Гамма-спектрометр

ОП И Е Союз Советских Социалистических РеспубликТ 1/36 сударственный комитетсвета Министров СССРо делам изобретенийн открытий 53) УДК 539.1. . 074.2 3 (088,Дата опубликования описания 11.0838) Заявите Научно-исследовательский институт ядерной физики электроники и автоматики 4) ГАММА-СПЕКТРОМЕТР чувствительног риала детекто нал снимается тора. Небольш тора обусловл тивности для вероятности на ного поглощен одного гаммаЦель 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 сумматора и нормально закрытые линейные 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 зашитой антисовпадениями, содержашие центральный (основной) детектор для первичного излучения окруженный зацитным (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 зашитой антисовпадениями, несмотря на большой общий объем о к гамма-излучению матеров, спектрометрический сигтолько с центрального детекой объем центрального детекивает уменьшение фотоэффекжестких гамма-квантов, т, е, блюдать импульс в пике полия при попадании в детектор кванта.ворота, причем входы первого сумматора подкгпочены к частям заштного Детектора, а выход - через нормально закрьтые линейные ворота к первому входу второго сумматора, к второму вхолу последнего подключен центральный детектор, а выход Второго сумматора подключен к выходным Нормально открытым линейным воротам, прп этом в блоке смещцвания к управлк)ему входу линейных ворот подключен выхол схемы совпадения.При таком вклк)чении введенные олоки в совокупности обеспечивают регистрацию про. суммированного сигнала от событий образования пар в центральном детекторе с одновременным поглощением одного или обоих аннигиляционных квантов в частях зяццтного детектора.На фиг. 1 изображена блок-схема реллагаемого гамча-сцектрометра; на фцг. 2 - спектр амплитуд импульсов о,иой части защитного детектора: ця фиг. 3спектр амплитуд импульсов гамма-спектрометря; на фиг. 4 - кривые фотоэффектцвцостц В зависимости от энергии гамма-квантов.Гамма-спектрох)етр содержит центральный детектор 1, защитный детектор 2, схему 3 совпадения. выходные линейные воротя 4, блок 5 выделения аннигиляцпонных цмпу.тьсов, схе 1 6 процускяния, О;ок 7 мс- НВ Я 5 И 51 .Зящитныи дете 1 тор 2 разде,1 ен и Лве независимые части 8 и 9 цо плоскосг, проходящей через ось детекторов. )то обеспечивает выделение событий с вылетоЗк одного, так и Двух анцигплящонпых кьалов, При этом В спетре аИ 5 т 1 пхцул,сов Одной части (8 нли 9), полученном црц аленин жестких гамма-квантов я цеп рялИый детектор, будет один пик япцпгпг 5 цио:цх квантов (см, фиг. 2).Блок 5 выделения яннцгиляциоп.ьх ц- пульсоВ солер)ит лва;п 1)11)рНцял. ьь лискримицатораи 1, Вхолы отс)рь,:, .,- ключены соотВетствецно к ОО м час8 и 9 защитного Детектора 2, я Выходы гбье. ,ин.Иы и поданы ня упря Бг 10 цпи пхо, с"х(- мы 6 пропускащя. Порог и иИрина па каждого из дискриминаторов 1 О и 11 ,с ра. иваются так, чтосбы проускят;ми), ьсы. соответствующие по амплитуде пику ьцгп - ляционного кванга.Схема 6 цропусканця вкгпочеця хе)клу выходом схемы 3 совцален 1,") иппавлк)- щим Входом Выходны: липейны; БО;)0) 4 и В норхальнОх состоянии Откыт.Блок 7 смещивания солержит лвя,Иейных сумматора 12 и 13 и норхагь 0 зя;)Б- тые линейные ворота 14. Входы сухма-,ор 12 подключены к частям.8 и 9 зацит ого детектора 2, а выходные сигналы илу через линейные ворота4 ня сумматор 13. К иорому входу последнего подключен центральный детектор 1, а выход сумматора 13 пола на выходные линейные ворота 4. Выход линейных ворот 4 является Выходом гям;а :пектрометра, кггорый полклочают к анализатору амплитуд 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 зацитцый детектор для подавления вторичастип, рассеянных под малыми углами, 10 который может быть включен на антисовпаД(ИЯ.Гамма-спектрометр работает следующимобразом.