунке ниже.

Спектрометр имеет разное разрешение в зависимости от изотопа и энергии гамма – квантов. Чтобы классифицировать спектрометры по разрешающей способности берут эталонные источники, которые испускают гамма – кванты определённых энергий. Полупроводниковый спектрометр принято характеризовать разрешением для источника 57Co, который испускает γ – кванты с энергией 14 кэВ и 122 кэВ.

Существует ещё одна очень важная характеристика спектрометра. Это фотосветосила спектрометра. Для пояснения рассмотрим систему источник излучения – детектор. Для простоты допустим, что содержащийся в источнике изотоп испускает моноэнергетические кванты с энергией . Количество γ – квантов, рождающихся в объеме источника в единицу времени равно

, (8)

где – вероятность выхода квантов с энергией при распаде ядра (выход γ – квантов). Если источник излучения имеет значительные размеры, то часть квантов, рожденных в объеме источника, может поглотиться в веществе самого источника. Это явление называют самопоглощением ядерных частиц (в данном случае γ – квантов). Число γ – квантов с энергией , вылетающих в единицу времени с поверхности источника (мощность источника) можно представить в виде

, (9)

где – коэффициент самопоглощения γ – квантов в материале источника. Очевидно, зависит от энергии γ – квантов, эффективного атомного номера Z и плотности вещества (т.н. материальной матрицы) источника, степени неравномерности распределения радиоактивного изотопа в матрице, геометрической формы и размеров самого источника.

Рис. 3

Рождающиеся в объеме источника γ – кванты с равной вероятностью могут вылетать из него во всех направлениях. В рабочий объем детектора попадает лишь часть квантов, имеющих определенное направление вылета. Например, в объем детектора попадут лишь те кванты, рожденные в точках X и Y источника, направление вылета которых укладывается в телесные углы wx и wy, соответственно. Таким образом, в рабочий объем детектора в единицу времени приходит количество γ – квантов , равное

, (10)

где G называется геометрическим фактором системы «источник – детектор». G – это относительный телесный угол, интегрированный по объему источника, в котором γ – кванты попадают из источника в рабочий объем детектора. Другими словами, G – это вероятность того, что γ – квант, вышедший на поверхность источника, попадет в детектор. Геометрический фактор зависит от формы и размеров источника и детектора и их взаимного расположения.

Ввиду большой проникающей способности гамма-излучения, с веществом детектора взаимодействует лишь некоторая часть γ – квантов, попадающих в его рабочий объем. Способность спектрометра регистрировать γ – кванты, попавшие в рабочий объем детектора, характеризуется эффективностью спектрометра.

Полной эффективностью сцинтилляционного спектрометра называется отношение числа γ – квантов, зарегистрированных спектрометром, к числу γ – квантов, прошедших через кристалл полупроводника детектора. Фотоэффективностью называется отношение числа импульсов в пике полного поглощения S1 к общему числу γ – квантов, прошедших через кристалл. Другими словами, полная эффективность детектора – это вероятность того, что гамма-квант, прошедший через кристалл детектора, зарегистрируется спектрометром, а фотоэффективность – это вероятность того, что гамма-квант, попавший в детектор, зарегистрируется в пике полного поглощения.

 Скачать реферат