takya.ru   страница 1страница 2страница 3
скачать файл

Из зарубежных на предприятиях отрасли применяются приборы фирм Canberra, ORTEC, Quantrad Sensor.


Из отечественных устройств на предприятиях Минатома для СУиК ЯМ, контроля ЯБ и технологического контроля успешно внедряются гамма-спектрометрические приборы высокого разрешения фирм «Грин стар», выполненные на основе спектрометрических плат типа SBS4, и «Аспект».

Можно указать неполный перечень использования гамма-спектрометров высокого разрешения.

Для измерения активности радионуклидов в технологическом процессе и контроля изотопного состава ЯМ используются гамма-спектрометры АМА, SBS-40, SBS-50, LP-4900B с применением детекторов германиевых ППД. Программы обработки результатов измерений разработаны ФГУП «Горно-химический комбинат» и фирмами "Грин стар" и «Аспект».

Измерение степени обогащения урана и изотопного состава плутония производится с помощью U-Pu In Snspector с детектором GL0515P.

Для измерения изотопного состава плутония и степени обогащения урана в условиях прохождения гамма-излучения плутония через слой поглотителя используется гамма-спектрометр фирмы ORTEC 92-X-II S с программой FRAM и детектором GEM 25175 S. При наличии относительно тонкого слоя поглотителя (до 6 мм стали) изотопный состав плутония измеряется с помощью гамма-спектрометра 92-X-II-S c программой MGA и детектором GLP XXX550R.

Для контроля обогащения урановых материалов по изотопу 235U без промежуточного отбора проб используется гамма-спектрометрический комплекс In Spector.

Для идентификации, определения активности радиоактивного материала степени обогащения урана и изотопного состава плутония используется переносной гамма-спектрометр с полупроводниковым детектором. Прибор выполнен на основе платы SBS-50, полупроводникового детектора фирмы ORTEC и компьютера типа Notebook, программное обеспечение разработано фирмой «Грин стар». Погрешность в определении содержания 235U в основном не превышает 5%.

Для определения отложений ядерных материалов в оборудовании применяются следующие приборы: In Spector, одноплатный спектрометр типа SBS и спектрометр mNOMAD. Диапазон определения поверхностных отложений ЯМ от 0,5 до 50 мг/см2 с погрешностью ~ 25%.

Из приведенного перечня использования гамма-спектрометров высокого разрешения видно, что с их помощью возможно решение многих задач контроля ЯМ, особенно там, где идет речь о высокой степени анализа в определении изотопного состава плутония и урана.


  1. Применение гамма-спектрометров низкого разрешения для С У и К ЯМ

Во многих случаях гамма-спектрометры низкого разрешения могут оказаться предпочтительными перед гамма-спектрометрами высокого разрешения. Например, в задачах, связанных с определением поверхностных отложений, концентрации 235U в растворах, контроле отходов

Несмотря на то, что сцинтилляционные гамма-спектрометры уступают ППД-спектрометрам в точности анализа, их высокая эффективность регистрации гамма-излучения, низкая стоимость и простота аппаратурных решений приводят в ряде случаев к эффективному решению задач контроля ЯМ. Выбор типа гамма - спектрометрического прибора определяется задачей, которая должна решаться с его помощью. Существенную роль при этом играет априорная информация, которая может быть учтена при проведении измерений.

Для определения сцинтилляционнным гамма-спектрометром количества ЯМ при небольших его вариациях измерения производятся в соответствии с уравнением (2). Это соотношение при необходимой конкретизации можно применить к идентификации ЯМ, определению обогащения урана, количеству ЯМ в отходах и контролю технологического процесса и отложений ЯМ :


Р=Г[(N1-N)±К1(N2-N)±К2(N3-N)] , (2)
где Г - градуировочный коэффициент, устанавливающий переход от скорости счета к определяемой (контролируемой) величине;

N1 - скорость счета в измерительном энергетическом окне ;

N2 и N3 - скорости счета в компенсационных энергетических окнах и ;

К1 и К2 - коэффициенты, учитывающие вклад «мешающих» нуклидов в энергетическое окно ;

N, N и N - фоновые скорости счета в соответствующих энергетических окнах, измеренные предварительно.

В зависимости от решаемой задачи для энергетических окон выбираются различные границы. Так, в задачах идентификации и определения обогащения урана, можно установить границы для 160-210 кэВ, 250-350 кэВ, 600-700 кэВ.