В случае полного поглощения энергии первцчцого гамма-кванта в центральном детекторе 1 импульс последнего идет через линейный сумматор 13 без изменения на нормально окрыть( выходные, линейные вороГа 4 и дслее ня Выход Гамма-сгектрометра.В случае рассеяния гамма-кванта в центральном детекторе 1 и регистрации комптоцовски рассеянного вторичного кванта в зацитно детекторе 2 импульс центрального детектора 1, соответствуюпий неполной потере энергии первичцого кванта, проходит так.же через сумматор3 до выходных линей ных 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 и рогускация.В слу ;е образования электрон-позитронных цяр Б СнтральнО) детет 01 те 1 От апнц.ггци позцт)зона разлетаются в п(зотВО- положные стороны лва гамма-кванта с энер- ИСЙ ИО 051 элекгроня. " сли Опи ООЗ пОГло- зБ тяте Б ен) ральпох детекторе, то спектромсгр работает как в первом случае. Если ),ин плп Обя япн 1 Иляционны; квснтя Выл 1 и,) цч ря,ьпОГО детектора 1 и 0 1- носЬ 0 цог,ц)тится хотя бы один из них в чс 5 х 8 ц,ц 9 защитного детектора 2, то оо ется Б юцие импульсы проходят через .скрихци ор 1 цлц 11. На выхоле блока 5 я,ЕЛЕПЯ ЯЦНПГИЛЦПОННЫХ ПМПЛЬСОВ ПОБ ся сигнал, б.Окрюцй схему 6 про- усЗни 5.,1 то обесцсчивает открытое состоя- ,1; ц( Бы хо;1 пы. .инсйгых ВО)От 4, хот 5 няБыхо.е схсхы 3 совпядени 5 Н 05 В 1, 1 5 сиГцялП РЯБЛ(И 5.Выход 0 сиГнял схсмъ 3 сОВГаления Отрвист то,ико лигейные Ворота 14 блока 7 с(ИБаИ 5. В этом блоке импульсы чзстеи 8 и ) защитного детектора 2 сухируОтся в сумм а тор 12. проходят через открыв ши се я гНнсипье Воротя 14, суммир 10 тс 51 В съмхято)е 3 с 5 ну, со центрального Летекто)я 1 и далее чспз ВыхОдные,и 1 ейпыс БО- рота 4 плут ца выход гачмя-сцектрометря.Таким образом, Б последнем случае обесиивается регистраця суммарного сигнала .Ооь Гий 005)зовя ни я ар В центральном .сс торс 1 )лновременным цоглпцецием ол- НО О ПЛ ОООН; Я НицЦЛ 51 ЦИ)ННЫХ КВ;ИТОН В 10 зПтпои .сСкор 2. В цзвгпь: сп.ктрометрах с за 1 цитой антисОВГадеп 151 хи такие события исключались из регистрации.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 О 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 (х(аТ 1) диаметром 4,5 см, длиной 1 О см; защитным детектором 2 со сцинтиллятором )х)а)(Т 1) 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 за 1 цитным детектором 2, График б на фиг, 3 соответствует25 режиму спектрометра с зашитной 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 З 0 5 - 10% 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 ком птоновского распределения 15 такое же, а фотопик 17 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 квантов. Здесь кривая 18 - фотоэффективность спектрометра антисовпадений, кривая 19 -- то же, для предлагаемого спектрометра. Для жестких гамма-квантов фотоэффективность предлагаемого гамма-спектрометра50 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 сравнимьщ 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.Ргр,5 цла изооретенпчГа и ма-с 11 ектрометр, содержа 1;йентральный и окружавший его з 1 ц 1 тн 11 детекторы гамма-злучсня со сравнимыми энергетическими разрешениями, схему совпадения и выходные линейныс ворста, оппчаюГГИГйся тем, что, с целью увегичения фотоэффективности дл 51 жестких гамма-квантов, в него введены блок выделения анннгиляционных импульсов. нормально Открытая схема пропускания и Олок смеИиванпя, а засцитный детектор разделен на две независимые части, причем блок выделения аннигиляционных импульсов содерж 1 т два дифференциальных дискриминатора, входы которых подключены к указанным частям защитного детектора, а выходы объединены и подключены к управляющему входу схемы пропуска ния, 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 этгм 1 блоке сме- . шивания к управляющему входу л, ейных ворот подключен выход схемы совпа. ения.,б 6 7Ванаад, ЯзУиг Ф гав С 1)ставитсль И.Тскрсд О. Л)1 оваяТир)1)к 702венного ко 1 иитста Сам изобретен и 1 иква, Ж.35, Раув 1 с1 Г)гсв Г, Г. УК ГОРГЛицисв Хор 11 од овста Ми 1 открытии ая иаб.,д ул. Пр