Гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивных гамма-излучающих изотопов в пробах

Гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивных гамма-излучающих изотопов в пробах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1:::!! ГНТ "

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 01 Т 1/202

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 ф ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4722906/25 (22) 14.06.89 (46) 07.04.92. Бюл. hL 13 (71) Институт атомной энергии им,И.В.Курчатова (72) ВИАлешин, А.M.Áaêaëÿðoâ, К.B,Брюшков, В.В.Костромитин, В,И.Лебедев, В.Е.Новиков и В.B.ßêîâëåâ (53) 621.387.464 (088.8) (56) Kovalchuk Е.L. Proc. of the naturai

radiation environment. III symp. Houston, 2328 арг„1978.

Щербаков Б.Я., Мышлявкин В.И, Сравнение детекторов по нижнему пределу определения активности гамма-излучающих нуклидов. — Атомная энергия, 1985, т.59, вы п.2, с,148.

Сурков Ю.А, Низкофоновый гаммаспектрометр. — Атомная энергия, 1973, т.34, с.125. (54) ГАММА-СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАДИОАКТИВНЫХ

ГАММА-ИЗЛУЧАЮЩИХ ИЗОТОПОВ В

ПРОБАХ

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для отбора радиационно чистых материалов и радиационного контроля технологических процессов.

Известны гамма-спектрометры для измерения концентраций радиоактивных изотопов в пробах, включающие в себя детектор излучения, анализатор амплитуд импульсов и пассивную защиту, причем в качестве детектора излучения используется кристалл из неорганического сцинтиллято{57) Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для отбора радиационно чистых материалов и радиационного контроля технологических процессов. Целью изобретения является повышение чувствительности измерений, достоверности результатов и упрощение конструкции гамма-спектрометра. Цель достигается тем, что измеряемая проба помещается в полость регистрирующего кристалла и на анализаторе амплитуд импульсов регистрирующего кристалла накапливается спектр импульсов регистрирующего кристалла в режиме антисовпадений с охранным кристаллом. Одновременно с этим на втором анализаторе накапливается спектр импульсов охранного кристалла, анализ позволяет судить о стабильности фоновых условий и усиления фотоумножителей, предусилителя и схемы разделения.

Определение величины загрязнений пробы гамма-излучающими изотопами осуществляется стандартным методом обработки фонового спектра регистрирующего кристалла и спектра регистрирующего кристалла в присутствии пробы. 1 ил. ра с "колодцем" для помещения измеряемой пробы.

Активная защита от внешнего фона в этих спектрометрах отсутствует. Следствием выбора такой схемы измерений является необходимость использования в качестве пассивной защиты дорогостоящих особо чистых материалов, специальных лабораторных помещений для этих гамма-спектрометров в труднодоступных местах (горные выработки, соляные шахты и т,д), что усложняет измерения и повышает их сто1725176

10 имость. Однако даже при выполнении указанных условий невозможно полностью исключить влияние космических излучений на величину фона спектрометра, что с учетом обстоятельства, что геометрия измерений образцов меньше 4, отрицательно сказывается на чувствительности измерений. В упомянутых гамма-спектрометрах отсутствует контроль стабильности фоновых условий и контроль стабильности электронного тракта, что снижает степень достоверности информации, получаемой в результате измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сцинтилляционный гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивности элементов в пробах, состоящий из детектора гамма-излучения на основе цилиндрического кристалла неорганического сцинтиллятора с "колодцем", активной защиты из пластического сцинтиллятора, пассивной защиты и анализатора амплитуд импульсов детектора.

