Способ стабилизации энергетической шкалы многодетекторной спектрометрической системы

 

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно к ядерно-физическим методам исследования с применением гамма-излучения, и может быть использовано в геологии, горном деле, медицине и в других областях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников излучения. В способе, заключающемся в изменении коэффициента передачи спектрометрического тракта первого детектора излучения опорным сигналом, равным разности интенсивностей излучения в двух характерных энергетических областях, выбираемых на склонах реперного фотопика или крутопадающем участке спектра, в качестве опорного сигнала для изменения коэффициента передачи спектрометрического тракта каждого последующего детектора излучения используют отношения спектральных интенсивностей, регистрируемых I-м детектором излучения и первым детектором излучения в характерных и идентичных энергетических областях спектра. Это позволяет исключить дополнительные реперные источники излучения и осуществить единую привязку энергетической шкалы спектрометра. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

22 A i

09) (11) (51)5 G 01 Т 1/40

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (2i) 4420365/24-25 (22) 05.05.88 (46) 30.08.90. Бюл. У 32 (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (72) Е.С.Кучурин, Н.М.Зараменских, P.Í.Àñìàíîâ и М.Н.Горбунов (53) 535.232.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 393706, кл. С 01 Т 1/40, 1974.

Очкур А.П. Рентгенорадиометрический метод при поисках и разведке руд. ных месторождений. Л,: Недра, 1984, с. 61-68. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ШКАЛЫ МНОГОДЕТЕКТОРНОЙ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к ядерной физике, а именно, к ядерно-физическим методам исследования с применением гамма-излучения, и может быть использовано в геологии, горном деле, медицине и в других областях народИзобретение относится к ядерной физике, а именно к ядерно-физическим методам исследования с применением. гамма-излучения, и может быть использовано в геологии, горном деле, медицине и в других областях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников излучения. ного хозяйства. Цель изобретения . повышение экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников излучения. В способе, заключающемся в изменении коэффициента передачи спектрометрического трак та первого детектора излучения опорным сигналом, равным разности интенсивностей излучения в двух характерных энергетических областях, выбираемых на склонах реперного фотопика или крутопадающем участке спектра, в качестве опорного сигнала для изме. нения коэффициента передачи спектрометрического тракта каждого последующего детектора излучения используют отношения спектральных интенсивностей, регистрируемых i-м детектором излучения и первым детектором излучения в характерных и идентичных энергетических областях спектра. Это позволяет исключить дополнительные реперные источники излучения и осуществить единую привязку энергетичес- кой шкалы спектрометра. 3 ил.

На фиг.1 представлены спектры гамма-излучения, измеренные трехдетектор" ной спектрометрической системой; на фиг.2 — спектры естественного гамма-излучения, измеренные трекдетекторной спектрометрической системой; на фиг.3 — функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.1 и 2 обозначены: N — интенсивность потока гамма-квантов Е1589228 энергия гамма-квантов," кривая 1 стабилизированный спектр первого детектора гамма-квантов с фотопиками реперного (область. e), характеристического (область 6) и рассеянного (область 6) излучений; кривая 2 — то же, для второго детектора гамма-квантов; кривая 3 — то же, для третьего де-:: тектора гамма-квантов; кривая 4 — ста-1О билизированный спектр естественного гамма-излучения первого детектора с фотопиком реперного источника (область d) и характерной энергетической областью информационного излучения (область е); кривая 5 — то же, для второго детектора гамма-квантсв; кривая 6 — то же, для третьего детектора гамма-квантов.

Сущность способа заключается в высокоточной стабилизации энергетической шкалы спектрометрического тракта одного из детекторов по излучению реперного источника гамма-квантов, а спектрометрических трактов других, п-1 детекторов путем регистрации гамма-излучения в характерных областях информационных спектров и организации стабилизации путем определения сигнала разбаланса по отношению интенсивностей потоков, измеряемых в информационной части спектра. Рас.— смотрим способ на примере измерения рентгеновского и рассеяннога гамма-излучений спектрометрическай системой, состоящей из трех детекторов

35 излучения, первый из которых подсвечивается, например, излучением, создаваемым экраном-конвертором. Этому случаю соответствует спектр 1 на фиг,1. Реперный фотопик с энергией

