Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет геологии, геоинформатики и геоэкологии

Кафедра геофизики и геоинформатики

Лабораторная работа №2

Изучение и настройка полевого одноканального гамма-спектрометра СП-ЗМ

Выполнили: ст. гр. РФ-05-1

Винокурова Г.А., Выборов А.В., Модонов Р.Н.

Степаненко А.В., Швайко С.В.

Принял: Булнаев А.И.

Иркутск 2007

Аппаратура и оборудование: спектрометр СП-3М в рабочем комплекте, контрольные источники гамма-излучения, рабочие модели.

Техническое описание: полевой одноканальный сцинтилляционный гамма-спектрометр предназначен для регистрации фиксируемых детектором гамма-квантов в режиме интегральных или дифференциальных измерений гамма-излучения в области энергий от 100 кэВ до 3 МэВ, что позволяет:

ь Количественно определять природные радиоактивные изотопы калий-40, висмут-214, таллий-208 для оценки концентрации в горных породах соответственно калия, урана и тория, начиная с их кларковых концентраций.

ь Изучать аппаратурные дифференциальные или интегральные спектры регистрируемого гамма излучения естественных и искусственных радиоактивных изотопов.

ь Определять природу гамма-излучения по характерным интенсивным гамма-линиям, проявляющимся в аппаратурных дифференциальных спектрах.

ь Выполнять относительные измерения суммарной интенсивности гамма-излучения.

Детектор гамма-излучения содержит сцинтилляционный кристалл NaI(Tl) размером 50х50 мм и фотоэлектронный умножитель ФЭУ-82. Для регистрации гамма-квантов исследуемого излучения в режиме интегральных или дифференциальных измерений в приборе предусмотрено 60 уровней или ступеней дискриминации и одно из трех дифференциальных окон, шириной 1/60, 4/60 и 8/60 энергетической шкалы.

Результаты измерений могут быть получены с помощью магнито- электрического счетчика МЭС-54 (в импульсах) или по стрелочному прибору (в имп/с). Шкала стрелочного индикатора разделена на четыре поддиапазона с пределами измерений 0-250, 0-1000, 0-2500 и 0-10000 имп/с. На первом поддиапазоне постоянная времени 4 или 12 с, а на остальных 4 с. При регистрации импульсов по магнитоэлектрическому счетчику возможен пересчет на 1 или 4.

Температурный диапазон от 0 до +50⁰ С. Время установления рабочего режима 30 мин. Масса рабочего комплекта 11 кг.

Настройка и градуировка прибора:

Настройка и градуировка спектрометра выполняется перед началом полевого сезона, а также после ремонта прибора и включает следующие операции:

1) Проверка линейности шкалы дискриминатора.

2) Определение энергетического разрешения прибора.

3) Выбор рабочих каналов дискриминатора и соответствующих им интервалов энергетического спектра гамма-излучения.

4) Определение спектральных коэффициентов, характеризующих связь регистрируемой скорости счета с концентрациями радиоактивных элементов (урана, тория, калия).

Линейность шкалы дискриминатора определяется по калибровочному графику, который отражает связь отдельных спектральных линий гамма-излучения со шкалой каналов дискриминатора.

В качестве источников гамма-излучения с известными энергиями используются следующие изотопы:

^{ь 137}CsE =662 кэВ

^{ь 60}CoЕ₁ =1173 кэВ, Е₂ = 1333 кэВ

Положение фотопика гамма-линий различных энергий относительно каналов дискриминатора определяется по аппаратурным дифференциальным спектрам, получаемым по измерениям с шириной окна «1» при изменении уровня дискриминации.

По калибровочному графику определяется начальный порог дискриминации Е₀ (МэВ), по величине отрезка отсекаемого на линии энергий. Величине Е₀ соответствует определенное количество делений шкалы дискриминатора .

Энергетическое разрешение спектрометра определяется по аппаратурному спектру линии 662 кэВ радиоизотопа ¹³⁷Cs, как отношение ширины фотопика на полувысоте к положению фотопика выраженное в процентах. спектрометр дискриминатор радиоактивный градуировка

Выбор рабочих каналов дискриминатора для определения концентраций радиоактивных элементов производится по аппаратурным спектрам, полученным при измерениях с шириной окна «4» (или «8» для линии 2,62 МэВ). Измерения проводятся на рабочих моделях. Положение рабочих каналов дискриминатора соответствующее оптимальным условиям регистрации определяется по максимуму показаний от каждой радиоактивной модели.

