Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
измеряемой энергии, будет равно оЕ = \^(кТ)2 R8JC2R^ Kn^
где Лпр = ^/2,7єдС — коэффициент преобразования энергии EQ в выходной сигнал.
Продолжим оценку и сравнение детекторов при EQ= 100 кэВ. Оценим величину шума для кремниевого детектора при следующих типичных данных: температура Г= 300 К, емкость C= 20 пФ, сопротивление параллельных шумов R^ = 100 МОм, сопротивление последовательных шумов = 100 Ом, к= 1,38 • 10~23 Дж/град, q= 1,6-10"19 Кл, K^ = 8,46 • 10"10 В/эВ, получим а?=536 эВ, что соответствует разрешению 1,26 кэВ, или 1,26% (составляющая погрешности из-за флуктуации числа свободных носителей составляет 0,45%). Это характерный результат, показывающий, что для полупроводникового детектора, а также ИК случайная пофешность из-за электронных шумов, как правило, выше, чем из-за преобразования энергии в материале детектора.
На рис. 11.7 представлена модель преобразования сигнала в первичном преобразователе (ПП) СИ энергии ИИ с указанием влияющих факторов и генераторов пофешностей на каждом этапе преобразования.
AE
IT «If
> Kn
AA
Ky —>Q9—>
Рис. 11.7. Модель преобразования сигнала в первичном преобразователе измерителя энергии ионизирующего излучения: АГИИ, Ку — коэффициенты преобразования ИИ, детектора и усилителя; ^Е — фактор влияния на энергию излучения; AT и AUn — изменения температуры и напряжения питания, влияющие на АГД и Ку\ AE — генератор методической погрешности, искажающей регистрируемую энергию излучения; AQ — генератор погрешности, обусловленной преобразованием энергии в детекторе и влиянием условий эксплуатации; AA — генератор погрешности, обусловленной преобразованием сигнала в усилителе
336
Ниже приведены наиболее характерные составляющие методической, инструментальной и динамической погрешностей для ПП измерения энергии ИИ.
Методическая погрешность. Энергия ИИ 2sBX, попадающая на чувствительную поверхность детектора, может отличаться от энергии Е, которой характеризуется распад данного радионуклида. Это может быть обусловлено рядом факторов, приводящих к возникновению методической погрешности. «Основная» методическая погрешность4 может быть обусловлена следующими факторами:
— самопоглощением и рассеиванием излучения в материале радионуклида;
— поглощением и рассеиванием излучения в элементах упаковки (конструкции) источника;
— рассеянием излучения на элементах конструкции и в среде между источником и детектором;
— типом детектора;
— линейностью коэффициента во всем диапазоне регистрируемых энергий;
— погрешностью градуировки с помощью образцовых ИИИ;
— распадом радионуклида во времени.
Дополнительные составляющие методических погрешностей могут быть обусловлены рядом влияющих факторов, изменяющих поглощение и рассеяние излучения, и прежде всего изменением состояния окружающей среды (температура, влажность, давление и т.п.), воздействием механических перегрузок (вибрация, удары и т.п.), приводящих к изменению:
— взаимного расположения Элементов конструкции детектора и ИИИ;
— физических характеристик радионуклида (например, плотности радиоактивного газа под влиянием температуры или плотности воздушной среды при изменении влажности и/или давления, расположения порошкообразного материала радионуклида под влиянием вибрации и т.п.).
Другие составляющие обусловлены особенностью конкретной задачи.
Инструментальная погрешность ПП определяется преобразованием энергии излучения в детекторе (преобразователь Кд), а также преобразованием и усилением сигнала в импульсном усилителе.
4 «Основная» методическая погрешность — методическая погрешность при нормальных условиях эксплуатации. Термин используется по аналогии с основной погрешностью СИ.
337
Составляющими основной погрешности ПП, которая определяется при нормальных условиях работы, являются:
— систематическая погрешность, обусловленная «мертвым» слоем детектора (для заряженных частиц), т.е. нечувствительным слоем, предшествующим чувствительному объему детектора;
— случайная погрешность, обусловленная флуктуациями преобразования энергии излучения в электрический заряд на выходе детектора;
— отклонения номинальной функции преобразования энергии излучения в сигнал на входе АЦП от номинальной;
— случайная погрешность, обусловленная электронными шумами детектора и усилителя (для полупроводникового детектора и входного канала усилителя нормальная температура соответствует температуре жидкого азота (77K), а для остальной схемы — комнатной температуре).
Составляющие дополнительной погрешности ПП определяются влиянием изменения температуры окружающей среды и напряжения питания детектора и импульсного усилителя на коэффициенты преобразования и Ку Вопросы расчета дополнительных погрешностей импульсных усилителей рассмотрены в гл. 8, а дополнительных погрешностей из-за нестабильности Ад применительно к сцинтилляционному счетчику анализируются в примере 11.2.
Динамическая погрешность для ПП измерения обусловлена в основном эффектами частотных перегрузок (смещением нулевой линии). Источники систематической и случайной погрешностей, связанных со смещением нулевой линии, рассмотрены в примере 10.21.
