Главная
Коллекция "Revolution"
Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Проблемы прикладной спекторометрии и радиометрии ППСР-2004
Проблемы прикладной спекторометрии и радиометрии ППСР-2004
Расчет поправок на суммирование при измерениях с каскадными источниками гамма-излучения. Ознакомление с новыми разработками для контроля технологических процессов на АЭС и радиоактивности в окружающей среде (спектрометрическими преобразователями).
| Рубрика | Безопасность жизнедеятельности и охрана труда |
| Вид | тезисы |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.03.2014 |
| Размер файла | 118,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Измерение толщины покрытий рентгенофлуоресцентным методом все шире входит в промышленную практику. Для многих задач определение толщины покрытий в режиме on-line РФА с использованием полупроводниковых спектрометров является наиболее оптимальным решением. Например, определение толщины покрытия на подложках из соседних элементов (меди на никеле, цинка на меди, кобальта на железе и др.), практически невозможно без применения высоко разрешающих полупроводниковых спектрометров. Как правило, применяются два методических подхода при измерении толщин материалов:
· эмисионный способ, когда измеряются интенсивность флуоресцентной линии материала покрытия, которая пропорциональна в некотором диапазоне толщин;
· способ измерения поглощения флуоресцентной линии подложки при прохождении через покрытие. При этом измеряется интенсивность линии подложки, которая изменяется по определенному закону в некотором диапазоне покрытия.
В обоих случаях требуется достаточно высокое энергетическое разрешение не хуже 250300 эВ, что обеспечивается при использовании полупроводниковых спектрометров.
В данном докладе изложены основные результаты разработанного на фирме Baltic Scientific Instruments ( г.Рига, Латвия) универсального толщиномера покрытий различных металлов или их оксидов на подложках из различных материалов из алюминия, меди, нержавеющей стали и т.д. Обсуждаются возможности применения этого прибора в поточном производстве. Демонстрируются параметры прибора. Так например, при измерении слоя алюминия, нанесенного на стальную ленту, получены следующие параметры:
1. Диапазон измерения толщины от 0,5 до 5 мкм
2. Точность определения толщины на уровне 1 мкм составила 55нм
3. Стабильность показаний в статистическом режиме, определенная как среднеквадратичное отклонение номинального значения составляет не хуже 0,8 %.
Исследование поверхностной плотности алюминиевых сорбентов рентгено флюоресцентным методом
Э. Валбахс «Baltic Scientific Instruments», Рига, Латвия
Д. Эртс Институт химической физики Латвийского Университета, Рига, Латвия
Для хранения биологических молекул применяются алюминиевые сорбенты, характеристики которых должны быть исследованы.Пористый оксид алюминия (Al2O3) получают при помощи процесса анидизации, который подробно описан в литературе [1-3]. По своей природе процесс анидизации является электро-химическим. В результате анидизации, хeмо-сорбции и химической реакции на поверхности алюминия образуется Al2O3 и дефекты поверхности анода. Дефекты поверхности впоследствии перерастают в сквозные поры в анодном материале, формируя, таким образом, структуру сорбента. Пористость сорбента (диаметр пор -наружный и внутренний), а также примеси, являются важной характеристикой. Исследуемый сорбент из Al2O3 имеет следующие параметры:
· средняя толщина пластины сорбента ~ 60 микрон;
· диаметр пластины ~ 1 см;
и по данным атомно-силовой микроскопии (АСМ) диаметр пор на поверхности пластины составляет от 50 до 100 нанометров.
Для более расширенного исследования ранее упомянутых характеристик сорбента, в том числе:
· внешней поверхности;
· внутреннего строения;
· элементного состава сорбента;
и, как альтернатива методу АСМ, выбран метод РФА.
В результате исследований методом РФА получены и обработаны спектры сорбентов. Получены данные по плотности сорбентов, что позволяет рассчитать общую емкость сорбента. Полученные данные хорошо согласуются с расчетными и экспериментальными результатами.
Дозиметр-радиометр МКС-15ЭЦ с блоком детектирования на основе монокристалла вольфрамата кадмия
А.В. Михайлов, А.Н. Ткачев, И.Г. Толпекин, В.В. Федоренко ЗАО «НТЦ Экспертцентр», г. Москва, Россия
В.В. Некрасов Научно-исследовательская организация «СЭЛДИ», г. Харьков, Украина
Как известно, для регистрации спектров гамма-излучения в настоящее время наиболее широкое применение получили детекторы на основе щелочно-галоидных кристаллов (NaI(Tl), CsI(Tl),CsI(Na)), которые обладают достаточно хорошими сцинтилляционными свойствами, относительно легко поддаются обработке, что дает возможность получения сцинтилляторов различных форм и размеров и имеют сравнительно низкую стоимость [1]. Однако недостаточная температурная стабильность свойств этих сцинтилляторов, а также относительно низкая радиационная стойкость ограничивают их применение в приборах и устройствах, предназначенных для работы в экстремальных условиях.