Е <, создаваемый излучением экранареn « конвертора, имеет постоянную интенсивность, не зависящую от изменения условий измерений или вещественного состава руд. Благодаря этому, как и в прототипе, обеспечивается высокая стабилизация энергетической шкалы первого детектора ° В качестве сигнала разбаланса при дифференциальной системе стабилизации может использоваться величина отношения или разность потоков, регистрируемых справа.и слева ат реперного фотопика (область а на фиг.1) одновременно в спектре перЫ ваго, а также второго и третьего,цетекторов, регистрируются интенсивности в области фотопика рассеянного гамма-излучения, в данном случае на первом его склоне (область я на фиг,1). Тогда представляется возможным стабилизацию энергетических шкал второго и третьего детектора организовать путем сравнения интенсивностей N u N, соответственно регистрируемых на склонах рассеянного гамма-излучения второго и третьего детектора, .с.интенсивностью 5 - ре гистрируемой в той же части спектра

1-го детектора. Это справедливо в том случае, если измерения осуществляются в идентичных условиях, например при возбуждении характеристи,ческого,излучения одним, источником и регистрации вторичного излучения и детекторами, располагаемыми зеркально в блоке возбуждения и детектирования.

В качестве сигнала нестабильности для автоматической регулировки коэффициентов усиления спектраметрических трактов второго и третьего детекторов используется còíîmåíèå интенсивностей соответственна q = N,jN „ э= N«,iN>

В этом случае независима от абсолютной скорос-и счета в характерной области спектров и гри у"ловии идентичного их измерения в зависимости от условий измерений (измене-. ние геометрии пробы, изменение вещественного состава. руд) гараметры и « функционально связаны с дрей"ь 3 фом энергетических шкал соответственна второго и третьегс детекторов.

Уменьшение коэффициента усиления. например, второго детектора, приводит к уменьшению скорости счета Н и росту отношения « и наоборот, Выделенный при этом сигнал разбаланса отрабатывается системой стабилизации коэффициента передачи спектраметркческого тракта, момент компенсации нестабильности для которага определяется равенством 1 = «„,, где ст величина отношения, Соответствующая стабилизированному режиму измерений; текущее значение параметра в процессе работы системы стабилизации коэффициента передачи спектрометрического тракта. Аналогичное асушествляется для спектраметрическсго тракта третьего детектора.

В случае смещения фотапика ра=сеянного излучения (область р;-.а фиг.1) с энергией Е <> в спектре перьага детектора, например, за с"-1е «и.=ме,,=.-;-,ия

9228

10 !

5 l 58 эффективного атомного номера исследуемой среды такое же смещение отмечается и для фотапиков рассеянного гамма-излучения в спектрах второго и третьего детекторов. При этом значения q u q не изменяются при существенном изменении абсолютных скоростей счета Ni, N и МЭ. Таким образом, предлагаемый способ с использованием только одного репернаго ис. точника излучения обеспечивает стабилизацию энергетической шкалы многодетекторной спектраметрическай системы.

Предлагаемый способ стабилизации энергетической шкалы мнагодетекторных спектрометрических систем может быть реализован и в там случае, если в информационных спектрах не отмечается идентифицируемых фотопиков, но имеются протяженные участки с идентичным и однозначным характером изменения скоростей счета. Такие интервалы могут быть вьщелены в гаммаспектрах практически любой природы.

На фиг.2 показаны гамма-спектры естественного излучения трех сцин. тилляциокных детекторов (кривые 4, 5, б на фиг.2). В спектре первого детектора (кривая 4) четко фиксируется фотапик реперного излучения (область d) и участок спектра (область C ), в пределах которого спек" тральный поток закономерно увеличивается па мере уменьшения номера канала. Такой областью в спектрах естественного гамма-излучения реально может быть область 0,7-1,0 ИэВ, где отмечаются относительно высокие скорости счета, причем приращение интенсивности на 1Х ухода энергетической шкалы с детектором типа NaI(T1) и размером 30 х ?О мм составляет до

5-10Х. При организации стабилизации спектра первого детектора по интенсивностям репернаго фотапика (область d.íà фиг.2), стабилизация энергетических шкал второго и третьего детекторов достигается, как и в предыдущем примере, за счет регистрации потоков N „, N N и определения отношений q è

Устройство, реализующее предлагаемый способ стабилизации, содержит (фиг.3) детекторы 7, 8 и 9. гаммаквантов, линейные предусилители 10, 11.и 12, управляемые линейные усилители 13, 14 и 15, дифференциальные дискриминаторы 16-20, реверсивный счетчик 21, измерители 22 и 23 отношений и усилители 24-26 мощности.

Выход детектора 7,гамма-квантов подключен через. линейный предусилитель

10 к информационному входу управляемага линейного усилителя 13, подсоединенного управляющим входом к выходу усилителя 24 мощности и выкодам — к входам дифференциальных дискриминаторов 1б, 17 и 18. Выходы дифференциальных дискриминаторов 16 и 17 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 21, выход которого подсоединен к входу усилителя

24 мощности. Выход дифференциального дискриминатора 18 соединен с одними входами измерителей 22 и 23 отношений.

