Гамма-спектрометр
ОП ИЕ
Союз Советских
Социалистических
Республик (11) 522651
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) ЗаявлеиоЦ7.01.76 (21) 2093909/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано15.08. 78. Бюллетень ¹30 (45) Дата опубликования описания 11.о8лз
2 (51) М. Кл.
С 01 Т 1/36
Государственный комитет
Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК 539.1. . 074.23 (088.8) (72) Авторы изобретения
Р, П. Мешеряков, Т. Н. Васина, В. М. Головков и Б. Ж. Жалсараев (71) Заявитель
Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики (54) ГАММА-СПЕКТРОМЕТР
Изобретение относится к измерению ядерных излучений, а именно к измерению спектрального распределения и интенсивности гамма-излучения, и может быть использовано в ядерной физике для исследования гамма-излучения, сопровождающего радиационный захват нейтронов и различные ядерные реакции, гамма-излучения ускорителей заряженных частиц, в радиоактивационном анализе, ядерной геофизике и в других областях техники, где требуется измерение спектрального состава гамма-излучения с энергией от нескольких десятков кэВ до десятков МэВ.
Известны гамма-спектрометры с защитой anтисовпадениями, содержащие центральный (основной) детектор для первичного излучения окруженный защитным (дополнительным) детектором для рассеянного из центрального детектора излучения. Защитный детектор включен с центральным детектором по схеме антисовпадений для подавления актов, в которых рассеянный квант или аннигиляционный квант вылетает из центрального детектора, а также для исключения возмущений, создаваемых фоновыми излучениями и космическими лучами.
В спектрометрах с защитой антисовпадениями, несмотря на большой общий объем чувствительного к гамма-излучению материала детекторов, спектрометрический сигнал снимается только с центрального детектора. Небольшой объем центрального детектора обусловливает уменьшение фотоэффективности для жестких гамма-квантов, т. е. вероятности наблюдать импульс в пике полного поглощения при попадании в детектор одного гамма-кванта.
Цель изобретения — увеличение фотоэффективности для жестких гамма-квантов.
Для этого в предлагаемое устройство введены блок выделения аннигиляционных импульсов, нормально открытая схема пропускания и блок смешивания, а защитный детектор разделен на две независимые части.
Блок выделения аннигиляционных импульсов может содержать два дифференциальных дискриминатора, входы которых подключены к половинкам зашитного детектора, а выходы объединены и подключены к управляющему входу схемы пропускания, включенной между выходом схемы совпадения и управляющим входом выходных линейных ворот.
Блок смешивания содержит два линейных
2 сумматора и нормально закрытые линейные
522651 ворота, причем входы первого сумматора подкгпочены к частям защHFH010 детектора, а выход — через нормальHO з(JKp! Jòûå линейные ворота к первому входу второго c «ìматора, к второму входу последнего подключен центральный детектор, 3 выход второго сумматора подключен к выходным нормально открытым линейным воротам, прп этом в блоке смешивания к упрявляк)11«му входу линейных ворот подключен выход схемы совпадения.
При таком ВКЭ!к)чении введенные олоки в совокупности обеспечивают регистрацию просуммированного сигнала от событий образования пар в центральном детекторе с одновременным поглощением одного или обоих аннигиляционных квантов в частях за!цптного детектора.
На фиг. 1 изображена блок-схема !редлагаемого гамча-спектрометра; на фпг. 2— спектр амплитуд импульсов о.цгой части защитного детектора: ня фиг. 3 -- спектр амплитуд импульсов гамма-спектрометря; на фиг. 4 — кривые фотоэффектпвцости в !3висимости от энергии гамма-квантов.