В качестве альтернативы традиционным сцинтиляционным кристаллам, не имеющих перечисленных выше недостатков, в настоящее время чаще всего рассматриваются кристаллические сцинтилляторы на основе простых и сложных оксидов, например, вольфраматов щелочноземельных металлов. Эти кристаллы превосходят традиционные по термической, химической, механической и радиационной стойкости, имеют высокое быстродействие и достаточно высокую сцинтилляционную эффективность [2].
Монокристаллы вольфрамата кадмия CdWO4 (CWO), на которых были выполнены исследуемые блоки детектирования, обладают рядом уникальных физико-химических свойств. Важнейшими достоинствами этих сцинтилляторов являются их высокий световой выход, составляющий при измерениях с достаточным временем формирования сигнала до 40% относительно выхода NaI(Tl), а также высокая радиационная стойкость.
Высокая эффективность регистрации, устойчивость к воздействию климатических и механических факторов, возможность получения удовлетворительного спектрального разрешения, позволяет применять эти сцинтилляторы для широкого диапазона задач. Уникальным свойством данного сцинтиллятора является очень слабая температурная зависимость светового выхода в широком диапазоне температур.
Отметим также, что поскольку максимум спектра излучения лежит в области 480-540 нм, кристаллы CWO могут использоваться в сочетании как с ФЭУ, так и с фотодиодами.
Спектрометрический метод измерения поглощенной дозы гамма-излучения с помощью NaI(Tl) детектора
В.В. Бабенко, А.Г. Исаев, А.С. Казимиров, И.П. Столяреский ООО «НПП “АтомКомплексПрибор”, г. Киев, Украина
Известно, что сцинтилляционные детекторы обладают высокой чувствительностью к гамма-излучению и, несмотря на их невысокое по сравнению с полупроводниковыми детекторами энергетическое разрешение, широко применяются в спектрометрических системах для радиометрического анализа воды, продуктов питания, стройматериалов, радиоактивных отходов и пр. В дозиметрических приборах сцинтилляционные детекторы также находят применение, однако из-за сильной энергетической зависимости и сложной формы отклика такого детектора достижение приемлемой точности в дозиметрах на их основе является трудной задачей.
В данной работе описан спектрометрический метод измерения поглощенной дозы гамма-излучения в воздухе с помощью сцинтилляционного NaI(Tl) детектора, который теоретически устраняет энергетическую зависимость отклика детектора. Суть метода заключается в применении к аппаратурному спектру энергий гамма-излучения взвешивающей G(E)-функции, которая учитывает эффективность регистрации применяемого детектора и свойства поглощающей среды. Переход от спектра амплитуд импульсов детектора к мощности поглощенной дозы в воздухе (МПД) осуществляется путем решения следующего уравнения:
,
где - мощность поглощенной дозы гамма-излучения в воздухе;
- спектр амплитуд импульсов в зависимости от энергии гамма-излучения;
- спектр амплитуд импульсов в зависимости от номера канала анализатора;
- энергия гамма-излучения;
- номер канала амплитудного анализатора импульсов;
- энергетический порог регистрации гамма-излучения;
- максимальная энергия гамма-излучения, используемая для расчета МПД;
- операторы перехода от спектра амплитуд импульсов к МПД.
В статье приведен вывод формулы для вычисления G(E)-функции, а также представлены экспериментальные результаты определения МПД в воздухе, полученные с помощью гамма-спектрометров на базе NaI(Tl) детекторов размерами диаметр-высота 76.2х76.2 мм2 и 63х63 мм2 для источников излучения 137Cs, 60Co и 226Ra. Диапазон энергий гамма-излучения, для которого определялась МПД, составлял 503000 кэВ.
Измерение характеристик медицинских пучков адронов дозиметром с алмазным детектором
В.М. Головатюк, А.Г. Молоканов, Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна, Россия
С.С. Мартынов, С.А. Попов, В.С. Хрунов ФГУП «Институт физико-технических проблем», Дубна, Московская обл., Россия
Я. Ружичка Словакия
В Институте физико-технических проблем выполнены разработки приборов для дозиметрии полей различных видов ионизирующих излучений, создаваемых медицинскими радиотерапевтическими установками, в которых в качестве датчиков применяются детекторы на основе природного алмаза или кремния.
Клинический дозиметр типа ДКДа-01-«ИФТП» с детектором на основе алмаза обеспечивает высокую чувствительность регистрации, высокую радиационную стойкость, независимость чувствительности регистрации от температуры, энергии и угла падения излучения. Малый чувствительный объем детектора (1-6 мм3) позволяет проводить измерения дозных распределений с высоким пространственным разрешением.
Дозиметр, откалиброванный в образцовом поле гамма-излучения радионуклида кобальт-60 по мощности поглощенной дозы в воде, без внесения дополнительных поправок, которые требуются при измерении ионизационными камерами, обеспечивает измерение фотонного и электронного излучений в терапевтическом диапазоне мощностей доз и энергий с допустимой относительной погрешностью измерений 2%.
С помощью дозиметра ДКДа-01-«ИФТП» проведены абсолютные измерения поглощенной дозы протонного излучения на медицинском пучке фазотрона Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, г.Дубна). Предварительно дозиметр был откалиброван на вторичном эталоне поглощенной дозы гамма-излучения в воде (кобальт-60).
