Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

му, обладающую эффективностью однодетекторного спектромет­ ра и позволяющую уменьшить долю комптоновского распреде­ ления в аппаратурном спектре.

Качество аппаратурного спектра антисовпадеиий с германие­ вым ППД принято характеризовать величиной отношения вы­ соты пика полного поглощения к высоте непрерывного компто­ новского распределения (как правило, у высокоэнергетического края этого распределения Е к, где его высота максимального значения). Улучшение указанного параметра — одна из основ­ ных задач при проектировании и технической реализации раз­ личного типа многодетекторных спектрометров. К основным факторам, влияющим на величину отношения высоты пика пол­ ного поглощения к высоте непрерывного комптоновского распре­ деления в спектрометрах с защитой на антисовпаденнях, можно отнести следующие [147]:

1.Величины объемов чувствительной области ППД и защит­ ного сцинтиллятора, определяющие полную эффективность ре­ гистрации у-квантов.

2.Размеры сквозного отверстия или колодца в защитном сцинтилляторе, задающие телесный угол, в пределах которого регистрируется рассеянное германиевым детектором излучение.

5.Поглощение рассеянных у-квантов материалом, находя­ щимся между ППД и защитным сцинтиллятором.

6.Величина нечувствительного объема ППД, взаимодейст­ вие у-квантов в котором дает вклад в непрерывное комптоновское распределение.

7.Радиоактивность окружающих материалов, повышающая фон в ППД и в защитном сцинтилляторе.

8. Энергетическое разрешение тракта гамма-спектрометра

сППД.

9.Величина загрузки на входе электронных устройств.

По конструктивному исполнению все существующие спектро­ метры антисовпадений с ППД можно условно подразделить на три основные группы [7, 147]. Схематически они изображены на рис. 5.25. В спектрометрах первого типа (рис. 5.25, а) в качестве анализирующего детектора используют планарный и коаксиаль­ ный германиевый детекторы.' Защитный сцинтиллятор выполнен в виде цилиндрического блока с колодцем, в который помещают криостат с ППД. Исследуемый радиоактивный образец распо­ лагается внутри колодца вплотную к торцу криостата. У постро­ енных по такому принципу спектрометров, обладающих доста­ точно высокой эффективностью, есть определенные недостатки: источник размещен внутри колодца защитного сцинтиллятора, это накладывает ограничения на величину активности исследуе­ мого образца. Активность образца будет определяться допусти­

239

мой загрузкой в первую очередь в канале защитного сцинтил­ лятора. Если при этом используется детектор с малым объемом чувствительной области, то полная эффективность регистрации спектрометра будет низкая. Другой недостаток подобных спек­ трометров— заметное уменьшение эффективности из-за одно­ временной регистрации во времени совпадений каскадных

Рис. 5.25. Разновидности спектрометров с защит­ ным сцинтиллятором на антнсовпаденпях:

а — источник внутри защитного сцинтиллятора; б — ис­ точник вне защитного сцинтиллятора; в — источник внутри колодца анализирующего ППД; I — ППД; 2 — защитным сцинтиллятор; 3 — фотоумножители; 4 — свинцовыЛ коллиматор; 5 — v -нсточник.

у-квантов анализирующим детектором и защитным сцинтилля­ тором.

От этих недостатков свободен спектрометр антисовпадений, изображенный на рис. 5.25, б. При такой конструкции радиоак­ тивный образец располагают вне защитного сцинтиллятора. Че­ рез узкое отверстие в свинцовой защите коллимированный пучок у-квантов падает на анализирующий детектор. Свинцовая защи­ та, расположенная между источником и защитным сцинтилля­ тором, одновременно выполняет функции коллиматора и предо­

240

храняет защитный сцинтиллятор от облучения прямым пучком у-квантов. В этой системе полностью устранены недостатки, при­ сущие спектрометрам первого типа, однако она характеризуется более низкой эффективностью и требует использования источ­ ников большой активности.