Методы и приборы гамма-спектрометрического анализа на предприятиях отрасли за годы существования атомной промышленности прошли существенную эволюцию от единичных приборов, предназначенных для решения специальных задач, к системам и комплексам приборов, способных выполнять задачи широкого профиля. Рассмотрим наиболее прогрессивные решения гамма-спектрометрии, вошедшие в практику топливного цикла на современном этапе. Обработка информации возможна на аппаратном или программном уровнях. В настоящее время практически во всех приборах, которые выпускаются фирмами ORTEC, Canberra, TSA Systems, Aquila (США), СНИИП «Автоматика», «Грин стар», «Аспект» (Россия), обработка информации выполняется на программном уровне.

К числу гамма-спектрометров низкого разрешения относятся приборы, разработанные НИЦ СНИИП и СНИИП «Автоматика», выполненные на основе агрегатного технического комплекса конструктивно и электрически стандартизированной системы промышленной аппаратуры (КЭССПА). Система представляет собой блочно-магистральный комплекс, предназначенный для разработки приборов как совокупность отдельных функциональных блоков.

На основе КЭССПА созданы однотипные пульты, к которым подсоединяются различного типа блоки детектирования. Таким образом созданы специальные приборы.

Прибор РПГ-06П представляет систему на 10 точек, выполненную в агрегатно-техническом средстве КЭССПА, для контроля концентрации 235U в технологических аппаратах. В аппаратуре применяются сцинтилляционные детекторы гамма-излучения на основе кристаллов NaI(Tl) размером 40´40 мм. Для учета самопоглощения гамма-излучения 238U и переменного обогащения используется методика выделения энергетической линии 186 кэВ с учетом фона излучения 238 U и продуктов его распада. Прибор имеет чувствительность по 137Cs 3 см2. Дополнительная температурная погрешность составляет 3 % на 10 0С в диапазоне от 5 до 40 0С. Для работы блоков детектирования при повышенной температуре до 90 0С применяется холодильник с проточной водой.


На основе КЭССПА разработаны приборы РПГ-07П для контроля делящихся веществ в отходах и РПГ-08П - спектрометрический прибор широкого назначения.

Для определения поверхностной плотности 235U используются разработанные в СНИИП и СНИИП «Автоматика» приборы РПГ-03 и РПГ-09П 5. Нижний предел определения поверхностной плотности 235U с помощью этих приборов составляет величину, равную 1-3 мг/см2.

Принципы построения приборов РПГ-03 и РПГ-09П отражают процесс научно-технического прогресса в области ядерного приборостроения. Прибор РПГ-03  узко- специализированный, работающий по жесткому алгоритму, реализуемому на аппаратурном уровне. Прибор РПГ-09П является программируемым прибором, что позволяет использовать его для решения широкого круга задач, указанных выше. Кроме того, прибор РПГ-09П обладает более высокими эксплуатационными характеристиками, чем прибор РПГ-03.

Помимо приборов, разработанных отечественными и зарубежными фирмами, которые используются для контроля и учета ЯМ на предприятиях топливного цикла отрасли, нашли широкое применение приборы специального назначения, разработанные непосредственно на предприятиях. К таким приборам относятся сцинтилляционные гамма- спектрометры ИМД (СС-6) и СС-7М, разработанные ФГУП Уральский электрохимический комбинат.


ИМД предназначен для непрерывного контроля обогащения гексафторида урана (ГФУ) нуклидом-235 непосредственно в технологических цепочках. Прибор обеспечивает измерение массовой доли 235U от 0,1 до 96% и обладает высокой стабильностью .

СС-7А является многофункциональным сцинтилляционным гамма-спектрометром для измерения массовой доли 235U и его концентрации в закиси-окиси и растворах урана методом отбора проб.

Погрешность определения массовой доли 235U составляет в закиси-окиси ±5% и в растворе ±10%. Погрешность определения массовой концетрации урана в растворе, в зависимости от ее величины, находится в пределах от 10 до 40%.

Производственной фирмой "Новатор для ОАО «Машиностроительный завод» разработаны концентратомер 235U «Ядро-М» и установка «Радикал-П» оперативного контроля обогащения урана в порошках UO2.

Рассмотрение перечня гамма-спектрометров высокого и низкого разрешения показывает весьма широкий ассортимент используемых приборов, разработанных как специализированными российскими и зарубежными приборными организациями, так и самими предприятиями.

Приборы, разрабатываемые приборными организациями, могут являться базовыми, на основе которых возможна разработка специализированных приборов, создаваемых непосредственно на предприятиях. Типичным примером в этом плане является одноплатная спектрометрическая плата SBS различных модификаций.

