СПОСОБ ГАММА СПЕКТРОМЕТРИИ
GAMMA-RAY SPECTROMETRY METHOD

Изобретение относится к области прикладной гамма-спектрометрии и может быть использовано в экологии, геологии, геохимии.
Известен способ гамма-спектрометрии (например, патент RU 2159451), при котором интенсивность линии определяют по площади пика полного поглощения линии в детекторе. Техническим недостатком такого способа является то, что вероятность регистрации детектором линии в пике полного поглощения в гамма-области излучения мала, что обуславливает большую величину статистической погрешности, связанной с флуктуациями счета импульсов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ, реализованный в патенте UK 3291992. В этом патенте реализован способ, заключающийся в том, что для измерения интенсивности линии излучения используются два детектора (германиевый и кремниевый) разной толщины, установленные рядом, а результирующий спектр получают вычитанием из спектра излучения, зарегистрированного детектором с большим Z спектра излучения, зарегистрированного детектором с меньшим Z. Техническим недостатком такого способа является то, что вероятность регистрации детектором линии в пике полного поглощения в гамма-области излучения мала, что обуславливает большую величину статистической погрешности, связанной с флуктуациями счета импульсов.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение величины статистической погрешности, связанной с флуктуациями счета импульсов, за счет учета регистрации импульсов в низкоэнергетическом горбе потерь, возникающем в области низких энергий регистрируемого излучения при комптоновском рассеянии гамма-фотона в детекторе с последующим выходом рассеянного фотона из детектора.
На Фиг.1 представлена зависимость массовых коэффициентов фотопоглощения (тонкая линия) и комптоновского рассеяния (толстая линия) Ge в зависимости от энергии излучения. Из рисунка видно, что в гамма-области излучения основным процессом, приводящим к поглощению фотона, является комптоновское рассеяние, при этом существует значительная вероятность того, что после комптоновского рассеяния фотон покинет детектор.
0
0
0
0
det
out
det
0
det_out
В результате взаимодействия фотона с веществом детектора [3], фотон, попавший в детектор с энергией Е, может быть полностью поглощен, преобразовавшись в поток электронов, которые в дальнейшем дадут импульс тока с зарядом Q=C*E (С - коэффициент пропорциональности), и будет зарегистрирован аппаратурой как импульс напряжения, соответствующий E. В то же время фотон может быть рассеян веществом детектора, и может покинуть его с энергией E_. Тогда оставшиеся в детекторе свободные электроны будут зарегистрированы как фотон с энергией E′=E-E. В этом случае при регистрации образуются пик потерь в результате фотопоглощения с последующей флуоресценцией и горб потерь в результате комптоновского рассеяния. В гамма-области излучения наиболее вероятными процессами являются регистрация фотона в пике полного поглощения и в горбе потерь в результате комптоновского рассеяния фотона, причем более вероятным событием является регистрация в горбе потерь. Это обуславливает возможность использования подобных событий для уточнения результатов измерения интенсивности спектральной линии.
Для численной оценки результатов многократных взаимодействий излучения с веществом детектора может быть использован метод Монте-Карло, который позволяет учесть геометрические особенности детектора и возможность многократных взаимодействий.
На Фиг.2 показаны зависимости вероятности полного поглощения энергии фотона в детекторе Рпп (тонкая непрерывная линия), регистрации фотона в горбе потерь Ргп (толстая непрерывная линия) для Ge детектора толщиной 5 мм от энергии фотона. Из Фиг.2 видно, что в области энергий фотона примерно 250 кэВ для Ge детектора вероятность регистрации в горбе потерь будет выше, чем вероятность регистрации в пике полного поглощения.
дет
0
0
На Фиг.3 показана структура функции отклика Ge детектора в гамма-области излучения: пик полного поглощения энергии фотона в детекторе (непрерывная линия), горб потерь (пунктирная линия). Функция отклика детектора К(Е, Е) есть вероятность регистрации сигнала с амплитудой, соответствующей энергии Е при попадании в детектор фотона с энергией Е.
0
В случае полного поглощения энергии фотона в детекторе он будет зарегистрирован в пике полного поглощения с энергией E, в случае комптоновского рассеяния с выходом рассеянного фотона из детектора - в горбе потерь с энергией от 0 до максимальной энергии электронов отдачи
При рассмотрении спектра, регистрируемого детектором, обычно к сигналу относят часть спектра, регистрируемую в пиках полного поглощения, а часть спектра, регистрируемую в горбе потерь, относят к мешающему фону. Однако эта часть спектра (горб потерь) также несет информацию об интенсивности регистрируемой спектральной линии и может использоваться для уточнения информации об интенсивности регистрируемой спектральной линии, поскольку интенсивность регистрации в этой области спектра выше, чем вероятность регистрации в пике полного поглощения.
Исходя из сказанного выше, становится возможным следующий способ гамма-спектрометрии, заключающийся в последовательности действий со спектром, зарегистрированным гамма-спектрометром:
1. Расчет или измерение вероятностей регистрации спектральной линии в области пиков полного поглощения и горба потерь;
0
2. Измерение энергии спектральной линии Е;
комп
эл
max
0
3. Вычисление максимальной энергии электронов отдачи E__(E);
4. Измерение площади горба потерь;
0
0
5. Вычисление интенсивности падающего на детектор излучения с энергией Е как отношения измеренной интенсивности регистрации излучения в горбе потерь к вероятности регистрации данной линии с энергией Е в области горба потерь.
Техническим результатом является уменьшение статистических флуктуаций счета импульсов.
Литература
1. Патент RU 2159451, 1997.
2. Patent UK 3291992, 1966.
3. Портной А.Ю. Метод оценки энергетических и пространственных параметров рентгеновских и гамма-детекторов//Научное приборостроение, 2009, т.19, №4, 13-23.