Гамма-спектрометр обладает рядом недостатков, а именно: геометрия измерений пробы меньше 4а активная защита не полностью окружает регистрирующий кристалл, что снижает чувствительность измерений, примененная в гамма-спектрометре схема контроля стабильности фоновых условий с дополнительным выносным счетчиком гамма-излучения не позволяет адекватно оценить порог значимости вариаций фона, так как выносной детектор находится в иных фоновых условиях, чем регистрирующий, окруженный активной и пассивной защитами, что снижает достоверность, а применяемая для контроля стабильности электронного тракта калибровка по светодиоду требует применения дополнител ьн ых высокостабил ьных источников опорного сигнала и использования специальной методики ввода световх реперных импульсов. Используемые схемы контроля фоновых условий и стабильности электронного тракта сложйы и не позволяют получать результаты с высокой степенью достоверности.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерений и достоверности результатов измерений, упрощение конструкции гамма-спектрометра, Эта цель достигается тем, что в гаммаспектрометр для измерения концентрации радиоактивных изотопов в пробах, содержащий детектор, включающий регистрирующий кристалл из неорганического сцинтиллятора, ФЭУ, пассивную защиту, 15

55 предусилитель и анализатор амплитуд импульсов от регистрирующего кристалла, введены охранный кристалл из неорганического сцинтиллятора, имеющий отличное от регистрирующего кристалла время высвечивания, схема разделения импульсов по форме, анализатор амплитуд импульсов от охранного кристалла и второй ФЭУ, детектор выполнен в виде разъемного цилиндра, состоящего из двух коаксиальных сцинтилляционных кристаллов, регистрирующего и охранного, причем охранный кристалл окружает со всех сторон регистрирующий кристалл, находящийся с ним в оптическом контакте, а регистрирующий кристалл имеет замкнутую коаксиальную полость для исследуемой пробы, причем плоскость разъема перпендикулярна оси цилиндра и пересекает ее на полувысоте, а два ФЭУ расположены на торцах охранного кристалла, при этом аноды ФЭУ подключены через предусилитель к входу схемы разделения импульсов по форме, первый выход которой подключен к анализатору амплитуд импульсов от регистрирующего кристалла, второй — к анализатору амплитуд импульсов от охранного кристалла.

На чертеже изображена схема гаммаспектрометра.

Гамма-спектрометр содержит пассивную защиту (не показана), детектор 1 гаммаспектрометра выполнен в виде разъемного цилиндра, состоящего из двух коаксиальных цилиндрических кристаллов с разным временем высвечивания, так что отличие времен высвечивания позволяет разделять события, произошедшие в регистрирующем, охранном и одновременно в обоих кристаллах по форме импульса, причем охранный кристалл 2 окружает со всех сторон регистрирующий кристалл 3, а регистрирующий имеет замкнутую коаксиальную полость, в которую помещается исследуемая проба 4, плоскость разъема цилиндра перпендикулярна его оси и пересекает ее на полувысоте, а два ФЭУ 5 и 6 расположены на торцах охранного кристалла, причем аноды ФЭУ через предусилитель 7 подключены к входу схемы 8 разделения по форме импульса, первый выход которой подключен к анализатору амплитуд импульсов регистрирующего кристалла 9, второй — к анализатору амплитуд импульсов охранного кристалла 10, а питание ФЭУ осуществляется от единого источника 11 высокого напряжения.

Процесс измерения проб на предлагаемом гамма-спектрометре осуществляется следующим образом.

1725176

35

После энергетической калибровки снимаются фоновые спектры регистрирующего

3 и охранного 2 кристаллов в течение необходимого времени, причем схема 8 разделения пропускает на выходы сигнал только в том случае, если событие зарегистрировано только в одном из кристаллов. С выхода схемы разделения импульсы поступают на входы двух анализаторов импульсов, используемых для накопления спектров регистрирующего и охранного кристаллов.

Контроль стабильности электронного тракта осуществляется по характерным особенностям спектра охранного кристалла, а контроль стабильности фоновых условий— по интенсивности счета в выбранных энергетических интервалах спектра охранного кристалла. После этого детектор раздвигается по плоскости разъема, внутрь детектора помещается исследуемая проба 4, детектор собирается, и снова снимаются спектры регистрирующего и охранного кристаллов также в режиме антисовпадений между кристаллами, Общее время измерений как фона, так и пробы определяется величиной чувствительности, необходимой для исследования конкретной пробы, и необходимостью достижения заданного уровня статистической точности. Критерии стабильности внешних фоновых условий и стабильности работы электронного тракта остаются те же, что и при измерении фона.