Измерения проводились при различных энергиях протонов от 80 до 200 МэВ. Отклонение результатов измерений дозиметром с алмазным детектором от действительных значений мощности поглощенной дозы, за которые приняты результаты, полученные при измерениях образцовой ионизационной камерой, не превышают 1,8%.
В экспериментах на Нуклотроне ОИЯИ по выводу пучка ионов углерода 12С, который планируется использовать для лучевой терапии опухолей, дозиметром с алмазным детектором впервые измерены глубинные дозные распределения.
На рисунке приведена экспериментальная кривая Брэгга, демонстрирующая потери энергии ионами углерода -12С в фантоме из полиметилметакрилата.
Таким образом, дозиметр с алмазным детектором может успешно использоваться для абсолютных дозиметрических измерений радиотерапевтических пучков фотонного, электронного и протонного излучений, а также для измерений относительных дозных распределений в пучках тяжелых ионов.
Малогабаритный прямопоказывающий дозиметр на основе CdTe или CdZnTe детекторов
А. Пешков, В. Пешков, А. Карпов, Н. Марченко, В. Яковлев, А. Кравчук, А. Круминь, С. Бурцев ПКФ “Dipol Engineering” SIA, Рига, Латвия
При разработке носимых прямопоказывающих дозиметров необходимо решить ряд задач, что позволило бы получить прибор, отвечающий следующим требованиям: малые габариты, удобство пользования, широкий диапазон регистрируемых энергий, высокое быстродействие. В качестве основного чувствительного элемента для создания дозиметра, удовлетворяющего выше указанным требованиям, был выбран детектор на основе CdTe или CdZnTe. Материал детектора выбирался из тех условий, что в относительно малом объеме возможно получить минимально необходимую статистику гамма-излучения, начиная с уровня фона, позволяющую при использовании специальной математической обработки получить малое время измерения.
Одним из основных условий возможности использования в носимом дозиметре CdTe или CdZnTe детектора является необходимость исключения влияния микрофонного эффекта, так как данные материалы являются пьезоэлектриками. Разработанный дозиметр состоит из двух частей: аналоговой и цифровой. Аналоговая часть представляет собой специализированный микроузел. В состав микроузла входят собственно детектор, зарядочувствительный предусилитель и усилитель-формирователь. Детектор в микроузел устанавливается специальным образом, позволяющим существенно снизить влияние внешних механических воздействий. Цифровая часть дозиметра состоит из центрального процессора, источника питания детектора и схемы подготовки сигнала от микроузла к процессору. Основу математической обработки сигналов от микроузла составляет математический аппарат обработки случайно распределенных во времени сигналов с малой статистикой и с учетом временного распределения гамма-излучения. Кроме того, для коррекции хода жесткости, регистрируемый энергетический диапазон разбивается на три поддиапазона и это разбиение учитывается при обработке сигналов от микроузла. Использование специальной математической обработки сигналов от детекторов позволило получить следующие временные характеристики дозиметра - время измерения двукратного превышения радиационного фона, составляющего 10-15 мкР/ч менее 3 с.
Разработанный дозиметр, наряду с основной функцией - измерение уровня радиации, позволяет производить измерения накопленной дозы, произвести минимальную оценку энергетического состава измеряемого радиационного фона. Кроме того, в дозиметр включена функция тревоги. Возможно выставлять два порога. Превышение порогов индицируется зуммером, виброзвонком и светодиодом.
Использование кремниевых диодных матриц в качестве детекторов в радиационно-чувствительных приборах для радиометрии, спектрометрии, медицинской эмиссионной диагностики, космических исследований
О.С. Фролов, А. Садовничий Научно-производственное объединение «Детектор», Киев, Украина
Р.Б. Подвиянюк НИИ микроприборов, Киев, Украина
В работе анализируются перспективы использования кремниевых интегральных диодных матриц больших размеров в ряде направлений радиационно-чувствительной техники. Кремниевые матрицы имеют заметные преимущества перед альтернативными полосковыми стрип-детекторами, если размеры элемента детектора сравнительно велики (площадь около 1 см2).
В работе приводятся данные о конструкции, технологии изготовления, а также об электрических и спектрометрических характеристиках разработанных нами матрицах. Разработаны матрицы 2-х типов: обе формата 66 с площадью одного элемента 0,5 см2 и 1 см2. При напряжении V=10 В токи утечки элементов составляют около 1 нА/см2, емкость - 100 пФ/см2. Энергетическое разрешение элемента матриц на -частицах находится в пределах 5 - 12 кэВ. Параметры матриц соответствуют параметрам изделий (детекторов с большими размерами) ведущих фирм или превосходят их.
На основе матриц первого типа (с элементами 0,5 см2) разработан блок детектирования для спутникового телескопа-спектрометра заряженных частиц. Он состоит из двух кремниевых матриц, расположенных параллельно на некотором расстоянии друг от друга, и 64-канального предусилителя-формирователя сигналов матриц. Такое устройство позволяет определять направление прилета частиц и их природу. Минимальные потери энергии регистрируемых частиц составляют 15-20 кэВ.