Для предприятий характерна разработка приборов со специализированными блоками детектирования для неразрушающего контроля непосредственно на технологических линиях. Наглядным примером этого является прибор «Ядро-М», предназченный для измерения концетрации 235U в технологических растворах и сбросных водах.

В перечне гамма-спектрометров высокого разрешения, используемых на предприятиях, значительное место занимают спектрометры зарубежного производства, предназначенные в основном для определения изотопного состава плутония. При всей привлекательности использования готовых гамма-спектрометров зарубежного производства имеется ряд трудностей в применении их для измерений в условиях производства. Прежде всего не решена проблема ремонта и замены вышедших из строя приборов. Другим важным вопросом является соответствие эксплуатационной документации зарубежных приборов требованиям ГОСТов и другим руководящим документам России.

Для решения конкретных задач СУ и К к указанным характеристикам должны быть добавлены требования, определяемые методикой выполнения измерений (МВИ).


Поэтому при выборе типа прибора для решения определенной задачи при равенстве технических характеристик следует отдать предпочтение отечественным приборам.

Именно так обстоит дело при сопоставлении приборов РПГ-09 и Scout. Сравнительные измерения обогащения урана показали равные возможности приборов. Однако прибор РПГ-09П обладает лучшими эксплуатационными характеристиками. Он выгодно отличается от прибора Scout большим температурным диапазоном и хорошо зарекомендовал себя на практике в измерении поверхностных отложений урана.

Естественно, возникает вопрос о рекомендациях типов приборов при обеспечении предприятий новыми приборами.

На настоящем этапе приборного обеспечения наибольшее внимание заслуживают установка РПГ-06П, носимые приборы РПГ-09П, гамма-спектрометры высокого разрешения In Spector и SBS различных модификаций.


Выводы


  1. На предприятиях Минатома нашли применение гамма-спектрометрические приборы отечественного производства: РПГ-03, РПГ-09П, приборы на основе SBS-50 и другие.

  1. Немалое место на предприятиях Минатома занимают гамма-спектрометрические приборы, разработанные и изготовленные силами самих предприятий: ИМД, СС-7М, «Ядро-М» и другие.

  1. Существенную роль в решении задач СУ и К играет внедрение гамма-спектрометров производства зарубежных фирм: In Spector, 92-X-II и других.

4. Использование персональных компьютеров типа IBM PC существенно изменило в положительную сторону автоматизацию процесса измерений и обработку их результатов.


Литература


  1. Каталог приборов для учета и контроля ядерных материалов.- ВНИИА (РФ), БНЛ (США), 1998.

2. T. Dragnev, B. Barnes. Optimization of in-field measurments of Plutonium Isotopic Rations by Gamma-Ray Spectroscopy, Safeguards Technical Report IAEA-STR-149.-Vienna, 1983.

  1. R. Gunnink. A Gamma-Ray Spectrum Analysis Code for determining Plutonium Abudances, Methods and Algorithms. - UCRL-LR-103220, Volume 1, April 3, 1990.

4. Дорин А.Б., Кондрашов М.В., Сельдяков Ю.П. Быстродействующее cпектрометрическое устройство SBS-60 и области его применения.// Ядерные измерительно-информационные технологии-99. - М.: Труды НИЦ «СНИИП», 1999.

5. Барышев Л.В., Корытко Л.А., Афанасьев А.Г. Базовый носимый радиометр спектрометрический РПГ-09 («Купол»).// Труды Российской международной конференции по учету, контролю и физической защите ядерных материалов. Т.3 - Обнинск, 9-14 марта, 1997.



УДК 621.3.029.78
ПРИБОР «БРЕГЕТ» ДЛЯ НЕИНТРУЗИВНОГО КОНТРОЛЯ ДЕЛЯЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ В КОНТЕЙНЕРАХ
А.В. Юровский, к.т.н., А.И. Титов, В.Н. Нестеренко, С.А. Балдин, д.т.н.

Дано описание прибора «Брегет», разработанного и выпущенного во ВНИИА, и метода для неинтрузивного контроля делящихся материалов в контейнерах, основанного на регистрации смешанного нейтронного и гамма-излучений несколькими счетными каналами, на входе каждого из которых включен полупроводниковый детектор со своей зависимостью эффективности от энергии гамма-квантов и нейтронов.