Гамма-спектрометр содержит центральный детектор 1, защитный детектор 2, схему 3 совпадения. выходные линейные воротя
4, блок 5 выделения аннигиляционнь)х !DI17у.7ьсов, C) Защитный детектор 2 раздел(и 113 две независимые части 8 и 9 по И.Эоскосги, проходящей через ось детекторов. )то обеспечивает выделение событий с вылето;I K;!K ОДНОГО, ТяК И,ДВух 3ННИГН !F! H IIOFJ Jib! X KF diiTOH. При этом в спектре амплиту1 пм!!уль )H сдной части (8 нли 91, полученном Ill)li )ш;снии жестких гамма-квантов !13 це!»Эра,)(п!Ый детектор, будет один пик Bllliiii !ляци<эп il JY квантов (см. фиг. 2). b;IoK 5 выделения янн !гиляциш)пы". H)Jпульсов содержит два и)фа) е р< и «и я,.;.:)ь!.; дискриминатора !(! и !1, Входы которы:.:(«дК.1ЮЧСНЫ СООТВеТСТВОННО K 0!)< I)3J J(F10 i)l H 8 и 9 защитного Детектора .?, я Вь!Козы бье,!ИН Hbl П H07BHbl Н!1 УП!ЭЯ B,! HI() lljIJH ПХО (. л( мы 6 пропуcKBJII!H. Порог il и«при«я Окна каждого из дискрпмипаторо)3 10 и 11 i;3«ip3u ваются Td K, чтобы и ро.(ускять;! м и, Ь< ы. соответствующие!«) амплитуде пику «п) пги— ляционного кван Га. Схема 6 пропусканпя включена м:и; у выходом схемы 3 совпядени,"7 и прявляк)щим входом выходHblx линейных во;)07 4 и В НОРХ13 7bHOJ Блок 7 смешивания содержит д()(1,!Ннейных сумматора 12 и 13 и нормаль!!О:iFiKi)ытые линейные ворота 14. Входы су3lмяiAp(l l2 подключены к частям.8 и 9 зя!цитшэго !стектора 2, а выходные сигналы иду! через линейные ворота !4 на сумматор 13. К;;!ирому входу последнего подключен центральный детектор 1, а выход сумматора 13 IT!) 131! на выходные линейные ворота 4. Вы. од IHнейных вор<)В 4 является выходом гям;!я-спектрометра, к<г(орый подкл)очают к анализатору амплиту I, импульсов. В блок 7 смешивания на управляющий вход нормально закрытых линейных ворот,14 подан сигнал схемы 3 совпадения. На фиг,. не показаны схемы формирования и задержки, я также дополнительный защитный детектор для подавления вторич(астиц, рассеянных под малыми углами, j0 который может быть включен HB антисовпадения. ГBìма-спектрометр работает следующим образом. В случае полного поглощения энергии первичпого гамма-кванта в центральном детекторе 1 импульс последнего идет через линейный сумматор 13 без изменения на нормальHo о77<рытые выходные, линейные âîðîГа 4 и далее на выход гамма-спектрометра. В случае рассеяния гамма-кванта в центральном детекторе 1 и регистрации комптоН0НсКН рассеянного вторичного кванта в заи(итном детекторе 2 импульс центрального детект<)ра 1, соответствуюп(ий неполной потере энергии первичного кванта, проходит также через сумматор 13 до выходных линейных ворот 4 и там блокируется. Это объясняется тем, что от сигналов обоих детекторов (1 и 2) срабатывает схема 3 совпадения и ьыходным сигналом блокирует линейные ворота 4 через открытую в это время схему 6 пропускания. В случае образования электрон-позитронных пяр в 1<ентральном детекторе 1 от анниги,1Я!! Hif позит1эона D331PTBIoTc В п(эотиВОположlibie стороны два гамма-кванта с энер1 Псй liOKÎI! ЭЛОК ГПОН3. !" СЛИ OHH 003 ПОГЛО35 тятся H цен7!эальп<эм детекторе, то спектро ),!)ill ПЛП 0()3 3 IIHJI!«HËß!(HOÍHÛY KHBHTB ВI.I . 1< l I l И.3 II(JI J p«;)b«OI О ДеТСКТОр3 1 И IIO.!-! (сс)ью пог,«)т тся хотя бы один из них в »«с::> х 8 и,iH 9 защитного детектора 2, то Q (Ъ .;)о Ветел в< юц(ие импульсы проходят через ;;.Гкримпнап(ор 1(.! Илп 11. 1-!а выходе блока 5 ! )ЛДЕЛЕППЯ Я Н«ГИЛЯЦПОННЫХ ИМПУЛЬСОВ HO;! Hi 1«я сигнал, б.!Окир<юц(ий схему 6 про. )ускания.; то <)<э<.спс и!вяет открытое состоя,!5 Ji l!(Вы хо!il HIY линейных 801)OT 4, хОтя ня Выходе схемы 3 совпадения прояви.!«я cHFH«,7 < liРЯВЛСНИЯ. Выход(1Ой сиГИ ал схемы 3 с013(1адения Откр ь!В)J< 7. TO. l i. <0,:li(FJOHHbJ< !30pOT3 4 б IOKB 7 с)че!3!Ива!и!и. В !)TO .I блоке импульсы частей 8 и <1 3(!И<итного Детектора 2 суммируются в сумматор< 12. проходят через открывшиеся лиг!сЙН1>!е ВОр073 14, с1 ммир«1Отс51 В суммято()(!3 с импульсом центрального Детекто-! )а 1 и,7(!л()е чср(3 Выходные !иней!lblс Во55 ! 3oT;I 4 и.!уT H;i выход гачмя-спектрометря. ТBKFIil o()p«Bovi, В последнем случае обесщ.lJII33tтся регистрация суммарного сигнала, <, 1 я \. 0 б ы т ! Й 0 О !) (1 3 0 В я и l i! l l 3 р В Це н т р <1, ь и 0 м <с Гш торс <)диовременным поглоп!еИ одllo! () 1ли обо!(х а IHi! l плЯциопных KBFI HTQH В 60 33 lli i!тl«)H д(1 ек)ор(- 2. II3R(! Г!1ь!