Получен и исследован приемник -изображений нового типа на основе сцинтиллятора CsJ(Tl) и кремниевой матрицы в качестве фотопреобразователя. Сигналы матрицы усиливаются и формируются в параллельных каналах, проходят через пиковый детектор и с помощью мультиплексора преобразуются в последовательность аналоговых импульсов, которые оцифровываются в АЦП. Затем информация в виде пакета сигналов от соседних элементов матрицы, соответствующего одному акту поглощения -кванта, поступает в персональный компьютер. В ПК по соотношению амплитуд сигналов в пакете вычисляются координаты события. Программа обработки сигналов содержит ряд критериев, по которым отбраковываются паразитные пакеты и пакеты, не обеспечивающие достаточную точность определения координат. Экспериментально определенная пространственная разрешающая способность приемника изображений - около 1 мм, что намного лучше, чем в используемой аппаратуре (в гамма-камерах и позитронных эмиссионных томографах).
При конструировании спекрометрической аппаратуры мы используем предложенный нами ранее принцип многосекционного детектирования. Этот принцип заключается в том, что детектор большой площади разделяется на части (секции). Сигналы от каждой секции усиливаются и формируются в отдельных каналах, затем суммируются по специальному алгоритму таким образом, что при прохождении сигнала через какой-либо из каналов остальные каналы запираются. Таким образом можно резко уменьшить шум системы до шума одной секции детектора и одного канала усилителя. На этом принципе был создан прибор для детального спектрального исследования радона, торона и их производных в воздухе. Энергетическое разрешение блока детектирования 30-40 кэВ при площади детектора 32 см2, что недостижимо для детекторов обычного типа. Мы полагаем, что кремниевые диодные матрицы будут широко использоваться в радиационной аппаратуре различного назначения.
О работе детекторов из кремния и германия в условиях сверхнизких температур
К.Н. Гусев, С.Л. Катулина, В.Н. Павлов, В.Г. Сандуковский Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна, Россия
Ю.Б. Гуров Московский инженерно-физический институт, г. Москва, Россия
Влияние сверхнизких температур на спектрометрические параметры полупроводниковых детекторов продолжает волновать исследователей при планировании и проведении ряда экспериментов в области ускорительной и неускорительной ядерной физики. Примерами которых могут служить: изучение свойств ориентированных радиоактивных ядер, исследования мюонного катализа изотопов водорода и гелия, поиск «темной» материи и др. Особенно это касается Si(Li) детекторов, которые, согласно классической работе [1], должны терять свои спектрометрические свойства при температурах ниже 40 К. Некоторые проблемы, как показано в [2], возникают в работе HPGe детекторов при температуре в области 5 К.
В настоящей работе представлены результаты исследования различных типов детекторов (Si(Li), HPGe, поверхностно-барьерных из n- и p-кремния, имплантированных) в диапазоне температур 1.3ч77 К. Специально разработанный криостат позволял фиксировать температуру детектора на время измерения спектрометрических и электрофизических характеристик с точностью ± 0.1 К. С помощью 3.2 МэВ альфа-частиц исследовано поведение энергетического разрешения, амплитуды и формы импульса в зависимости от температуры и напряжения на детекторах. Изменение геометрии облучения позволило исследовать отдельно электронную и дырочную компоненты сигнала.
Показано, что все детекторы способны сохранять спектрометрические свойства, если выдерживают достаточно высокие перенапряжения. При этом для каждого типа детекторов имеются свои особенности работы в условиях сверхнизких температур. Так, напряженность поля в Si(Li) детекторах выше 12000 В/см дает возможность их использования как спектрометрического прибора вплоть до температуры 1 К за исключением интервала Т = 10ч25 К.
HPGE-детекторы с имплантированными контактами
К.Н. Гусев, С.Л. Катулина, В.Г. Сандуковский, Я. Юрковски Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна, Россия
Ю.Б. Гуров Московский инженерно-физический институт, г. Москва, Россия
М. Митура-Новак, В. Райхел Институт ядерной физики, г. Краков, Польша
В настоящее время многослойные спектрометры на основе планарных детекторов из сверхчистого германия (HPGe) широко применяются в различных ядерно-физических исследованиях. Методические возможности таких установок для регистрации заряженных частиц позволили существенно улучшить точность измерений и статистическую обеспеченность изучаемых процессов. В ЛЯП ОИЯИ создано несколько HPGe-телескопов для ускорительных экспериментов (мечение - мезонов, изучение глубоко-связанных состояний пионных атомов 1,2) и решения фундаментальных проблем в области неускорительной физики (поиск двойного безнейтринного бета-распада 3).
Недостатком HPGe-детекторов, изготовленных по традиционной технологии, в случае многослойных систем является наличие толстого (500 мкм) нечувствительного диффузионного слоя, который значительно ухудшает точность определения энергии частиц. Поэтому для реализации высоких спектрометрических характеристик детекторов возникла необходимость значительно уменьшить толщину входного окна.
