М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2008) (1133848), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Этот пик часто называют фотопиком, подчеркивая тем самым, что его появление определяется фотопоглощением как первичных, так и части вторичных квантов. Чем больше кристалл,тем выше вероятность поглощения вторичных квантов и, следовательно, больше относительная интенсивность фотопика в аппаратурном спектре.Представленные выше механизмы взаимодействия γ-квантов с веществом являются общими для всех типов электромагнитного излучения сверхвысокой частоты, в томчисле характеристического рентгеновского, аннигиляционного и тормозного. Поэтому регистрация и определение энергии, например, рентгеновских квантов основанына тех же принципах, что и гамма-спектрометрия.
В этой связи следует отметить, чторадиоактивный распад может инициировать не только γ-излучение, но и характеристическое рентгеновское. Во многих случаях энергия возбуждения ядра передаетсянепосредственно электрону, например, К-оболочки, который покидает атом (процессвнутренней конверсии). При последующей перестройке электронной системы испускаются рентгеновские кванты и электроны Оже.
Подобный «внутренний фотоэф26фект» вызывает также распад ядра путем электронного захвата. В спектрах радионуклидов часто наблюдаются пики полного поглощения энергии «конверсионного»рентгеновского излучения (см. табл. 3.1).Гамма-спектрометр состоит из детектора, линейного усилителя и амплитудноцифрового преобразователя (АЦП), связанного с персональным компьютером. Исследуемый диапазон амплитуд разбивается на n (например, 1024 или 4096) равных участков (каналов), каждомуиз которых присваивается порядковый номер.Амплитуда сигналов, поступающихнавходАЦП, измеряется, и вкаждый канал попадаютсоответствующиеемуимпульсы с амплитудойv1±Δv1, v2±Δv2,… vn±Δvn,которая зависит от поглощенной кристалломэнергииE1±ΔЕ1,E2±ΔЕ2,… En±ΔЕn. Числоимпульсов, аккумулированных в каждом каналеРис.
3.1. Спектры 60Co, полученные с помощьюза время измерения t,полупроводникового (HPGe) иподсчитываетсяи в ресцинтилляционного (NaI) детекторовзультате получается аппаратурный спектр. Онпредставляет собой дискретное распределение, по оси абсцисс которого отложеныномера каналов (амплитуды сигналов, энергия Еγ), а по оси ординат – число накопленных в каналах импульсов (рис. 3.1). В дальнейшем эта гистограмма аппроксимируется плавной кривой с использованием той или иной математической модели, например, функции Гаусса.Для того чтобы соотнести номера каналов значениям энергии γ-квантов, проводяткалибровку спектрометра по энергии.
С этой целью набирают спектры несколькихстандартных источников и в каждом спектре определяют номера каналов, отвечающие центрам пиков полного поглощения. Этим каналам присваивают соответствующие табличные значения Еγ (или ЕХ) и проводят линейную аппроксимацию зависимости энергии от номера канала спектрометра n:Eγ = a +b⋅n(3.3).Важной характеристикой детекторов, применяемых для спектрометрии излучений,является их относительное энергетическое (амплитудное) разрешение - отношениеширины фотопика на его полувысоте (W) к энергии кванта Еγ, соответствующей этому пику.
Чем меньше значение W/Еγ, тем лучше разрешены линии аппаратурногоспектра (см. рис. 3.1).Ширина пика W отражает флуктуацию амплитуд сигналов на выходе детектора,обусловленную, главным образом, статистическим разбросом числа носителей заряда(ne). Чем больше образуется носителей заряда, тем меньше (по закону Пуассона) относительное среднеквадратичное отклонение δ=1/(ne)½ и лучше амплитудное разре27шение. Статистические колебания амплитуд выходного импульса сцинтилляционного детектора обусловлены флуктуациями весьма небольшого числа электронов, выбитых с фотокатода и приходящих на первый динод ФЭУ, а полупроводникового –большого числа пар электрон-вакансия.
Например, при поглощении в кристалле NaIэнергии Еγ=600 кэВ на первый динод попадает менее 200 электронов, что дает ~7%разброс в величине выходного импульса. При поглощении γ-кванта такой же энергиив кристалле германия образуется ~ 20000 носителей заряда, что в конечном счетепредопределяет значительно лучшее относительное энергетическое разрешение полупроводниковых детекторов (W/Еγ=0,003÷0,009 в диапазоне 1000÷100 кэВ) по сравнению со сцинтилляционными (0,06÷0,1).Площадь пика полного поглощения энергии гамма-кванта.В спектре исследуемого источника определяют положение (энергию Eγ,i) фотопиков и их площадь (интенсивность) - общее число импульсов, обусловленных процессом полного поглощения энергии γ-кванта Eγ,i и накопленных в единицу времени вканалах спектрометра, соответствующих этим пикам. Спектры нуклидов содержат,как правило, несколько пиков ППЭ и соответствующие этим пикам комптоновские континуумы,а также фоновую составляющую.
