А.А. Абрамов, Г.А. Бадун - Методическое руководство к курсу Основы радиохимии и радиоэкологии (1133870), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Телесный угол - это часть среды, окружающей источник изахватывающая поверхность детектора. В зависимости от конфигурациисчетчика находится в пределах от 0,03 до 0,4 (торцевые счетчики с большойповерхностью окна детектора). - эффективность счетчика к данному типу излучения.  равенотношению числа частиц или -квантов, попавших в чувствительный объем37счетчика и вызвавших процессы, позволяющие осуществить их регистрацию, кполному числу частиц или -квантов, попавших в объем счетчика.

СчетчикиГейгера-Мюллера обладают очень высокой чувствительностью к –-частицам (0,995или99,5%).Длярегистрации-квантовчащеиспользуютсцинтилляционные или полупроводниковые детекторы, так как для счетчиковГейгера-Мюллера в зависимости от энергии -квантов и толщины катода онаколеблется от долей процента до 2-3% в лучших образцах газоразрядныхсчетчиков.k - коэффициент ослабления в стенках детектора и слое воздуха междупрепаратом и детектором.Ослабление –-частиц в слое материала окружающей среды мы подробнорассматривали в разделе 1.4. Там мы привели эмпирический экспоненциальныйзакон ослабления.

Детализируем его конкретно для процесса регистрацииk = е–d(2.4)где d = dпрепарата + dвоздухаФормула может быть использована для d  0,3 Rmax, в противном случаенеобходимо пользоваться графиком на рис. 1.7. Для -квантов коэффициентослабления близок к единице.s - коэффициент самоослабления, определяется как отношение частиц,испускаемых с поверхности препарата в направлении детектора, к полномучислу частиц, испускаемых в образце в направлении детектора.Для приблизительной оценки s можно воспользоваться формулойs=1  e  dпрепар .dпрепар.(2.5)где dпреп. – массовая толщина препарата. Формула может быть использована,когда dпреп./ Rmax  0,3.

Чтобы избежать учета самоослабления –-частиц впрепарате, стараются готовить очень тонкие препараты, когда можно считать sнезначительноотличающейсяот1.Еслинеобходиморегистрироватьактивность объемных препаратов именно по –-излучению, то существует38метод насыщенных слоев, который освещается в рекомендованной литературеи описании к задаче 1.q – коэффициент обратного рассеяния, равен отношению числа частиц,испускаемых в направлении детектора с поверхности препарата, нанесенногона подложку, к числу частиц, испускаемых в направлении детектора споверхности препарата при бесконечно тонкой подложке. q – возрастает сувеличением Е–max и Z материала подложки и внутренней поверхности«домика». На рис. 2.3 представлена зависимость q от этих параметров.q32P1,860Co1,41,044029 (Cu)80Z(оргстекло)Рис. 2.3.

Зависимость коэффициента q от материала подложки для--излучения 60Co и 32P.Это единственный коэффициент, входящий в коэффициент регистрации,который может быть больше единицы (q  1).Для уменьшения q и приближения его к единице материалом длявнутренней отделки «домика» и изготовления подложки служит, как правило,органическое стекло, состоящее из атомов легких элементов.Мы рассмотрели поправочные коэффициенты, входящие в коэффициентрегистрации при наличии в радионуклиде одной группы –-частиц. Если ихнесколько, то выражение для I приобретает следующий видI =   kisiqipii39(2.7)где р – поправка на распад (доля каждой группы –-частиц), коэффициенты К, sи q зависят от Е–max, поэтому рассчитываются для каждой группы–-частиц отдельно.На практике используют чаще всего 2 метода регистрации препаратов,содержащих–-излучатели:методотносительныхизмеренийиметодфиксированного телесного угла.

Об этом будет дополнительно сказано впрактической части пособия.2.2 Регистрация -квантов, -спектроскопияВзаимодействие -квантов с веществом рассмотрено в разделе 1.5.-кванты являются косвенно ионизирующим излучением и при взаимодействиис веществом за счет фотоэффекта, комптоновского рассеяния и эффектаобразования электронных пар, образуются заряженные частицы, которые ивызывают процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул.В настоящее время большинство приборов для регистрации -квантовпредставляютсобойустройства-анализаторы,-которыенетолькорегистрируют -кванты, но одновременно снимают спектр радионуклида илисмеси радионуклидов.