При такой схеме измерения проб отпадает необходимость в проведении циклических измерений фона, что существенно сокращает время проведения измерений. По результатам измерений с учетом эффективности регистрации гамма-излучения измеряемого изотопа для исследуемой пробы определяется концентрация этого изотопа по стандартной методике.

Пример. Гамма-спектрометр для определения концентрации изотопа Cs-137 в пробах, из различных партий сырья для производства сцинтилляционных детекторов, Детектор представляет собой комбинацию щелочно-галлоидных монокристаллов цилиндрической формы — охранного Csl(TI) и регистрирующего Nal(TI) с наружными размерами охранного кристалла 220х380, регистрирующего кристалла 130х280 с полостью размерами 50х200 для размещения пробы. Разрешение регистрирующего кристалла для энергии бб2 кэВ составляет 14Я,, Детектор окружен относительно простой пассивной защитой, состоящей из свинца (10 см), меди (5 см) и борированного полиэтилена (8 см). Гамма-спектрометр размещен на поверхности земли. Чувствительность по изотопу Cs-137 в пробе, представляюи ей собой порошок Csl плотностью 2,4 г/см, составляет 3 10 15 Ки/г за время измерения 10000 с, что сравнимо с чувствительностью сложных уникальных гаммаспектрометров, расположенных в специальных подземных помещениях. В качестве схемы разделения использован блок фирмы

HARSHAW PSANC=2SA, анализаторы АИ1024.

Чувствительность за 10000 Ч на поверхности земли составляет 3 10 Ки/г, что на порядок превосходит чувствительность гамма-спектрометра прототипа, установленного в специальной подземной лаборатории, а повышение достоверности результатов определяется возможностью разделять вклад статистических и систематических погрешностей и позволяет в принципе достичь любой наперед заданной чувствительности за счет увеличения времени измерений.

Таким образом, изобретение позволяет на поверхности земли достичь нужной чувствительности гамма-спектрометров, размещенных в специально оборудованных низкофоновых подземных помещениях, при значительном упрощении конструкции гамма-спектрометра и высокой достоверности результатов измерений, Формула изобретения

Гамма-спектрометр для измерения концентраций радиоактивных гамма-излучающих изотопов в пробах, содержащий детектор, включающий регистрирующий кристалл из неорганического сцинтиллятора, ФЭУ, пассивную защиту, предусилитель и анализатор спектра от регистрирующего кристалла, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, достоверности результатов измерений и упрощения конструкции гаммаспектрометра, в устройство введены охранный кристалл из неорганического сцинтиллятора, имеющий отличное от регистрирующего кристалла время высвечивания, схема разделения импульсов по форме, анализатор спектра от охранного кристалла и второй ФЭУ, детектор выполнен в виде разъемного цилиндра, состоящего из двух коаксиальных сцинтилляционных кристаллов, регистрирующего и охранного, причем охранный кристалл окружает со всех сторон регистрирующий кристалл, находящийся с ним в оптическом контакте, а регистрирующий кристалл имеет замкнутую коаксиальную полость для исследуемой пробы, причем плоскость разъема перпендикулярна оси цилиндра и пересекает ее на полувы1725176

35

45

Составитель В.Алешин

Редактор О.Юрковецкая Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М.Шароши

Заказ 1175 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 соте, а два ФЭУ расположены на торцах охранного кристалла, причем аноды ФЭУ подключены через предусилитель к входу схемы разделения импульсов по форме, первый выход которой подключен к анализатору спектра от регистрирующего кристалла, второй — к анализатору спектра от охранного кристалла.