Спектрометр рентгеновского излучения

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для изучения спектрального состава рентгеновского излучения. Спектрометр рентгеновского излучения содержит корпус, а также термолюминесцентные детекторы и фильтры рентгеновского излучения, расположенные в ячейках. Корпус выполнен составным из двух частей, причем в сквозных ячейках одной из частей расположены фильтры, зафиксированные от выпадения прижимной пластиной, к другой стороне которой прилегают детекторы, каждый из которых расположен в ячейке, выполненной в съемной пробке, установленной в отверстии другой части корпуса соосно с фильтром, а обе части корпуса и прижимная пластина выполнены из материала с атомным номером, близким к атомному номеру детекторов. Технический результат изобретения - повышение точности измерения спектра рентгеновского излучения, повышение оперативности измерений и обеспечение удобства эксплуатации спектрометра. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам изучения спектрального состава рентгеновского излучения.

Известен спектрометр рентгеновского излучения (Байгарин К.А., Зинченко В. Ф. , Лихолат В.М., Тимофеев В.В. Спектрометр рентгеновского излучения на основе термолюминесцентных детекторов. // Атомная энергия. 1991. N 70. Вып. 6. С. 410), содержащий плоскую малогабаритную сборку из четырех термолюминесцентных детекторов (ТЛД), помещенных в полиэтиленовый контейнер. Недостатком данного устройства является невозможность измерения спектра мягкого рентгеновского излучения, а также невозможность оптимизации его спектральной чувствительности при измерениях спектров рентгеновского излучения различной формы, что не позволяет минимизировать погрешность измерений; неудобство эксплуатации, выражаемое в затрудненном извлечении каждого детектора из контейнера для последующей работы с ним.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является спектрометр гамма- и рентгеновского излучения (Куделин К.М. Спектрометрия гамма- и рентгеновского излучения термолюминесцентными детекторами. // Приборы и техника эксперимента. 1973. N 6. С. 187), содержащий корпус с ячейками, в которых располагаются ТЛД и фильтры рентгеновского излучения. ТЛД, расположенный в центральной ячейке, не имеет фильтра рентгеновского излучения. К недостаткам устройства-прототипа можно отнести невысокую точность измерения спектра гамма- и рентгеновского излучения, низкую оперативность работы с детекторами и неудобство эксплуатации, выражаемое в затрудненном извлечении каждого детектора из контейнера для последующей работы с ним.

Решаемая задача - создание новой конструкции спектрометра для получения более точной и оперативной информации о спектре рентгеновского излучения в интервале энергий квантов 1,5-500 кэВ.

Технический результат - повышение точности, повышение оперативности измерения спектра рентгеновского излучения и обеспечение удобства эксплуатации спектрометра.

Технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством, содержащим корпус, а также ТЛД и фильтры рентгеновского излучения, располагаемые в ячейках, новым является то, что корпус выполнен составным из двух частей, причем в сквозных ячейках одной из частей расположены фильтры рентгеновского излучения, зафиксированные от выпадения прижимной пластиной, к другой стороне которой прилегают детекторы, каждый из которых расположен в ячейке, выполненной в съемной пробке, установленной в отверстии другой части корпуса соосно с фильтром, а обе части корпуса и прижимная пластина выполнены из материала с атомным номером, близким к атомному номеру детекторов.

Использование деталей спектрометра, изготовленных из материалов с атомным номером Z, близким к атомному номеру ТЛД, способствует выполнению условия электронного равновесия для ТЛД в области энергий квантов рентгеновского излучения, меньших 500 кэВ, что повышает точность измерения спектра рентгеновского излучения в этой области энергий.

Установка ТЛД в ячейках, выполненных в съемных пробках, повышает оперативность работы со спектрометром, делает его удобным в эксплуатации, исключая необходимость разборки спектрометра для съема информации с ТЛД.

Устройство спектрометра рентгеновского излучения схематично показано на Фиг. 1. Вид сверху показан на Фиг. 2. На Фиг. 3 изображена одна из частей корпуса. На Фиг. 4 изображена пробка для установки ТЛД.

Устройство (см. Фиг. 1) содержит разъемный корпус, состоящий из двух частей 1 и 2. В сквозных ячейках 7 части 1 расположены фильтры рентгеновского излучения 3, которые зафиксированы от выпадения прижимной пластиной 4. К другой стороне прижимной пластины 4 прилегают детекторы 6, каждый из которых расположен в ячейках 8, выполненных в пробках 5, устанавливаемых в отверстиях части 2 корпуса соосно с фильтрами 3. Обе части корпуса 1 и 2, прижимная пластина 4, пробки 5 выполнены из материала с атомным номером, близким к атомному номеру детекторов.

В примере конкретного выполнения корпус спектрометра имеет цилиндрическую форму, верхняя и нижняя части выполнены в виде дисков, в которых соосно выполнены 6 отверстий по периметру и одно в центре.