х II(J В предлагаемом гамма-спектрометре можно получить более высокую фотоэффективность для жестких гамма-квантов при меньших поперечных размерах центрального детектора 1, чем в прототипе. Меньшие размеры чувствительного материала детекторов 1 и 2 позволяют уменьшить фоновую загрузку, так как последний пропорционален кубу 10 линейных размеров. При этом толщина .слоя защитного детектора 2 должна быть достаточной, чтобы поглощать большую часть аннигиляционных квантов. На фиг. 3 приведены спектры амплитуд импульсов гамма-спектрометра с центральным детектором 1 со сцинтиллятором NaJ(TI) диаметром 4,5 см, длиной 10 см; защитным детектором 2 со сцинтиллятором NaJ(Tf) кольцевой формы с внешним диаметром 20 см, длиной 20 см и внутренним 20 диаметром 6 см. Зашитный детектор 2 разделен на части 8 и 9. График а на фиг. 3 соответствует однокристальному режиму работы, т. е. с отключенным за1цитным детектором 2. График б на фиг. 3 соответствует 25 режиму спектрометра с защитной антисовпадениями, т. е. когда защитный детектор 2 включен по схеме антисовпадений, как в прототипе. График в на фиг. 3 соответствует режиму работы предлагаемого гамма-спектрометра. Спектры рассчитаны с точностью 5 — 100/О методом математического моделирования для коллимированного пучка гамма-квантов с энергией 7,38 МэВ. В режиме антисовпадений комптоновское распределение 15 снижается почти в пять раз, а пики 16 вылета одного или двух аннигиляционных квантов подавляют почти полностью по сравнению с однокристальным (см. фиг. 3, графики а и б). В предлагаемом спектрометре подавление комптоновского распределения 15 такое же, а фотопик 17 40 увеличивается за счет «перекачки» пиков 16 вылета, т. е. за счет того. что они не исключаются, а пропускаются на регистрацию с просуммированной амплитудой. На фиг. 4 приведены кривые фотоэффективности в зависимости от энергии гамма- 45 квантов. Здесь кривая 18 — фотоэффективность спектрометра антисовпадений, кривая 19 — — то же, для предлагаемого спектрометра. Для жестких гамма-квантов фотоэффективность предлагаемого гамма-спектрометра 50 больше, чем у прототипа. в несколько раз. Улучшается также качество аппаратурной линии, т. е. увеличивается отношение площади под фотопиком 17 к площади комптовского распределения 15. В качестве защитного необходим такой детектор, который при смешивании сигналов заметно не ухудшает разрешения центрального детектора 1, т. е. оба детектора 1 и 2 должны обладать сравнимьГм энергетическим разрешением. В зависимости от геометрии детектирования, материал и числа дополнительных детекторов и прочих факторов возможны и другие варианты осушествления гамма-спектрометра, которые не выходят за рамки изобретения. Гамма-с11ектрометр, содерж tliilill центральный и окружаюГцпй еl0 з11ИГит11ый детекторы гамма-11злучения cо сраьч1имыми энергетическими разрешениями, схему совпадения и выходные линейные ворота, о1;и1чающайся тем, что, с целью увеГи1чения фотоэф(1)екти Вности дая жестких гамма-ква итов, в него введены блок выделения аннигиляцHoHHblx импульсов. нормально oTKpblTHH схема пропускания и Олок смеlèHBÎHèÿ,;1 заГцитный детектор разделен на две независимые части, причем блок выделения аннигиляционных импульсов содержит два дифференциальных дискриминатора, входы которых подключены к указанным частям защитного детектора, а выходы объеди иены и подключены к управляющему входу схемы пропускания, включенной между выходом схемы совпадения и управляющим входом выходных линейных ворот, блок смешивания содержит два линейных сумматора и нормально закрытые линейные ворота, причем входы первого сумматора подключены к частям защитного детектора, а выход — через нормально закрытые линейные ворота к первому входу второго сумматора, к второму входу последнего подключен центральный детектор, а выход второго сумматора подключен к выходным нормально открытым линейным воротам, при этом 1 б1оке сме- . шивания к управляющему входу л, ейных ворот подключен выход схемы совпа. ения. 52265! 9 5 б 7 8 2 3 0. 5 b 7 8 Энергия р- к5он паа, Р7эР 3 @ 5 b 7 Энергия g яЯнтаК иэ8 Фиг..У os 07 Об 4 05 < 00. ЬЬ 03 "ь 1, 02 Эg,l 0 1 2 3 Ф 5 b 7 8 9 t0 Энергии y — Ванп а5, Иза Фиг Ф Составитель И. Лннисв 1 и ктор Т. 1С!|. î.твена Тскрел О. Лт говая Корректор Д. Мсльнииенко 1: ьа 3 1о )б д" Тираж 702 1 1одпис нос 1111ИИПИ Гогуларственного комитета Совета Министров СССР по лолам изобретений и открытий ки тй Мо ква, Ж-35, Раушская наб., а. 4!5 !! 11 ..11атснг», г. Ъ )кго1и)л, ye. Проектнаи, и