Принцип работы прибора


Изделия из делящихся материалов (ДМ), хранящиеся в контейнерах, являются источником нейтронного и гамма- излучений. Нейтронное излучение обусловлено спонтанным делением ядер плутония и урана и вынужденным делением тех же элементов при бомбардировке нейтронами и заряженными частицами. Гамма- излучение состоит из квантов, образующихся при радиоактивном распаде ДМ, квантов, сопутствующих процессу деления, и квантов, выделяющихся при взаимодействии нейтронов с окружающими веществами.

Для контроля ДМ в контейнере может быть использовано нейтронное излучение (интенсивность и спектр), гамма- излучение ( интенсивность и спектр) и их совокупность. Гамма- спектрометрические методики, в особенности при применении полупроводниковых детекторов с высоким разрешением, являются наиболее достоверными.

Недостаток этих методик  интрузивность, т.е. раскрытие информации об изотопном составе, массе и конфигурации ДМ в контейнере. Простое измерение интенсивности нейтронного и гамма-излучений не дает достаточной достоверности результатов, так как может не почувствовать подмену реального изделия имитатором.

Предлагаемый прибор «Брегет» , разработанный и выпущенный во ВНИИА, и метод для неинтрузивного контроля ДМ в контейнере основаны на регистрации смешанного нейтронного и гамма-излучений несколькими счетными каналами, на входе каждого из которых включен полупроводниковый детектор со своей зависимостью эффективности от энергии гамма-квантов и нейтронов. В приборе “Брегет” имеются три счетных канала, один из которых включает кремниевый детектор большого объема, второй  тонкий кремниевый детектор с преобразователем из Li-6, третий  детектор из теллурида кадмия.

Первый канал регистрирует быстрые нейтроны с энергией выше 2,5 МэВ и гамма- кванты с эффективностью, спадающей при увеличении энергии. Второй  регистрирует тепловые нейтроны с эффективностью ~ 15% и практически не чувствителен к гамма- квантам. Тепловые нейтроны в спектре деления отсутствуют, но всегда существуют в спектре излучения реальных ДМ благодаря замедлению быстрых нейтронов элементами конструкции изделия и контейнера. Третий канал регистрирует тепловые нейтроны и гамма-кванты с большей, чем у первого, эффективностью в области энергий выше 0,5 МэВ.

Совокупность показаний всех трех каналов может рассматриваться как один из вариантов радиационного «портрета» изделия. Его сопоставление с результатами предыдущих измерений позволяет с высокой достоверностью подтверждать сохранность изделия в контейнере.


Схема и конструкция прибора
Приведена блок-схема трехканального прибора «Брегет»(см.рисунок) для контроля наличия ДМ в контейнерах. Прибор состоит из трех независимых каналов, каждый из которых содержит детектор, усилитель-формирователь и амплитудный дискриминатор. На выходе прибора имеется светодиодный индикатор с управляющей схемой и коммутационным устройством, позволяющим подключать индикатор поочередно к выходу каждого из каналов. Время измерения ~ 25 с задается встроенным таймером. Критерием наличия данной единицы хранения в контейнере является соотношение числа отсчетов в трех каналах и совпадение в пределах погрешности результатов измерений с предыдущими.

Конструктивно элементы схемы расположены на пяти печатных платах: по одной плате на каждый аналоговый канал и общие платы индикаторного устройства и блока питания. Питается прибор от батареи напряжением 9 В. Вместе с источником питания прибор смонтирован в корпусе объемом 1400 см3. Масса прибора ~ 1700 г. На передней панели расположены светодиодный индикатор и органы управления.


Методика работы с прибором
Для измерений прибор размещается непосредственно на контейнере. Для обеспечения воспроизводимости результатов на месте расположения прибора должна быть сделана метка, чтобы при повторных измерениях расположение не изменялось. После размещения прибора включается питание и нажимается кнопка “Пуск”. Время измерения задается встроенным таймером и равно ~ 25 с. После окончания экспозиции подается звуковой сигнал, и на светодиодном индикаторе появляются результаты измерений на одном из каналов. Нажатием кнопки «Канал» индикатор переключается поочередно на выход остальных каналов. Для повышения точности рекомендуется каждое измерение повторять пять раз. При малом разбросе можно ограничиться трехкратным измерением. Результаты измерений фиксируются в журнале.


