Спектрометрия. К спектрометрам ионизирующих излучений относят приборы, которые позволяют представить распределение (спектр) частиц или квантов излучения по одному или

К спектрометрам ионизирующих излучений относят приборы, которые позволяют представить распределение (спектр) частиц или квантов излучения по одному или нескольким параметрам, например по энергии, по массе, по заряду, по углу и т.д. Далее в качестве основного параметра будет пониматься только энергия, а под спектром – энергетический спектр.

В зависимости от вида регистрируемого излучения существуют α -, β - и γ -спектрометры. Типовая функциональная схема любого спектрометра представлена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Блок-схема спектрометра:

Д – детектор или блок детектирования; БВ – блок высокого напряжения;

ПУ – зарядочувствительный предусилитель; У – усилитель-формирователь;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь (или многоканальный анализатор МКА); ЭВМ – электронно-вычислительная машина

Регистрация частицы, попавшей в детектор, происходит посредством ионизации или возбуждения атомов среды детектора, в результате на выходе детектора образуется электрический импульс, который усиливается предусилителем. Предусилитель предназначен для линейного преобразования выходного сигнала от детектора в импульсы напряжения или тока и их предварительного усиления, поэтому к предусилителям предъявляются очень высокие требования по шуму и стабильности. Затем сигнал поступает на усилитель-формирователь, который служит для дальнейшего линейного усиления и формирования импульсов таким образом, чтобы полученные на выходе усилителя сигналы были удобными для последующей их обработки в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП). АЦП служит для оцифровки амплитуды импульсных сигналов с последующей их регистрацией в соответствующем канале буферной памяти в зависимости от полученного цифрового кода. В спектрометрии используются специализированные спектрометрические АЦП или МКА – многоканальные анализаторы. После АЦП формируется цифровой код, который преобразуется в аппаратурный спектр.

Чтобы объективно оценить возможности применения того или иного спектрометрического средства измерения для решения конкретной задачи, важно знать основные технические и эксплуатационные параметры, характеризующие спектрометры. К основным характеристикам спектрометра относятся: коэффициент преобразования и нелинейность коэффициента преобразования, неравномерность ширины каналы в рассматриваемом диапазоне значений параметра преобразования (дифференциальная нелинейность), энергетическое разрешение, эффективность, максимальная входная загрузка, фон.

Энергетическое разрешение. Наиболее важным параметром, характеризующим технический уровень спектрометра любого типа, является разрешающая способность, т.е. способность разделять две группы моноэнергетического излучения одного вида. Разрешающую способность количественно оценивают по энергетическому разрешению, являющемуся величиной, обратно пропорциональной разрешающей способности. Под энергетическим разрешением h (рис. 6.3) понимают полную ширину пика полного поглощения на половине его высоты (ПШПВ или FWHM). Обычно h выражают в энергетических единицах (эВ). Физический смысл этого параметра заключается в том, что он определяет, какая минимальная разница в энергиях должна быть у двух моноэнергетических групп заряженных частиц или фотонов одинаковой интенсивности, чтобы спектрометр смог их различить.

Часто энергетическое разрешение выражают в относительных единицах. Относительное энергетическое разрешение h_отн (%), определяют по формуле:

,

где E_i – энергия регистрируемого излучения.

Рис. 6.3. Определение энергетического разрешения

по пику полного поглощения

Энергетическое разрешение, на текущем уровне развития электроники, определяется в основном средой детектирования и геометрией детектора. Сравнивая спектрометры по энергетическому разрешению, можно сказать, что, чем меньше значение энергетического разрешения спектрометра, тем больше его разрешающая способность, тем более точным и лучшим является способность спектрометра идентифицировать (различать) радионуклиды, входящие в состав сложных радиоактивных веществ.

Эффективность регистрации. Как и энергетическое разрешение, эффективность регистрации относится к основным параметрам, характеризующим все существующие типы спектрометров, но на практике понятие эффективности регистрации в большей степени связывают с излучением, не несущим заряда, так как для заряженных частиц она обычно близка к единице. Эффективность вычисляют как отношение числа частиц или квантов моноэнергетического источника, зарегистрированных спектрометром, к числу частиц или квантов, попавших в чувствительный объем детектора в течение фиксированного интервала времени.