Практическая часть

Для настройки спектрометра мы:

1. Выводим max фотопика радиоизотопа = 662 кэВ на 9 ступень. Установив окно спектрометра ДНУ=9, ДВУ=10 меняем коэффициент усиления линейного усилителя таким образом, чтобы отклонение стрелки с прибором с цезиевым источником было максимальным. В результате мы получили

2. Меняя положение окна от 0 ступени измеряем скорости счета в каналах 1,2,3,4….

По полученным данным строим аппаратурный спектр

Рис.1. Аппаратурный спектр

Так как на графике выделяется всего один фотопик, следовательно, это моноэнергетический гамма-излучатель. Также на графике кроме фотопика есть еще несколько областей. Область, находящаяся в промежутке с 0 по 4 ступень дискриминатора - область многократного рассеяния. На 5-ой ступени наблюдается небольшой пик комптоновского рассеяния. Максимум фотопика Cs-137 приходится на 9 ступень.

3. Источник заменяем на , измеряем аппаратурный спектр в районе фотопиков и определяем каналы max 1173 кэВ и 1333 кэВ.

Рис.2. Аппаратурный спектр

На этом графике выделяется 2 фотопика, что говорит о том, что это не моноэнергетический гамма-излучатель. То, что эти 2 фотопика перекрывают друг друга, говорит о том, что энергетического разрешения данного спектрометра недостаточно, для разделения фотопиков. Максимум фотопиков выходит на ступень 17,5 для энергии 1173 кэв и на 20 ступень для энергии 1333 кэв.

4. По результатам измерений строим градуировочный график. У градуировочного графика надо по оси Х указать номера ступеней дискриминации, а по оси У - энергию гамма-квантов. Далее на график надо вынести точки, соответствующие энергии гамма-квантов излучателей, находящиеся на соответствующих ступенях дискриминации.

Рис.3. Градуировочный график

Фотопик для определяем по =1,76 мэВ

Отметив на графике точки и соединив их линией и проэкстраполировав ее до конца, получаем линейную зависимость. Линия не попадает в начало координат, это говорит о том, что спектрометр начинает регистрировать гамма-кванты не с нулевой энергией, а с какой-то определенной, которая определяется показателем , который можно определить из графика. Для данного прибора = 90 кэв. Это значит, что прибор не будет регистрировать кванты, с энергией меньше 90 кэв.

Из этого графика видно, что фотопик для находится примерно на 28 ступени.

5. Определяем энергетическое разрешение по формуле:

%

Где Р- энергетическое разрешение спектрометра.

- начальный порог регистрации (отсечка)

AB- высота фотопика

CD- ширина фотопика на половине его высоты

Рис.4. Аппаратурный спектр

Энергетическое разрешение спектрометра по цезию должно быть не хуже 18%.

Полученное значение удовлетворяет этому требованию.

6. Строим аппаратурный спектр при ширине окна 1 ед., измерения производим с помощью ЭМС.

Рис.5. Аппаратурный спектр , ширина окна 1ед.

Из графика видно, что фотопик при ширине окна 1 ед. находится на ступени 26,5.

7. Меняем ширину окна на рабочую, для она равна 4 ед.

Рис.6. Аппаратурный спектр , ширина окна 4ед.

Из графика видно, что фотопик при ширине окна 4 ед. находится на ступени 24.

Сравнивая фотопики, мы видим, что при ширине окна 4 ед. график смещается на 2,5 ступени влево и становится менее выраженным.

Вывод

1. По графику градуировки мы можем увидеть пропорциональную зависимость, что позволяет сделать вывод о линейности шкалы прибора.

2. По результатам измерений с контрольным источником излучения ¹³⁷Cs, с энергией гамма-излучения 662 кэВ и с квантовым выходом 85% был построен график. Энергетическое разрешение спектрометра P₆₆₂ =17.8%

3. На графике, построенном по результатам измерений с контрольным источником ⁶⁰Со, с энергией гамма-излучения 1173 кэВ, при квантовом выходе 100% и с энергией гамма-излучения 1333 кэВ, при квантовом выходе 100% было выделено 2 фотопика на ступени 17,5 и на 20 ступени, что говорит о том, что ⁶⁰Со не моноэнергетический гамма-излучатель.

4. Как можно заметить при ширине окна 1 и 4 ступени максимумы фотопиков урановой руды находятся на разных ступенях. Это происходит вследствии того что при увеличении или уменьшении окна дискриминатора детектор регистрирует больше или меньше импульсов. При ширине окна 1 ед. max число гамма-квантов попадает в отрезок от 24 ступени до 30, а при ширине окна 4 ед. в отрезок от 22 до 28 ступени. В результате верхние уровни дискриминации совпадают, а нижние различаются на разницу ступений, в нашем случае 4-1=3, т.е. на 3 ступени. На практике он сместился на 2,5 ступени вследствии статистической ошибки.

Размещено на Allbest.ru