1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3 4

3-1 3-2 3-3 5


Блок-схема прибора для подтверждения наличия ЯМ в контейнере:

1-1, 2-1, 3-1 - детекторы; 1-2, 2-2, 3-2 - усилители; 1-3,2-3,3-3 - дискриминаторы;

4 - индикаторное устройство с блоком управления и таймером; 5- блок питания

Результаты предварительных испытаний

В качестве критериев оценки соответствия прибора его назначению были использованы следующие параметры:

- чувствительность (число отсчетов на 1 н/ см2);

- способность различать источники с различным спектром;

- способность чувствовать искажение спектра излучения экранирующими предметами;

- чувствительность к изменению массы ( активности ) источника.

Предварительные испытания прибора показали следующие результаты:

1. Чувствительность каналов находится в пределах от 0,2 до 0,3 отсчета на 1 н/см2 в спектральной области, соответствующей максимуму чувствительности.

2. При замене источника нейтронов спектра деления (Cf-252) на альфа-нейтронный источник (Pu - Be) соотношение показаний в каналах меняется в 3 - 5 раз в зависимости от выбранного уровня амплитудной дискриминации.

3. При искажении спектра нейтронов посредством размещения между источником и регистратором 100 мл воды соотношение показаний в каналах меняется на 20 % , а при 500 мл воды  на 45%.

4. При изменении активности источника на 10% показания по всем каналам меняются ~ на 10% ( в пределах статистического разброса).

Испытания приборов на различных источниках излучения проводились во ВНИИА, ВНИИНМ, ОАО «Машиностроительный завод» (г.Электросталь) и на заводе «Авангард».

При испытаниях на заводе «Авангард» прибор был проверен на семи типах изделий с ДМ в контейнерах и показал способность различать их разные типы.

Прибор «Брегет» прошел испытания на соответствие техническому заданию. Документации присвоена литера «О».

В настоящее время изготовлена партия опытных образцов приборов для проведения испытаний и пробной эксплуатации.


Выводы


1. Как показали результаты испытаний, прибор «Брегет» соответствует своему назначению – неинтрузивной идентификации ДМ в контейнерах. Прибор обладает малыми габаритами, массой и стоимостью по сравнению с зарубежными и отечественными аналогами.

2. Прибор «Брегет» может использоваться на всех этапах транспортирования, хранения и утилизации ДМ. В процессе утилизации прибором могут пользоваться представители международных комиссий.

3. Прибор «Брегет» может быть модернизирован для облегчения работы оператора и автоматизации процесса сбора данных. Так к прибору может быть подключен считыватель штрих-кода. В этом случае прибор может не иметь индикатора для вывода какой-либо информации о ДМ. В дальнейшем предполагается снабдить его стандартным интерфейсом для подключения к компьютеру и сбору – обработки данных в ходе регламентных проверок или утилизации ДМ.

4. Физические принципы, положенные в основу работы прибора «Брегет», могут быть использованы для создания других устройств неинтрузивной идентификации объектов по их ионизирующему излучению.



УДК 539.1.074
Спектрометрический метод измерения аналоговой чувствительности ППД
С.А.Балдин, д.т.н., С.В.Прохоров, А.В.Юровский, к.т.н.
В статье рассматривается гамма-спектрометрический метод определения аналоговой чувствительности полупроводниковых детекторов с использованием источника излучения 60Со небольшой активности. Приведено научно-техническое обоснование применения данного метода, представлено аппаратурно-программное обеспечение, последовательность операций, реализующих измерение аналоговой чувствительности в единицах . По результатам анализа ошибок выявлено, что метод позволяет измерять аналоговую чувствительность в диапазоне 0,1 – 1000 с погрешностью не более ± 10% отн. в доверительном интервале 0,99 за время, не превышающее 10 – 15 мин. Метод измерения аттестован в соответствии с ГОСТ Р8.563.
Гамма-спектрометрические методы находят все более широкое применение при решении задач учета и контроля ядерных материалов. Детектор как составная часть гамма-спектрометров является одним из важнейших компонентов, который обеспечивает основные характеристики измерительных систем гамма-спектрометров.

Величина аналоговой чувствительности (АЧ) является основным радиометрическим параметром для детекторов, работающих в токовом режиме, т.е. в тех случаях, когда поток регистрируемого излучения настолько велик, что временное разрешение детектора не позволяет регистрировать отдельные кванты. Это имеет место при применении детекторов для мониторирования потоков импульсных генераторов излучения, регистрации излучения ядерного взрыва, измерения больших количеств ЯМ и в ряде других случаев. При этом в детекторе освобождается заряд, величина которого пропорциональна экспозиционной дозе излучения.