В работе описаны планарные детекторы из HPGe, полученные с помощью ионной имплантации бора и фосфора. Исходным материалом для изготовления детекторов служил германий n и pтипа проводимости с разностной концентрацией Na Nd 0.61010 см-3. Имплантация фосфора выполнялась последовательно при энергиях 35 и 25 кэВ (дозы = 1013 и 1014 см-2), для ионов бора внедрение осуществлялось при Е=25 и 17 кэВ ( = 1013 и 51014 см-2).
Измерения с помощью -частиц показали, что толщина входных окон изготовленных детекторов не превышает 0.1 мкм. Исследования с помощью источников -квантов продемонстрировали спектрометрические параметры детекторов.
|
Источник |
Энергия, кэВ |
FWHM, кэВ |
|
|
241Am |
59.5 |
0.75 |
|
|
57Co |
122.1 |
0.85 |
|
|
60Co |
1332.5 |
1.8 |
Мультипликация носителей заряда в детекторах из кремния n- и p-типа
К.Н. Гусев, Н.И. Замятин, С.Л. Катулина, В.Г. Сандуковский Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна, Россия
Ю.Б. Гуров Московский инженерно-физический институт, г. Москва, Россия
А.С. Старостин Институт теоретической и экспериментальной физики, г. Москва, Россия
Представлены результаты исследований специальных пиксельных детекторов из кремния n- и p-типа, структуры которых позволяют создавать в области p-n перехода электрическое поле порядка 5105 В/см, достаточное для лавинного размножения носителей заряда. Детекторы были изготовлены и предоставлены для исследований НИИМВ (г. Зеленоград).
Для исследования режима мультипликации заряда использовались альфа-частицы от источников 238Pu и 226Ra. Облучение производилось со стороны p-n перехода и со стороны омического контакта. Были проведены серии измерений при комнатной температуре (300К) и при температуре жидкого азота (77К).
При измерениях детектора из высокоомного кремния n-типа, охлажденного до температуры жидкого азота, в спектре 238Pu наряду с обычным -пиком (Е = 5.5 МэВ) появился аномальный пик с амплитудой, соответствующей энергии 60 70 МэВ. V-I зависимость, измеренная в тех же условиях, демонстрирует резкое возрастание токов детектора в области напряжений, при которых возникает аномальный пик. Этот факт указывает на существование режима мультипликации или, другими словами, внутреннего усиления заряда. Однако, соотношение интенсивностей обычного и аномального пиков, говорит о том, что в рассматриваемом эффекте участвует лишь небольшая часть носителей заряда.
При исследованиях детекторов из p-кремния выяснилось, что эффект мультипликации наблюдается во всех детекторах данного типа и достаточно ярко выражен уже при комнатной температуре. Так, при облучении детекторов альфа-частицами аномальные пики имели сравнимую с обычными пиками интенсивность, а коэффициент усиления лежал в диапазоне от 3 до 5. Кроме этого, при измерениях в режиме усиления стало возможным наблюдать пик рентгеновского излучения от источника 55Fe (E = 5.9 кэВ), что не реализуемо в обычных условиях, так как данная энергия ниже порога регистрации кремниевого спектрометра, работающего при комнатной температуре. Энергетическое разрешение усиленного пика составило от 4% до 8%, а коэффициент усиления - величину порядка 10.
Полученные результаты являются важным шагом на пути к созданию детекторов с большим чувствительным объемом и низким порогом регистрации, необходимых для решения многих задач современной неускорителной физики.
Особенности отклика рентгеновских pin-детекторов
Э.И. Моргунов, А.А. Софиенко Институт аналитических методов контроля, Киев, Украина.
С конца 90-х годов прошлого века при построении малогабаритной рентгеноспектральной аппаратуры начали широко использовать рентгеновские pin-детекторы с термоэлектрическим охлаждением. Рабочая температура кристаллов в этих детекторах существенно выше температуры кипения жидкого азота и, в зависимости от типа детектора, колеблется в диапазоне от - 60 до -10 С. Повышение эксплуатационной температуры приводит к изменению подвижности носителей и отражается на процессах их взаимодействия с локальными неоднородностями кристалла. Проблемой влияния неполного сбора заряда на форму функции отклика детектора (далее -ФОД) для жесткого гамма-излучения занимались достаточно давно и плодотворно [1]. Однако, предложенный подход неработоспособен для энергий характеристического рентгеновского излучения атомов, т.к. опирается на предположение о постоянстве плотности вероятности взаимодействия регистрируемого фотона с произвольным элементом чувствительного объема детектора.
В представленной работе предпринята попытка аналитического построения ФОД для рентгеновских pin-детекторов с учетом изменения вероятности по глубине детектора при наличии обратимых захватов носителей. По определению, ФОД F(V,E) - это функция, которая описывает распределение амплитуд сигналов на выходе детектора V при регистрации фотонов с заданной энергией E. Для учета отмеченных влияний была построена параметрическая модель ФОД
,
в которой в качестве параметров использовали имеющие простой физический смысл величины: d - толщина детектора, N и P - линейные коэффициенты захвата соответственно электронов и дырок, N и P - постоянные высвечивания центров захвата соответственно для электронов и дырок.