Поэтому фотопик находится на «пьедестале», сформированномимпульсами, в основном, комптоновских электронов, а также фона (см. рис. 3.1 и рис. 3.2). Дляопределения истинной площади пика ППЭ необходимо вычесть из общего числа импульсов, накопленных на рассматриваемом участке спектра(Iƒ+b), ту их часть, которая образует «пьедестал»(Ib). Современные спектрометры имеют программное обеспечение, позволяющее найти границы пиков ППЭ и рассчитать их интенсивность.Вместе с тем, во многих случаях может быть полезна предварительная визуальная оценка истинойплощади пика ППЭ, рекомендованная, например,в работе [4] (рис. 3.2).
Пусть Ip - скорость счета вРис. 3.2. Определение площадиодном из m каналов непосредственно под пиком,пика ППЭ [4]; пояснения вIbi и Ibj – скорости счета в одном из k каналов слетекстева и справа от пика, соответственно; Предполагается, что распределение импульсов «пьедестала»не содержит каких-либо максимумов, замаскированных фотопиком. Тогда истиннаяплощадь пика (Iƒ) будет равна:mkm k(3.4).I f = ∑ I p − ( ∑ I b ,i + ∑ I b , j )2kp =1i =1j =1Длительность набора спектров определяется требуемой величиной дисперсии измеряемой площади пика ППЭ (σ2Iƒ = Iƒ+Ib[(m/2k)+1]). Время отдельного измеренияможно рассчитать по уравнению (1.36), заменив, соответственно, скорости счетапрепарата (Iс) и фона (Iф) на общую площадь пика (Iƒ+b=Iƒ+Ib) и площадь «пьедестала» под пиком (Ib).283.1.4.
Эффективность регистрации гамма-квантов по пику полногопоглощения и определение абсолютной активности радионуклидаИстинная скорость счета I, регистрируемая детектором любого типа, и абсолютнаяактивность А нуклида со сложной схемой распада связаны соотношением (2.2). Дляпрактической γ-спектрометрии наибольший интерес представляет число зарегистрированных импульсов, обусловленных полным поглощением энергии Еγ,i, или истинная площадь Iƒ,i пика полного поглощения энергии этого кванта:Iƒ,i = φi · ωi ·А = pi · εƒ,i · А(3.5),где φi – коэффициент регистрации квантов Еγ,i (см. раздел 2.1); ωi - доля квантов Еγ,i, энергиякоторых полностью поглощена в кристалле детектора; pi - выход квантов Еγ,i на распад (поправка на схему распада); εƒ,i – эффективность регистрации (по пику полного поглощения)квантов Еγ,i в условиях данного измерения; Iƒ,i – площадь пика ППЭ в имп/с; А – активностьисточника в Бк.Таким образом, эффективность регистрации γ–квантов (по пику полного поглощения) εƒ,i – отношение числа зарегистрированных детектором квантов, энергия которыхЕγ,i полностью поглощена в кристалле, к общему числу квантов данной энергии, испускаемых источником в единицу времени.
Используя (3.5) и (2.2), можно записатьεƒ,i = (Iƒ,i / pi · А) = (φi·ωi / pi) = η·[εi·ki·Si·qi]·ωi(3.6),где η – геометрический коэффициент(**), εi – эффективность детектора, ki – коэффициентослабления, Si – коэффициент самоослабления, qi – коэффициент обратного рассеяния(***);остальные обозначения приведены в (3.5).Эффективность εƒ,i зависит от энергии γ–квантов, взаимного расположения источника и детектора, состава и размеров кристалла детектора, толщины измеряемогопрепарата и некоторых других факторов.
Очевидно, что рассчитать значение εƒ,iсложно. Поэтому для определения абсолютной активности Ах исследуемого препарата обычно используют «метод относительных измерений» (см. раздел 2.1). Например,если исследуемый источник и стандартный образец (эталон), содержащий тот женуклид известной активности Аэт, измеряют в строго тождественных условиях, то искомая активность, согласно (2.6) и (3.5), будет равна:Ах = (Iƒ,x / Iƒ,эт)· Аэт(3.7)Калибровка спектрометра по эффективности.Если нет подходящих эталонов удельной активности, то эффективность регистрации γ-квантов изучаемого образца (εƒ,х) определяют по калибровочной зависимости εƒот энергии Еγ для заданных условий измерения (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