ГОСТ 26222-86 предлагает два метода измерения АЧ: с помощью непрерывного потока ионизирующего излучения, либо с использованием источника импульсного излучения. В первом случае необходимо измерять возникающий ионизационный ток полупроводниковых детекторов (ППД), а во втором - зарядовые импульсы.

Поскольку перед нами стояла задача измерения АЧ при воздействии на ППД гамма-излучения с энергией ~ 1МэВ, второй метод не мог быть использован по технико-экономическим соображениям.

Возможность применения первого метода требует создания на месте размещения ППД мощности дозы, при которой ионизационный ток ППД составил бы, по крайней мере, несколько процентов от темнового тока. Легко показать, что если ППД с АЧ, равной 10, имеет темновой ток ~5mА, то для создания ионизационного тока величиной ~0,5mА при расстоянии от источника 60Со, равном ~10 см, его активность должна быть не менее 100 Ки. В лабораторных условиях такая высокая активность неприемлема уже по соображениям радиационной безопасности.
Известны неопубликованные попытки измерения АЧ путем снижения темнового тока ППД при его глубоком охлаждении жидким азотом. Такие измерения, по-видимому, возможны, однако процедуры откачки криостата с ППД, его охлаждение, размораживание и т.д. требуют значительного времени. Кроме того, не все ППД, АЧ которых необходимо определить, допускают охлаждение до криогенных температур без возможного разрушения. Необходимо учитывать тот факт, что при криогенных температурах АЧ может отличаться от АЧ, измеренной при нормальных условиях за счет изменения подвижности носителей в ППД.

Другими источниками информации о методах измерения АЧ ППД авторы не располагают.



1.Научно-технические основы метода

Рассмотрим предпосылки использования спектрометрического метода для определения АЧ ППД.

Регистрация гамма-излучения с энергией ~1 МэВ кремниевым ППД толщиной менее 1 мм осуществляется исключительно за счет Комптон-эффекта. Как известно, при поглощении в ППД заряженной частицы (в данном случае Комптон-электрона) с энергией Еi в его объеме возникает заряд

, (1)

где q – заряд электрона;

e(e=3,6 эВ) - энергия, необходимая для образования в кремнии пары электрон – дырка.

В результате на выходе зарядочувствительного предусилителя, соединенного с ППД, возникает импульс напряжения



,

где к – коэффициент преобразования.


Таким образом, выполнив предварительную энергетическую калибровку шкалы амплитудного анализатора по измеренному амплитудному спектру импульсов, вызванных в ППД Комптон-электронами, определяют как энергию этих электронов, так и, при помощи формулы (1), созданный ими заряд Qi. Следовательно, используя формулу (1), по существу проводится зарядовая калибровка шкалы амплитудного анализатора. При этом положение в шкале i-го канала отвечает образованию в ППД заряда qi, а количество импульсов в данном канале – количеству зарегистрированных Комптон-электронов, которые образовали в ППД заряд qi. Суммарный заряд, возникший в объеме ППД за время облучения T, равен, очевидно, сумме произведений количества импульсов в каждом канале ni на величину заряда qi, соответствующего данному каналу i, т.е.

, (2)

где N – полное число каналов зарядового спектра;



qi = Qi из формулы (1).
Экспозиционная доза D (в рентгенах), воздействию которой подвергся ППД в течение времени T, рассчитывается, исходя из активности источника 60Со на момент проведения измерения аналоговой чувствительности и расстояния ²источник - ППД². Если собранный за время Т заряд Q измерять в нКл, то АЧ представляется в виде ,.
Ряд обстоятельств благоприятствует измерению АЧ спектрометрическим методом.

Амплитуда шумовых импульсов (или наложения этих амплитуд) в среднем существенно меньше амплитуды импульсов, генерируемых в ППД Комптон-электронами от источника 60Со. Так, при темновом токе ППД до ~1mА максимальная шумовая амплитуда в энергетических единицах не превосходит 20 – 30 кэВ, в то время как максимальная амплитуда Комптон-электронов (при толщине ППД ~1 мм) составляет 400 – 500 кэВ и более. Поэтому интегральная дискриминация спектра с порогом 40 - 50 кэВ полностью исключает влияние шумовых импульсов на результат измерения АЧ.

Накопление зарядового спектра в течение определенного времени позволяет использовать источник 60Со невысокой активности, ибо экспозиционная доза D пропорциональна произведению активности источника на время облучения.

Наконец, все операции по обработке накопленного спектра и выведению результата в могут быть представлены в виде программы и введены в РС, являющийся составной частью амплитудного анализатора. Это автоматизирует процесс измерения, существенно снижает полное время измерения, повышает его надежность и достоверность.