Параметры модели определяют МНК аппроксимацией из экспериментальных спектров конкретного детектора. Развитый подход позволяет адекватно и детально расчитать форму линии для произвольной энергии при заданных условиях измерения. В рамках модели рассмотрено влияние входной загрузки детектора на энергетическое разрешение и деформацию спектральных линий. Показано, что при малых временах высвечивания формируются сигналы с затянутыми фронтами, что, без использования специальных мер, приводит к левому затянутому склону. При больших временах и значительной входной загрузке наблюдается ухудшение эергетического разрешения за счет влияния на базовую линию тока от освобождающихся носителей от раннее зарегистрированных фотонов. Правая или левая деформация линий определяется соотношением между коэффициентами захвата N и P.
Monte Carlo model of NaI(Tl) detector unit for investigation of X-ray spectra in the energy range from 3 to 150 keV
A.V. Gogolev JSC Radikon, St. Petersburg, Russia
V.V. Grebenschikov State Polytechnical University, St. Petersburg, Russia
E.A. Damaskinsky ASK Roentgen, Ltd., St. Petersburg, Russia
A.S. Serebryakov JSC Comita, St. Petersburg, Russia
V.V. Smirnov V.G. Khlopin Radium Institute, St. Petersburg, Russia
To obtain the original spectrum of any X-ray source - for instance X-ray tube - with the help of NaI(Tl) detector unit it is necessary first to find the response of the system to monoenergetic photons in the energy range of interest and appropriate geometry [1]. For this purpose a Monte Carlo program was created which imitates all important interactions of the incident photons in the crystal and surroundings, non-linearity of the detector response, and the light collection process.
Calculated spectra are compared to experimental ones obtained with 2 mm crystal for a set of standard sources: 55Fe, 109Cd, 241Am, and 57Co. It is clear that the distortion of each source line caused by the poor energy resolution, process of the radiation scattering, and incomplete light collection can be taken into account to provide coincidence of calculated and experimental results. Thus it seems realistic to reconstruct initial spectrum of an arbitrary X-ray source on the basis of the model created.
[1] R.P.Gardner, Avneet Sood. A Monte Carlo simulation approach for generating NaI detector response functions (DRFs) that accounts for non-linearity and variable flat continua, NIM B213 (2004) 87-99.
Сцинтилляционный детектор на основе CsI(Tl) и Si лавинного фотодиода
С.М.Игнатов, В.М.Чиркин РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва, Россия
Разработан и испытан прототип детектора для сцинтилляторов объемом 0,125 - 40 см3.
Во всех случаях использовался лавинный фотодиод фирмы Hamamatsu с чувствительной площадью 5х5 мм. При комнатной температуре разрешение по линии 662 кэВ для сцинтиллятора 20 см3 составило 7,5% , а величина шума FWHM 15 кэВ.
Детекторы на основе кристаллов TlBr
М. Шорохов, С. Затолока, И. Лисютин «Baltic Scientific Instruments», Рига, Латвия
Разработаны детекторы рентгеновского и г-излучения на основе кристаллов TlBr, выращенных гидротермальным методом и методом «Бриджмана-Стокбаргера». Разработана технология изготовления детекторов на кристаллах TlBr.
Оценены следующие значения мф для двух различных кристаллов, выращенных методом «Бриджмана-Стокбаргера»: мефе=2.5x10-4 cм2В-1 и мhфh~10-6 cм2В-1 для одного кристалла при -30°С и мефе=7x10-5 cм2В-1 и мhфh=1.5x10-5 cм2В-1 для другого при -10°С.
Представлены спектры радионуклидов Fe-55, Am-241, Cd-109, Co-57 и Cs-137, для одиночных детекторов с планарными электродами. Получены следующие разрешения по энергиям: 500 эВ на 5,9 кэВ, 518 эВ на 9.87 кэВ, 670 эВ на 13.92 кэВ, 777 эВ на 22.1 кэВ, 2.7 кэВ на 59.5 кэВ, 3.7 кэВ на 88 кэВ, 4.4 кэВ на 122 кэВ и 29 кэВ на 662 кэВ.
Разработан квази-полусферический детектор объёмом 20 мм3 на основе кристалла TlBr, выращенного этим же методом. Эффективность регистрации этого детектора адекватна эффективности детектора CdTe объёмом 60 мм3 для энергий больше 200 кэВ и объёмом 40 мм3 для энергий больше 662 кэВ. Энергетические разрешения изготовленного детектора имеют значения 3,6 и 36 кэВ на энергиях 59,5 и 662 кэВ соответственно.
Изготовлены пиксельные детекторы малого формата (3x3 пикселя) с золотыми площадками 0,35x0,35 мм и зазорами 0,1 мм из кристаллов TlBr с размерами 2,7 x2,7x1,0 мм3. Измеренные межпиксельные сопротивления при приложенном напряжении 50 В составили 400-600 ГОм. Токи утечки пикселя при напряжении 250 В были менее чем 0,5 нА. Наилучший спектр был получен при температуре -30°С на постоянной времени формирования 6 мкс при напряжении 400 В. Были получены энергетические разрешения 2.2, 3.0, 3.7 и 29 кэВ на энергиях 59.5, 88, 122 и 662 кэВ соответственно.