В качестве ТЛД используются пластины из алюмофосфатного стекла марки ИС-7 либо из фтористого лития. Были разработаны две модификации спектрометра. В одной использованы ТЛД из стекла ИС-7, а во второй из LiF. Спектрометры имеют минимально возможные габариты, исходя из условия размещения в корпусе указанного количества ТЛД.

Все элементы спектрометра, за исключением фильтров рентгеновского излучения и ТЛД, выполнены из алюминиевых сплавов (Z_Al = 13). Так как эффективный атомный номер стекла ИС-7 Z_{эфф ИС-7} ≈ 11,7...11,9, a Z_{эфф LiF} ≈ 8,14, то кроме алюминия возможно (по критериям доступности и технологичности) использование магния (Z_Mg=12), а также пластиков на основе ⁶C, ⁷N, ⁸O, ⁹F. В качестве прижимной пластины поз. 4 на Фиг. 1 использовалась алюминиевая фольга толщиной 100 мкм.

В качестве фильтров рентгеновского излучения в зависимости от изучаемого спектрального диапазона использовались ¹³Al (фольга), ²²Ti (фольга), ²⁶Cu (фольга), ³⁴Se (напыленная на подложку пленка), ³⁷Rb (таблетка из соли RbNO₃), ³⁹Y (фольга), ⁴⁰Zr (фольга), ⁴²Мо (фольга), ⁵⁰Sn (фольга), ⁵⁷La (таблетка из оксида La₂O₃), ⁶⁶Dy (фольга), ⁷³Та (фольга), ⁷⁴W (фольга), ⁸²Pb (фольга), ⁹²U (таблетка из оксида U₃O₈).

Пробки (поз. 5 на Фиг. 1) выполнены с резьбовым соединением. На обратной стороне пробки, противоположной той, где устанавливаются ТЛД, выполнены пазы для захвата пробки специальным ключом.

Сквозные ячейки для установки фильтров рентгеновского излучения имеют форму усеченного конуса со стороны, противоположной той, где устанавливаются фильтры. Высота переходной цилиндрической части между конусом и частью ячейки, в которой устанавливается фильтр, должна быть минимально возможной.

Сборка спектрометра производится в следующем порядке. Перевернув верхнюю часть 1 корпуса ячейками 7 вверх, в ячейки устанавливают фильтры 3. Прижимной пластиной 4 накрывают фильтры 3 в верхней части 1 корпуса и соединяют верхнюю часть 1 корпуса с нижней частью 2 корпуса. В ячейки 8 пробок 5 укладываются детекторы 6 и, перевернув корпус спектрометра, пробки 5 ввинчивают в отверстия нижней части 2 корпуса так, чтобы обеспечивалось прилегание детекторов 6 к прижимной пластине 4.

Устройство работает следующим образом. Спектрометр устанавливается в месте, где необходимо измерить спектр рентгеновского излучения, таким образом, чтобы конические ячейки 7 верхней части 1 корпуса были направлены на источник рентгеновского излучения. При этом ось симметрии корпуса спектрометра необходимо направить на центр источника рентгеновского излучения. Расстояние от спектрометра до источника рентгеновского излучения выбирается таким, чтобы флюенс рентгеновского излучения в месте установки спектрометра был однородным в пределах площади, занимаемой спектрометром.

После облучения детекторы 6 извлекаются из корпуса спектрометра. С помощью термолюминесцентных дозиметров ИКС-А (индивидуальный контроль стеклами) или ДТУ-01 (дозиметр термолюминесцентный универсальный) измеряется доза рентгеновского излучения, поглощенная каждым детектором 6.

Достижение технического результата от применения заявляемого устройства подтверждено экспериментально. С его помощью был измерен спектр излучения малогабаритной импульсной рентгеновской установки.

Погрешность измерения спектра рентгеновского излучения составила не более ± 20%, что повышает точность измерения спектра по сравнению с устройством-прототипом в несколько раз.

Устройство обеспечивает высокую оперативность работы - перезарядка спектрометра комплектом отожженных детекторов происходит за несколько минут. Спектрометр удобен в эксплуатации. Благодаря особенностям конструкции обеспечивается быстрая и точная работа с детекторами. Спектрометр может быть установлен практически в любом месте. С помощью нескольких подобных устройств можно измерять пространственно-спектральные характеристики рентгеновского излучения.

Формула изобретения

Спектрометр рентгеновского излучения, содержащий корпус, а также термолюминесцентные детекторы и фильтры рентгеновского излучения, расположенные в ячейках, отличающийся тем, что корпус выполнен составным из двух частей, причем в сквозных ячейках одной из частей расположены фильтры, зафиксированные от выпадения прижимной пластиной, к другой стороне которой прилегают детекторы, каждый из которых расположен в ячейке, выполненной в съемной пробке, установленной в отверстии другой части корпуса соосно с фильтром, а обе части корпуса и прижимная пластина выполнены из материала с атомным номером, близким к атомному номеру детекторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4