2.Аппаратурно-программная реализация метода
2.1 Аппаратура и оборудование
На рис.1 представлена схема облучения детектора. Экспозиционная доза D на месте размещения ППД создается гамма-излучением источника 60Со, активность которого на момент измерения составляла ~2 мКи. Источник располагается в канале свинцового коллиматора. Анализируемые ППД поочередно устанавливаются в измерительную камеру, которая с помощью электрического разъема соединяется со входом зарядочувствительного предусилителя. Расстояние ²источник-ППД² выбрано равным 50 мм.

Структурная схема установки представлена на рис.2. Спектрометрическая часть установки включает: предусилитель БУСи-57, модернизированный с целью возможности его использования для работы с ППД, имеющими собственную емкость до 500 пФ; основной усилитель ORTEC Mod.672; буфер с АЦП ORTEC Mod.926; генератор точной амплитуды ORTEC Mod.448; источник питания с каркасом NIM BIN Mod.4001A и IBM-совместимый PC. В схему также входят источник низковольтного питания предусилителя высоковольтного смещения ППД, кабели и жгуты.


2.2 Программное обеспечение
Разработанная программа вычисления АЧ ППД SECCO выполняет следующие функции:

- переводит накопленный энергетический спектр в зарядовый в соответствии с формулой (1);

- осуществляет процедуру обработки зарядового спектра по формуле (2), т.е. рассчитывает численное значение Q в единицах ;

- определяет текущую активность источника 60Со (период полураспада 5,27 лет) и







вносит необходимую поправку в значение экспозиционной дозы, полученной ППД на момент измерения;

- вносит в результат анализа поправку, учитывающую наложения и просчеты импульсов в спектрометрическом тракте, используя информацию анализатора о значении мертвого времени текущего измерения;

- учитывает тип материала детектора (кремний, либо теллурид кадмия);

- вычисляет и выводит на дисплей числовое значение S аналоговой чувствительности в единицах .

При тактовой частоте РС 133 МГц описанная процедура расчета АЧ занимает у программы не более нескольких микросекунд.

Накопление и представление амплитудного спектра на дисплее (режим амплитудного анализатора) осуществляет стандартная программа MAESTRO (ORTEC).
3. Процедура измерения
Процедура измерения АЧ ППД распадается на три этапа: энергетическая калибровка аппаратуры, накопление амплитудного спектра, вычисление и представление аналоговой чувствительности в единицах .
3.1 Калибровка
После включения и прогрева аппаратуры в измерительную камеру помещают какой-либо спектрометрический кремниевый ППД с открытой чувствительной поверхностью, над которой размещают источник 241Am из набора ОСГИ. Набирают амплитудный спектр и фиксируют положение максимума пика полного поглощения гамма-квантов с энергией 59,54 кэВ. С помощью подпрограммы калибровки программы MAESTRO проводят энергетическую калибровку шкалы анализатора, т.е. определяют калибровочный коэффициент.

Тип и размер калибровочного ППД не имеют принципиального значения: таковым может быть любой кремниевый ППД, в спектре которого можно выделить пик полного поглощения. Если необходимо определить АЧ детектора из теллурида кадмия, калибровка проводится с использованием подходящего ППД из этого материала.


3.2 Накопление спектра
Вместо калибровочного ППД в измерительную камеру устанавливают ППД, АЧ которого предстоит измерить. В свинцовый коллиматор напротив измерительной камеры помещают источник 60Со. Включают режим набора спектра, который автоматически выключается через 300 с. С помощью программы MAESTRO накопленный амплитудный спектр записывается в файл с индивидуальным именем.
3.3 Определение аналоговой чувствительности
Вызывается программа SECCO, с клавиатуры вводится следующая информация: номер канала интегральной дискриминации шумовых импульсов, тип материала детектора, ранее определенный калибровочный коэффициент. В результате выполнения программы на дисплей выводится значение АЧ данного ППД в единицах .

При определении АЧ серии однотипных ППД калибровка проводится только перед начальным измерением. Как правило, однажды проведенная калибровка сохраняется в течение многих недель. При необходимости проверка и восстановление калибровки осуществляются с помощью генератора точной амплитуды ORTEC Mod. 448.

Полное время измерения АЧ, включая калибровку, не превосходит 15 мин. При использовании заранее проведенной калибровки процесс определения АЧ не превышает 10 мин.