Анализ результатов серийного производства рентгеновских спектрометров для задач дифрактометрии
А. Дирба, А. Лупилов, В. Залинкевич «Baltic Scientific Instruments», Рига, Латвия
Применение полупроводниковых Si(Li) спектрометров в составе дифрактометров существенно расширяет возможности структурного анализа материалов. Фирма Baltic Scientific Instruments уже 5 лет производит такие рентгеновские спектрометры под торговым названием «Sol-X». Они используются в составе серийных дифрактометров D8 и D4 (Bruker AXS, Германия) для исследования материалов методом дифрактометрии Брега-Брентано и параллельными углами.
Основа спектрометра - БД с прямоугольным Si(Li) кристаллом, который охлаждается термоэлектрическим охладителем до 100 ч 105 °С. БД предназначен для совместной работы с блоком электроники, который производит обработку получаемых спектров с помощью программы MSPA ver. 5.04. и передает их на персональный компьютер. Получаемое энергетическое разрешение 245 ч 300 эВ для линии Кб Fe55.
Кремний-литиевые спектрометры с Пельтье охладителем для РФА
А. Лупилов, И. Лисютин «Baltic Scientific Instruments», Рига, Латвия
Прогресс в характеристиках Si(Li) детекторов, охлаждаемых охладителями Пельтье, достигнуты благодаря модернизации электроники, усовершенствованию вакуумной камеры малого размера и эффективного 5-ти каскадного охладителя Пельтье, обеспечивающего разность температур до 132С при чувствительности к тепловым нагрузкам мение чем 15 мВт/С. Это позволяет изготавливать круглые Si(Li) детекторы охлаждаемые Пельтье с толщиной 4-4,5 мм и чувствительной поверхностью от 12 до 100 мм2. Разрешающая способность этих детекторов на энергии 5,9 кэВ колеблется от 158 до 240 эВ в зависимости от чувствительной поверхности. Энергетическое разрешение на 59,6 кэВ для этих детекторов - от 410 до 460 эВ.
Восстановление истинной входной скорости счета в заданном энергетическом окне
Э. Лошевич «Baltic Scientific Instruments», Рига, Латвия
В прецизионной спектрометрии необходимо количественно определить в реальном масштабе времени, какая часть от входных импульсов лежит в заданном диапазоне энергий. При небольших для заданного спектрометрического устройства, имеющего свою постоянную времени формирования, загрузках решение этой задачи предельно просто - на соответствующий выход подается импульс, свидетельствующий о попадании входного сигнала в требуемое окно. Однако при увеличении входной загрузки задача усложняется.
Спектрометрическое устройство имеет ограниченную проходную характеристику, то есть чем больше интегральная загрузка, тем меньше спектрометрическое устройство может обработать входных импульсов. Причина кроется не столько в быстродействии цифровой части схемы, сколько в возрастании количества наложенных импульсов при заданной постоянной времени формирования фильтра. При этом проходная характеристика не является монотонно возрастающей, а имеет точку перегиба, зависящую от постоянной времени фильтра.
Нами разработан следующий метод выдачи необходимого количества импульсов в окне:
-
На вход узла WinCrm поступает сигнал после фильтра, сравнивается с верхним и нижним уровнями и поступает на счетчики. В качестве данных для коррекции используются как интегральная загрузка по входу, так и количество импульсов, разрешенных к преобразованию АЦП (дополнительный вход SINHRO).
Счетчики считают только импульсы, отвечающие условиям неналоженности. При этом разрешение на коррекцию определяется не интервалом времени, а количеством обработанных устройством импульсов NSINHRO, так как для проведения правильной коррекции необходимо накопить некоторую статистику. В результате формула для вычисления скорректированного числа импульсов имеет вид:
Nwincrm=Nwin*Ncrm/NSINHRO.
Используя при делении метод накопления остатка, теоретически можно получить точность восстановления сигнала WinCrm +-1 отсчет.
Преимущества данного метода:
Высокая точность восстановления на выходе WinCrm (при испытаниях была получена цифра 99,99%)
Нет зависимости от постоянной времени фильтра спектрометрического устройства.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физические основы процесса радиоактивности, особенности гамма-излучения. Исторические факты об открытии радиоактивности, ее сфера применения и опасность воздействия на все живое. Симптомы и стадии заболевания, которое вызвано радиоактивным излучением.
контрольная работа [71,2 K], добавлен 22.11.2010Понятие радиоактивности, виды радиации. Действие радиоактивного излучения на белки и ДНК человека. Повреждения азотистых оснований ДНК. Причины гибели клеток. Пространственная организация молекул ДНК в хромосомах. Процесс репарации повреждённых хромосом.