Выход детектора 8 гамма-квантов подключен через линейный предусилитель 11 к информационному входу управляемага линейного усилителя 14, подсоединенного управляющим входом к выходу усилителя 25 мощности и выходам — через дифференциальный дискриминатор 19 к другому входу измерителя

22 отношений. выход которого подсоединен к входу усилителя 25 мощности, Выход детектора 9 гамма-квантов подключен через линейный предусилитель

12 к информационному входу управляемого линейного усилителя 15, подсоединенного управляющим входом к выходу усилителя 26 мощности и выходом — через дифференциальный дискриминатор 20 к другому входу измерителя 23 отношений, выход которого подключен к входу усилителя 26 мощности.

Устройство работает следующим образом.

Реперные сигналы отбираются дифференциальными дискриминаторами 16 и

17, выбранными на склонах репернаго фатапика (по шкале энергий), создаваемагQ путем подсвечивания детектора 7 гамма-квантов мокохраматическими излучениями репернаго источника.

Сигнал разбаланса выделяется реверсив. кым счетчиком 21 и после усиления усилителем 24 мощности подается на управляющий вход управляемого усилителя 13. Наличие на выходе усилителя

24 мощности сигнала разбалакса сопровождается изменением коэффициента усиления управляемого линейного усилителя 13 да полной компенсации разност1589228

О ч

20 ного отсчета на вьгходе реверсивного счетчика 21. В момент компенсации нестабильности сигнал разбаланса становится .равным нулю.

Аналогично осуществляется стабилизация спектрометрических трактов детекторов 8 и 9 гамма-квантов, коэффициенты усиления управляемых линейных усилителей 14 и 15 которых изменяются соответственно сигналами с выходов усилителей 25 и 26 мощности.

При этом в измерителях 22 и 23 отною с „э ч ч шений определяются отношений ":интенсивности потока на выходе детектора

7 гамма-квантов к интенсивностям потоков на выходах детекторов 8 и 9 гамма-квантов, выходные сигналы измери— телей 22 и 23 отношений соответстве:нно поступают на входы усилителей 25 и 26 мощности.

Точность стабилизации спектрометрических трактов второго и третьего детекторов гамма-квантов несколько ниже, чем первого, так как она определяется суммарной погрешностью компенсации нестабильности. В первом тракте точность стабилизации преимущественно определяется статистикой реперных сигналов и чувствительностью 30 схемы к изменению коэффициента усиления. На практике дифференциальная система стабилизации, основанная на регистрации реперных потоков на двух склонах фотопика, обычно обеспечивает 35 точность стабилизации энергетической шкалы на уровне +0,5Х. Второй и третий спектрометрические тракты детекторов 8 и 9 гамма-квантов также стабилизируются дифференциальной систе- щ0 мой, а следовательно, сами по себе имеют ту же точность. Тогда точность стабилизации энергетических шкал второго и третьего спектрометрических трактов (с учетом работы первого тракта) составляет 0,77..

Использование изобретения обеспечивает повышение экономичности в технической реализации вследствие использования одного реперного источника излучения, что позволяет уменьшить фоновое излучение по сравнению с тем: случаем, если бы каждый детектор был снабжен реперным излучателем, аппаратурное упрощение, так как для выделения сигнала разбаланса от и-1 детекторов требуется по одному дифференциальному, дискриминатору (это особенно заметно при увеличении количества детекторов до 10-15, так, при стабилизации по прототипу -потре.буете 10-15 источников реперного из- лучения и 20-30 дифференциальных каналов,.а для аппаратурной реализации предлагаемого способа — один реперный источник и 12-17 дифференциальных дискриминаторов, единую привязку энергетической шкалы спектрометра.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ стабилизации энергетической шкалы многодетекторной спектрометрической системы, состоящий.в регистрации интенсивностей излучения в двух характерных энергетических

Г областях, выбранных на склонах реперного фотопика или крутопадающем участке спектра, сравнении этих интенсивностей с определением разностного сигнала, используемого в качестве опорного сигнала при последующем изменении коэффициента передачи спектрометрического тракта первого детектора излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за счет исключения дополнительных реперных источников, в качестве опорного сигнала для изменения коэффициента передачи спектрометрического тракта каждого последующего г-го детектора излучения используют отношения спектральных интенсивностей, регистрируемых -м детектором излучения (N ) и первым детектором излуче1 ния (И„) в характерньгх и идентичных энергетических областях спектра.

l539228

Epee

1589228

Составитель В.Костюхин

Редактор А.Лежнина Техред И.Дидык Корректор Л.Бескид

Тираж 359

Подписное

Заказ 2539

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101