Детекторы ионизирующих излучений. Лекция 15

1. 01.04.2023

ЛЕКЦИЯ 15
Детекторы ионизирующих излучений
Байтимирова Марина Олеговна
1

2. Содержание лекции

Цель метода, особенности спектров излучения ядерных частиц
и фотонов; сплошные и дискретные спектры. Аппаратурный
спектр и его особенности. Качественный и количественный
анализы спектров. Источники погрешностей измерения. Виды
спектрометров и их характеристики: эффективность,
разрешение, качество. Основы гамма-спектрометрии.
2

3. Спектрометрия ионизирующих излучений

Идентификация производится путем определения типа и энергии излучения,
что позволяет решить задачу качественного анализа.
Определение активности того или иного радионуклида, находящегося в
образце, производится по известной чувствительности спектрометра к
излучению соответствующей энергии, и позволяет решить задачу
количественного анализа.
3

4.

Основные параметры спектрометров
При решении большинства задач прикладной спектрометрии
наибольшее
значение
приобретают
следующие
параметры
спектрометров, которые определяют его качество при измерении
активности препаратов.
Аппаратурный спектр, форма аппаратурной линии
Энергетическое разрешение
Эффективности регистрации
Минимально определяемая активность
Энергетический спектр - распределение по энергиям
ионизирующих частиц или квантов фотонного излучения.
В прикладной спектрометрии энергетические спектры измеряют
для решения задач качественного и количественного анализа.
Аппаратурный спектр – распределение импульсов по
амплитудам, получаемое на спектрометре при регистрации
заряженных частиц или фотонов.
4

5. Аппаратурный спектр

N отн. ед.
а
Eγ
б
Eγ-2т0 с2
N отн. ед.
т0 с2
Eγ-т0 с2
Eγ
Ek
↓
Номер канала
Номер канала.
Аппаратурная линия γ-спектрометра с ионизационным
детектором: а - Еγ < 2т0 с2 ;
б – Еγ > 2т0 с2 .
5

6. Основные характеристики спектрометров

Ширина канала ΔV (или ΔE). В каждый канал попадают импульсы
с амплитудой от V до V + ΔV , В, соответствующие частицам или
квантам с энергией от Е до Е + ΔЕ.
Энергетическое разрешение η - полная ширина ППП на половине
его высоты, (эВ, кэВ). Энергетическое разрешение выражают в
абсолютных или относительных единицах (%):
ηотн= (η / Ei) 100 , где Ei – энергия регистрируемого излучения.
Эффективность регистрации в ППП εабс: отношение числа частиц
определенной энергии, зарегистрированных в ППП в единицу
времени, к внешнему излучению источника:
εабс=NS / (t Fвн),
где t – длительность набора спектра, при котором в ППП
зарегистрировано NS импульсов (без учета фоновых); Fвн –
внешнее моноэнергетическое излучение данного типа,
испускаемое источником.
6

7. Характеристика преобразования

Градуировочная характеристика по энергии – зависимость
между значениями энергии регистрируемого
моноэнергетического излучения и номерами каналов
анализатора, в которых зафиксированы максимумы
соответствующих ППП:
Е=А + Вп, где Е – энергия моноэнергетического излучения; п
– номер канала анализатора, в котором зарегистрирован
максимум ППП, соответствующего данному излучению; А и
В –коэффициенты.
Интегральная нелинейность ИНЛ, кэВ:
ИНЛ = ±( ΔЕмакс + ВSp), где ΔЕмакс – максимальное из
отклонений ΔЕi ; Sp – погрешность определения максимума
ППП в каналах. Или в процентах
ИНЛ'=(ИНЛ/Ет) 100, где Ет – верхняя граница
энергетического диапазона, в котором определяется
градуировочная характеристика.
7

8.

Форма аппаратурной линии
Рис. Отнормированные по пику полного поглощения
спектры измеренные Ge(Li) детектором, 6 см3 (1) и 56 см3 (2).8

9. Образцовые источники (ОСГИ)

Нуклид
Энергия излучения, кэВ
Выход, Iабс, %
Т1/2
241Аm
59,537(1)
35,75(30)
432,1(9) года
57Со
122,06135(35)
85,70(17)
271,81(8) сут
136,4743(5)
10,60(16)
139Се
165,857(1)
77,88(8)
137,67(6) сут
203Hg
279,197(1)
81,56(7)
46,595(22) сут
113Sn
391,705(2)
64,9(5)
115,09(8) сут
137Cs
661,660(3)
85,08(16)
30,17(24) года
54Mn
834,848(3)
99,9755(8)
312,16(9) сут
88Y
898,047(6)
94,1(8)
106,617(28) сут
1836,066(9)
99,34(6)
65Zn
1115,546(4)
50,70(25)
244,12(20) сут
60Со
1173,237(5)
99,89(4)
5,2714(10) года
1332,502(5)
99,9818(5)
511,0000(14)
180,88(36)
1274,543(5)
99,940(4)
22Na
2,6019(8) года
9

10. Градуировочные характеристики

Градуировка по
энергии
1
NaI(Tl)63x63
εj,абс
Градуировка по
разрешению
0,1
Градуировка по
эффективности:
0,01
ДГДК-80
0,001
j,абс
Ij
I j,абс * at
10
100
1000
Е, кэВ
10000
Общий вид градуировочных характеристик
по
эффективности
регистрации
для
спектрометров со сцинтилляционным и
ППД (ДГДК-80) детекторами
10

11. Качественный и количественный анализ методом g-спектрометрии

Провести градуировку спектрометра по энергии, разрешению и
эффективности регистрации с использованием спектрометрических γисточников.
Получить спектр неизвестного радионуклида. Выделить пик полного
поглощения и определить энергию, соответствующую максимуму пика
и разрешение.
Имея информацию о виде излучения, энергии излучения и привлекая
дополнительную информацию, определяют радионуклидный состав.
Рассчитывают активность радионуклидов по эталонному источнику
данного радионуклида, или по калибровке по эффективности
определяют эффективность регистрации и рассчитывают активность
радионуклида
at
Ij
I j,абс * j,абс
11

12. Выводы

ВЫВОДЫ
Спектрометрия – наиболее эффективный метод качественного
и количественного анализа радионуклидов.
Для проведения анализа необходимо провести градуировку
спектрометра по энергии, разрешению и эффективности.
При анализе пробы необходимо привлекать дополнительную
информацию, касающуюся «истории» пробы: время и место
отбора пробы, радионуклиды, которые могут в ней
присутствовать.
Для
получения корректных результатов необходимо
критически подходить к построению калибровки по
эффективности и использованию эталонных источников.
Эталонные источники должны соответствовать исследуемой
пробе по радионуклидному составу, составу матрицы и
измеряться в той же геометрии.
12

13. Библиографический список

Бетенеков Н.Д. Элементы радиометрии и спектрометрии
ионизирующих излучений: учебное пособие/
Н.Д.
Бетенеков, Е.И. Денисов, В.Д. Пузако. Екатеринбург: ГОУ
ВПО УГТУ-УПИ. 2007. 72 с.
Егоров Ю.В. Радиоактивность и смежные проблемы.
Физические основы радиоактивности/ Ю.В. Егоров, Н.Д.
Бетенеков, В.Д.Пузако. Учебное пособие. Екатеринбург:
УГТУ-УПИ, 2000. 130 с.
13