реферат [263,1 K], добавлен 02.03.2012Источники ионизирующих излучений. Предельно допустимые дозы облучения. Классификация биологических защит. Представление спектрального состава гамма-излучения в ядерном реакторе. Основные стадии проектирования радиационной защиты от гамма-излучения.
презентация [812,1 K], добавлен 17.05.2014Классификация радиационных объектов по потенциальной опасности. Комплекс организационных, технических, санитарно-гигиенических мероприятий, ограничивающих облучение персонала и радиоактивное загрязнение окружающей среды. Приборы дозиметрического контроля.
презентация [1,1 M], добавлен 01.06.2015Производство фосфорных удобрений как источник загрязнения окружающей среды. Характеристика технологических процессов и сырья. Разработка экологических нормативов предприятия; выбор методов и расчет оборудования для проведения природоохранных мероприятий.
курсовая работа [258,8 K], добавлен 23.07.2013Измерение уровня гамма-излучения и радиоактивной зараженности объектов с помощью полевого дозиметра ДП-5. Диапазон измерения прибора, его комплектация и подготовка к работе. Измерительный пульт рентгенометра дозиметра ДП-5А. Порядок измерения излучения.
презентация [4,9 M], добавлен 23.08.2014Изучение понятия радиоактивности, способности ряда химических элементов самопроизвольно распадаться и испускать невидимое излучение. АЭС и урановые рудники как источники радиоактивного загрязнения. Действия населения при аварии на атомных электростанциях.
реферат [36,7 K], добавлен 11.03.2014Основные источники излучения и классификация средств защиты. Понятие об ультрафиолетовом, инфракрасном и ионизирующем излучении. Радиоактивное загрязнение окружающей среды. Источники и зашита от электромагнитных полей, безопасность при работе с лазерами.
реферат [2,1 M], добавлен 01.05.2010История Тюменского водоканала, оценка кадровой политики. Правила работы с персоналом. Технические характеристики Метелёвской водоочистной станции, ее проектная производительность. Безопасность технологических процессов Тюменского Аккумуляторного завода.
отчет по практике [5,5 M], добавлен 14.01.2015История кафедры надежности и безопасности технологических процессов. Направление подготовки "Техносферная Безопасность". Инструктажи работников по охране труда. Нормативы, применяемые при проведении работ в лаборатории технологии водонапорных систем.
отчет по практике [525,3 K], добавлен 07.09.2014Лазеры как генераторы электромагнитного излучения оптического диапазона, основанные на использовании вынужденного излучения, их классификация по уровню опасности. Анализ влияния их излучения на человеческий организм, а также оценка его последствий.
презентация [326,7 K], добавлен 01.11.2016Понятие ионизирующих излучений, их взаимодействие с веществом. Природа и виды рентгеновского излучения. Два основных типа распада. Излучения, образующиеся при радиоактивном распаде. Закон ослабления ионизирующего излучения при взаимодействии с веществом.
презентация [131,2 K], добавлен 16.01.2017Понятие и виды радиации, ее воздействие на органы и ткани человека. Источники общего радиационного фона. Последствия воздействия радиоактивного излучения. Вред бразильского ореха. Уровень радиоактивности Центрального железнодорожного вокзала в Нью-Йорке.
презентация [4,7 M], добавлен 23.10.2015Влияние ультрафиолетового излучения на трофические, регуляторные и обменные процессы у растений и живых организмов. Глобальное распределение интенсивности ультрафиолетового излучения. Нормирование ультрафиолетового излучения в производственных помещениях.
контрольная работа [333,9 K], добавлен 24.04.2014Радиация и её разновидности. Источники радиационной опасности. Основные пути проникновения излучения в организм человека. Характеристика проникающей способности различных видов ионизирующего излучения. Механизм действия ионизирующего излучения.
реферат [1,2 M], добавлен 07.01.2017Требования к безопасности производственного оборудования и производственных процессов. Охрана труда в проекте производства работ. Нормы естественного и искусственного освещения. Расчет необходимой площади световых проемов производственного помещения.
контрольная работа [93,7 K], добавлен 03.06.2010Явление радиоактивности в физике. Приборы, применяемые для регистрации ядерных излучений, сущность их источников, их свойства и характеристики. Описание естественных и искусственных источников радиации. Природа радиоактивных излучений, пути их изучения.
реферат [81,8 K], добавлен 27.01.2012Теплообмен между человеком и окружающей средой как основа гигиены одежды, основное уравнение теплового баланса. Свойства текстильных материалов, обеспечивающих соответствие одежды окружающей среде. Требования к одежде различного назначения.
реферат [30,5 K], добавлен 20.01.2010Обмен веществ и его природа. Саморегуляция как механизм поддержания жизнедеятельности организма на постоянном уровне. Безопасность и экологичность технических средств и технологических процессов: основные требования, их нормативная база и реализация.
контрольная работа [31,6 K], добавлен 16.06.2009Физическая сущность лазерного излучения. Воздействие лазерного излучения на организм. Нормирование лазерного излучения. Лазерное излучение-прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное. Методы защиты от лазерного излучения. Санитарные нормы.
доклад [19,2 K], добавлен 09.10.2008
