Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
5. Ионизирующее излучение выходит («вылетает») из ИИИ во все стороны или, как принято говорить в физике, в угле 4тг. Для формирования потока излучения в нужном направлении используют конструкцию, закрепляющую ИИИ в определенном положении, защищающую от ионизирующего излучения обслуживающий персонал и имеющую коллимационное отверстие для выхода излучения в нужном направлении. Размеры коллимационного отверстия определяют полезный поток ИИ. Например, если площадь этого отверстия равна SK = 1 см2, радиус защиты R3 = 5 см, а активность ИИИ в угле 4тг составляет 1 МБк = 106 распадов/с = = 106 частиц/с, то из коллимационного отверстия блока источника будет выходить N= ASK/4nR? = 106/314 « 3,2 • 103 частиц/с.
В зависимости от задач, стоящих перед СИ, отмеченные особенности в разной степени влияют на метрологические и технические характеристики СИ. Это будет показано в приведенных ниже примерах.
Поскольку наиболее значимые погрешности связаны с работой первичных преобразователей (ПП), то вначале анализируются погрешности ПП измерения энергии и средней скорости счета ИИ, а затем погрешности радиоизотопных приборов, в которых в качестве информации используется изменение потока ИИ, прошедшего через измеряемый объект.
11.3. ПОГРЕШНОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Пример 11.1. Рассмотрим погрешности, возникающие при измерении энергии ИИ E0 при скорости счета N9 когда эффектами смещения нулевой линии можно пренебречь (режим измерения при малой скорости счета).
Установка для измерения энергии ИИ в упрощенном виде состоит из ИИИ, первичного преобразователя (Д — детектора, усилителя импульсов (У)) и амплитудного анализатора (рис. 11.5).
331
Первичный
ИИ
іерв] обра
преобразователь
иии д У I
—г» " J I > I
Амплитудный анализатор
АЦП і БЦОИ і
Рис. 11.5. Схема установки измерения энергии ионизирующего излучения
В амплитудном анализаторе (АЦП — аналого-цифровой преобразователь, БЦОИ — блок цифровой обработки сигнала, Э — экран монитора) импульсы сортируются по амплитудам. В результате на выходе анализатора (экране) появляется распределение частиц по энергиям в виде n=f(Et), где E1 — энергия, эВ, соответствующая середине канала амплитудного анализатора. Количественно измерение энергии характеризуется энергетическим разрешением, равным полной ширине размытия энергетической линии на экране амплитудного анализатора на половине высоты этой линии. Если форма размытия соответствует гауссовской, эта ширина А = 2,36ар, ар — CKO нормального распределения (рис. 11.6). Относительное разрешение равно бр = A/EQ.
Рис. 11.6. Амплитудный спектр на экране монитора радионуклида цезия-137: ?у = 661 кэВ — основная энергия цезия-137; En — энергетический порог
Источником ионизирующего излучения могут быть: радионуклид в защитной оболочке, образцовый, представляющий собой тонкий слой радионуклида на подложке; исследуемое вещество или продукт (загрязненный грунт, урановая руда, строительный мате-
332
риал), поток частиц от ускорителя заряженных частиц или ядерного реактора, излучение от рентгеновской промышленной или медицинской установки и т.п. Наиболее распространенными видами излучения являются: альфа-частицы (ядра гелия, имеющие положительный заряд), бета-частицы (электроны), гамма-кванты (излучение очень высокой частоты), нейтроны (частицы не имеющие заряда).
Детектор ионизирующего излучения. Регистрация любого вида излучения происходит через ионизацию и возбуждение атомов (молекул) рабочего объема детектора. Полупроводниковый детектор (ППД) представляет собой твердотельный аналог ионизационной камеры (ИК). Если в ИК между электрическими обкладками находится инертный газ под давлением, то в ППД, между обкладками находится полупроводниковый материал, как правило, германий или кремний. На обкладки детектора подается напряжение, создающее в рабочем объеме электрическое поле, предназначенное для сбора свободных зарядов, образующихся при взаимодействии ИИ с рабочим материалом детектора. При измерении энергии ИИ или всего спектра энергий, излучаемых ИИИ, важно обеспечить условия, при которых частицы полностью потеряют свою энергию в рабочем объеме детектора. Это позволяет правильно измерить энергию излучения.
Преобразование энергии заряженной частицы в заряд характеризуется энергией образования одной электронно-дырочной пары в материале детектора Єд, которая для кремния составляет 3,5 эВ, а для германия — 2,8 эВ. Для ИК эта энергия почти на порядок больше и составляет около 30 эВ. Величина єд имеет большое значение для повышения точности, разрешающей способности и
ЧуВСТВИТеЛЬНОСТИ При ИЗМереНИИ ЭНерГИИ ИИ. Чем Меньше Єд,
тем большее число носителей образуется при ионизации в рабочем объеме детектора, что позволяет производить измерения частиц с малой энергией и, соответственно, повысить разрешающую способность, т.е. раздельно зарегистрировать мало отличающиеся между собой энергии излучения. Заряд, собираемый на электродах детектора равен
где E0 — энергия, потерянная ИИ в чувствительном объеме детектора, эВ; q — заряд электрона, равный 1,6-10~19 Кл. Как уже отмечалось в разд. 11.2, процесс преобразования энергии ИИ в заряд для всех детекторов статистический, т.е. при одной и той же полностью поглощенной энергии ИИ величина заряда в детекторе колеблется около некоторого среднего значения, определяемого колебаниями числа зарядов, образованных в результате