В качестве детектора часто используются кристаллысцинтиллятора, оптически связанные с фото-электронными умножителями.Наиболее часто используются кристаллы NaI (Tl) активированные таллием,реже CsI (Tl) и Bi4Ge3O12. Принципиальная схема -спектрометра приведена нарис. 2.4.Вторичные, заряженные частицы после взаимодействия -квантов скристаллом возбуждают большое число атомов сцинтиллятора. Основная частьэнергии пошедшей на возбуждение – высвечивается, число светофотоновсоставляетвсреднем10-100на1кэвпоглощеннойэнергии-излучения. При этом доля энергии возбуждения, преобразуемой в световыеимпульсы – величина постоянная для данного кристалла.

Поэтому числофотонов,составляющихотдельную40сцинтилляцию,пропорциональнакинетической энергии заряженных частиц, и соответственно доле энергии-квантов, переданной кристаллу.23456817Рис. 2.4. Принципиальная схема простейшего сцинтилляционногооднокристального -спектрометра, где 1 – -излучатель, 2- сцинтиллятор,3 – ФЭУ, 4- усилитель-формирователь, 5 – амплитудный анализатор, 6 –преобразователь выходной информации, 7 – источник питания детектора, 8 –блок связи с компьютером.Вспышки света, попадая на фотокатод ФЭУ (3 на схеме) вызываютэмиссиюэлектронов.Потокэлектронов,проходясистемудиодов,лавинообразно увеличивается примерно в 105-107 раз. Заряд, переносимыйлавиной на анод, пропорционален числу электронов, выбитых с фотокатода,которое в свою очередь определяется числом световых вспышек.

Такимобразом амплитуды сигналов на выходе ФЭУ пропорциональны энергии,переданной -квантами атомам сцинтиллятора.Весь процесс, от эмиссии электронов под действием фотонов доформирования сигнала на выходе из ФЭУ, занимает 10-9 – 10-8 сек. Этот периодменьше времени высвечивания фотонов из кристалла ~ 2·10-7 сек. Этопринципиально важная величина. Она определяет разрешающее времяустановки, и его сопоставление со временем формирования сигнала позволяетсделатьвывод,чтокаждыйфотон,испускаемыйкристаллом,будетзарегистрирован.

Далее сигнал из ФЭУ, проходя блоки 4, 5, 6 (см. схему)поступает в компьютер в виде аппаратурного спектра.На рис. 2.5 представлен аппаратурный спектр для условного радионуклида с Е 1,022 Мэв.Следует отметить, что для проведения спектральных измерений должновыполняться требование линейности между преобразуемыми величинами на41каждом этапе преобразования: сцинтиллятор-ФЭУ-усилитель. Только при этихусловиях будут соблюдаться пропорциональности между амплитудой импульсана выходе анализатора и энергией -квантов, поглощенных в кристалле.NEРис.

2.5. Аппаратурный спектр для -квантов с Е  1,022 Мэв, сцинтилляторNaI (TI), размером 40х40 мм, гдеN – число импульсов,1 – пик полного поглощения,2 – полупарный пик,3 – парный пик,4 – комптоновское распределение,5 – аннигиляционный пик, вследствие взаимодействия -излучения сматериалом защиты,6 – аппаратурный пик (пик обратного рассеивания),7 – пик характеристического рентгеновского излучения материаловзащиты.Вернемся к аппаратурной линии моноэнергетических -квантов сЕ  1,022 Мэв. Так как Zэфф.

сцинтиллятора достаточно велик, с большойвероятностью будет происходить поглощение -квантов за счет фотоэффекта.При этом будут образовываться электроны с энергией Ее = Е - Есв., гдеЕсв. - энергия связи электрона на К-оболочке. Этот процесс сопровождаетсяиспусканием характеристического рентгеновского излучения и электроновОже.

При достаточно больших размерах сцинтиллятора возникшее вторичноеизлучение также поглощается в кристалле, передавая ему свою энергию. Такимобразом, в результате рассмотренных процессов вся (практически вся) энергия-квантов преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов Ее =42Е. Этой группе электронов на аппаратурной линии соответствует пик полногопоглощения (или фотопик).Нарядусфотоэффектомвсцинтилляторебудетпроисходитькомптоновское рассеяние -квантов, в результате чего образуются вторичные кванты с энергией Е и комптоновские электроны.

Характеристики

Список файлов книги