СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
METHOD FOR STABILISATION OF SENSITIVITY OF SCINTILLATING GAMMA-RADIATION DETECTION UNIT

Изобретение относится к радиоизотопным устройствам, предназначенным преимущественно для контроля технологических параметров производственных процессов, а конкретно, к способам стабилизации тракта регистрации.
Способы стабилизации тракта регистрации спектрометра известны [1]. В процессе реализации известных способов отфильтровывают шумовые сигналы и определяют два интегральных энергетических спектра поступающего от спектрометра сигнала. Спектры разделены пороговым значением, которое выбирается для каждого спектра из условия равенства энергетических спектров справа и слева от порога (за исключением шумового сигнала). При работе спектрометра непрерывно контролируется равенство интегральных значений этих энергетических спектров и вырабатывают сигнал коррекции чувствительности в зависимости от знака отклонения от равенства.
Недостатком этих способов является значительная зависимость местоположения энергетического порога от изменения формы спектра. Такое изменение может происходить, например, при использовании блока детектирования гамма-излучения в приборах для контроля параметров производственных технологических процессов, что приводит к увеличению погрешности такого контроля.
Известны также способы стабилизации чувствительности сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения, в которых используют излучение от реперных радиоактивных источников [2]. В них в качестве реперных применяют дополнительные радиоактивные источники, расположенные в непосредственной близости от детектора и обеспечивающие в амплитудном спектре пик, который соответствует вполне определенной энергии поглощенных в детекторе гамма-квантов. Анализируя отношение средних скоростей счета в двух смежных окнах спектра слева и справа от вершины пика, вырабатывают управляющий сигнал, воздействующий на коэффициент передачи таким образом, чтобы граница между окнами постоянно находилась на вершине реперного пика. Недостатком таких способов является необходимость наличия дополнительного источника. Кроме этого, при одновременном детектировании излучений от рабочего и дополнительного (реперного) источников в спектре могут возникать несколько пиков, что приводит к неустойчивости работы системы, так как за реперный может быть принят другой пик. Еще одним недостатком является невозможность использования таких способов стабилизации для сцинтилляционных блоков детектирования с органическими детекторами. Это объясняется незначительностью эффекта полного поглощения и плохой разрешающей способностью в органических детекторах, из-за чего в их спектрах отсутствуют подходящие реперные пики.
Наиболее близким по назначению и признакам к заявляемому является принятый за прототип способ дифференциальной стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения по реперному пику [3]. В нем определяют энергетический спектр поступающего от блока сигнала в двух смежных окнах и вырабатывают управляющий сигнал коррекции коэффициента передачи детектирующего тракта в зависимости от отношения интегральных значений в упомянутых окнах. Управляющий сигнал воздействует на коэффициент передачи таким образом, чтобы граница между окнами постоянно находилась на вершине реперного пика. При этом в качестве источника для создания реперного пика используется поток характеристического излучения, генерируемого измеряемым гамма-излучением в дополнительном экране со специально подобранными параметрами.
Недостатками этого способа является неустойчивая работы при сложных многопиковых спектрах, когда система может принять за репер пик от внешнего радиоизотопного источника, невозможность использования такого способа стабилизации для сцинтилляционных блоков детектирования с органическими детекторами из-за отсутствия в их спектре подходящих реперных пиков, а также необходимость использования дополнительных конструктивных элементов, которые усложняют конструкцию и оказывают поглощающее влияние на исследуемый поток гамма-квантов.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить устойчивость стабилизации, использовать этот способ для сцинтилляционных блоков детектирования с органическими детекторами и упростить реализующее способ устройство за счет исключения дополнительных конструктивных элементов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе стабилизации чувствительности сцинтилляционного радиометрического блока детектирования гамма-излучения, при котором определяют амплитудный спектр поступающего от блока сигнала, вычисляют интегральные значения скоростей счета в окнах спектра, находят на спектре действительное местоположение репера (реперной точки), измеряют его отклонение от требуемого положения и вырабатывают сигнал коррекции чувствительности в зависимости от полученной величины и знака отклонения, а требуемое положение репера выбирают в точке, соответствующей максимальной энергии гамма-квантов испускаемых в цепочках распада природных радионуклидов.
На фиг.1 и фиг.2 приведены характерные амплитудные спектры, полученные с помощью сцинтилляционного блока детектирования с кристаллом NaI(Tl) диаметром 40 и высотой 80 мм. На фиг.1 приведен спектр от естественного природного гамма-фона, а на фиг.2 - с добавлением излучения от расположенного вблизи блока детектирования изотопа Na22. Из анализа приведенных и других полученных авторами многочисленных спектров видно, что имеет место резкий спад в области энергий более 2.6 МэВ с последующим пологим «плато». Такой характер поведения спектра объясняется наличием в цепочках распада природных радионуклидов изотопа Тl (208), при распаде которого образуются гамма-кванты с максимальной энергией около 2.6 МэВ (см. Гусев Н.Г. и др. Радиоактивные изотопы как гамма-излучатели, М., Атомиздат, 1964 г., стр.165). Характерно, что гамма-кванты с большей энергией в таких цепочках распада не возникают. Следует отметить, что из-за значительной энергии гамма-квантов в зоне спада его форма при изменении окружающей геометрии практически не изменяется. Наличие в спектре пологого «плато», простирающегося до энергий в десятки МэВ, обусловлено детектированием высокоэнергетических частиц космического происхождения, в основном мю-мезонов. Таким образом, резкий спад амплитудного спектра, обусловленный наличием фиксированного значения максимальной энергии гамма-квантов испускаемых в цепочках распада природных радионуклидов, может быть использован в качестве репера для стабилизации спектра.
Предлагаемый способ может быть практически осуществлен различным образом. Например, после набора и запоминания спектра, реализующее устройство последовательно перебирает справа налево полученные значения и выявляет точку резкого возрастания спектра. Этой точке будет соответствовать требуемое положение реперной точки. Ее местоположение запоминается. Требуемое положение реперной точки может быть также задано заранее. В дальнейшем постоянно сканируется зона спектра вблизи запомненного значения с целью выявления местоположения точки резкого возрастания спектра, которое является действительным местоположением реперной точки. Если будет выявлено отклонение действительного положения от требуемого, то устройство измеряет это отклонение и вырабатывает сигнал коррекции чувствительности в зависимости от полученной величины и знака отклонения.
Очевидно, что устойчивость стабилизации обеспечивается за счет принципиального отсутствия вблизи реперной точки других похожих на нее резких спадов. Кроме этого, на спектрах детекторов с органическими сцинтилляторами также имеет место резкий спад в области энергий более 2.6 МэВ с последующим пологим «плато», что позволяет использовать предлагаемый способ и для таких сцинтилляторов. Также не нужны дополнительные конструктивные элементы, которые усложняют конструкцию и оказывают поглощающее влияние на исследуемый поток гамма-квантов.
Заявляемый способ реализован в разработанном ЗАО «НТЦ Экофизприбор» опытном образце сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучения БД-7-1. Успешное испытание этого блока подтвердило эффективность предлагаемого способа стабилизации его чувствительности.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.
Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, то есть соответствует критериям изобретения.
Литература
1. Дубовенко А.С. и др. Стабилизация сцинтилляционного датчика, работающего в счетном режиме. ПТЭ, №6, 1974, с.72.
2. Мамиконян С.В. Аппаратура и методы флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа. М., Атомиздат, 1976, с.171-175.
3. Патент РФ №2225017, G01T 1/40, опубл. 27.02.2004. Способ дифференциальной стабилизации спектрометрического тракта сцинтилляционного блока детектирования гамма-излучателя.