При незначительном изменении программы SECCO АЧ детектора может быть определена при облучении его гамма-квантами других энергий, а также тормозным излучением.


4. Погрешность измерения аналоговой чувствительности
Наибольшая погрешность измерения АЧ возникает из-за погрешности значения активности используемого источника 60Со 3-го разряда из набора 1Г, равной по паспорту ± 20%.

Для снижения составляющей общей погрешности с той же аппаратурой и охлаждаемым германиевым ППД выполнены сравнительные измерения активности этого источника и активности источника 60Со из набора ОСГИ, численное значение которой по паспорту определено с погрешностью не более 3% отн. в доверительном интервале 0,99. Для повышения точности сравнения измерения проводились методом ²фиксированного числа импульсов² в пике полного поглощения третьего источника гамма-излучения - 22Na из того же набора ОСГИ. Гамма-линия этого источника с энергией 1274,5 кэВ находится между аналитическими гамма-линиями источника 60Со 1173,24 и 1332,5 кэВ.


В результате сравнительных измерений, а также учета других погрешностей активность источника 60Со из набора 1Г была определена с погрешностью не более ±5 % отн. в доверительном интервале 0,99. При расчете полной погрешности измерения АЧ учитывались следующие ее составляющие:

- измеренная погрешность активности источника 60Со из набора 1Г;

- погрешность, обусловленная отклонением аналитической функции просчета импульсов спектрометрического тракта от экспериментальных эначений;

- погрешность, вносимая ошибкой определения расстояния ²источник-ППД²;

- статистическая погрешность, обусловленная конечным числом импульсов в амплитудном спектре;

- погрешность определения максимума пика полного поглощения гамма-квантов источника 241Am при калибровке шкалы анализатора;

- неопределенность, вносимая среднеквадратичной погрешностью воспроизводимости спектрометрической аппаратуры.

Квадрат полной погрешности определялся как сумма квадратов частных погрешностей, включающих числовые значения квантилей, учитывающих законы распределения соответствующих вероятностей.

В результате полная расчетная погрешность измерения АЧ данным методом составила величину 8,6% отн. при доверительной вероятности 0,99. С учетом возможного существования каких-либо неучтенных факторов считаем, что максимально допустимая погрешность измерения АЧ не превосходит ± 10% отн. в доверительном интервале 0,99.

Выводы
1. Предложен лабораторный метод измерения величины аналоговой чувствительности кремниевых и некоторых ²теплых² ППД с темновым током до 5 мкА, собственной емкостью до 500 пФ с погрешностью не более ± 10% отн. в доверительном интервале 0,99. Используемый источник ионизирующего излучения - 60Со активностью ~ 2 мКи. Может быть использован источник с другой энергией излучения.

2. Процедура измерения максимально автоматизирована на основе применения РС, в том числе за счет использования программы расчета и представления величины аналоговой чувствительности SECCO. Время измерения АЧ занимает не более 10-15 мин.

3. Определены АЧ нескольких сот ППД из кремния и теллурида кадмия в диапазоне чувствительности от 0,1 до 1000 .

4. Проведена аттестация настоящей методики в соответствии с ГОСТ Р8.563. Получено свидетельство об аттестации МВН № 106/125-2000.



скачать файл


<< предыдущая страница  
Смотрите также:
Серия : ядерноеприборостроени е научно технический сборник Системы, устройства, схемотехника, технология, конструирование и производство Издается с 1969 г
827.33kb.
В. А. Мазилов психология на грани веков
3701.44kb.
Белорусский национальный технический
165.78kb.
Предмет «Технология» (технический труд) относится к базовой части дисциплин учебного плана
23.48kb.
«Производство карбоксиметилцеллюлозы (кмц) и полианионной целлюлозы (пац)». Приведены исходные данные и методика расчета материальных и тепловых балансов производства ингибиторов коррозии
288.06kb.
Рабочая программа по дисциплине: «Математика» направление подготовки: 211000 «Конструирование и технология электронных средств»
434.1kb.
Лекция. Микроконтроллеры и их типовые элементы
549.7kb.
"Фундаментальные исследования и научно-технический прогресс
166.74kb.
Перечень используемых сокращений
1263.17kb.
Конструирование и технология производства эва
80.46kb.
Научно-технический бюллетень лаборатории ихтиологии инэнко. №11. Спб. 2006. С. 54-58
55.21kb.
Доклад учителя русского языка и литературы высшей кк новик Т. П. Современные педагогические технологии обучения русскому языку в школе
348.15kb.