Чувствительность спектрометра с защитой на антисовпаде­ ниях можно существенно повысить и значительно снизить ниж­ ний порог энергетического диапазона, использовав в анализи­ рующем канале полупроводниковый детектор с колодцем или со сквозным отверстием (рис. 5.25, в). Детектор с колодцем, внутри которого располагается образец, обеспечивает почти ^-геомет­ рию измерения и одновременно уменьшает загрузку на выходе канала с защитным сцинтиллятором, обусловленную поглоще­ нием в нем первичных у-квантов источника. Главное преиму­ щество спектрометров, имеющих подобное устройство, должно состоять в том, что за пределы анализирующего детектора с ко­ лодцем из-за высокого фотопоглощения почти не будут выхо­ дить у-кванты с энергией ниже — 150 кэВ. Следовательно, при пороге спектрометра в 30—50 кэВ нижний порог регистрации защитного сцинтиллятора будет составлять уже около 200 кэВ, что особенно важно при использовании в качестве защитного сцинтиллятора пластмассы или сцинтиллирующей жидкости. До настоящего времени в периодической литературе не встреча­ лись работы с описанием спектрометров антисовпадений, в ана­ лизирующем канале которых использовались бы Ge(Li) -детек­ торы с колодцем или со сквозным отверстием. Скорее всего это связано с технологическими трудностями изготовления подоб­ ных детекторов. Однако можно надеяться, что они найдут ши­ рокое применение при исследовании активности низкого уровня.

Искажения спектра, обусловленные рассеянием у-квантов в нечувствительном объеме ППД, приводят к увеличению комптоновского распределения. Подобные искажения уменьшают, сво­ дя к минимуму нечувствительный объем ППД или увеличивая коэффициент использования материала и объема ППД в целом,, и этот путь, пожалуй, единственный.

Радиоактивность окружающих материалов повышает фон ППД и защитного сцинтиллятора и заметно искажает спектр в основном при исследовании низкоактивных образцов в спектро­ метрах первого и третьего типов (см. рис. 5.25, а и в). Фоновое излучение в спектрометрах второго типа (см. рис. 5.25,6) на форму спектра влияет незначительно, так как в последнем слу­ чае в измерениях используют радиоактивные образцы, актив­ ность которых значительно выше уровня фона. Фон анализирую­ щего детектора и защитного сцинтиллятора, обусловленный радиоактивностью окружающей среды, уменьшают в основном, окружая их свинцовой защитой, а иногда защитой из железа и ртути (или комбинируя их). Однако спектрометры с защитой на антисовпадениях всех трех рассмотренных типов сами по

241

себе характеризуются очень важным свойством. Использование в них защитного сцинтиллятора не только способствует подав­ лению непрерывного распределения, обусловленного эффектом Комптона и рождением пар, но также в 2—5 раз снижает счет, обусловленный внешним у-фоном и космическим излучением. При этом защитный сцинтиллятор служит экраном, ослабляю­

щим прямой поток фоновых из­ лучений, и позволяет дополни­ тельно понижать фон внешних излучений в результате совпаде­ ний импульсов в Ge(Li) -детекто­ ре и защитном сцинтилляторе

[7].

рах непрерывного комптоновского распределения.

Более совершенная конструкция спектрометра с защитой на антисовпадениях описана в работе [162] и представлена на рис. 5.26.

В данном спектрометре в качестве защитного сцинтиллятора использовали пластмассовый сцинтиллятор. Это один из первых спектрометров, согласно литературным данным, в котором пла­ стмассовый сцинтиллятор использовали совместно с Ge(Li)- детектором в режиме антисовпадений.

Высокая конверсионная эффективность таких пластмассовых сцинтилляторов позволяет получить энергетическое разрешение примерно 30% по у-линии 1,12 МэВ изотопа 65Zn для блоков размером 0 6 5 0 x 750 мм [163].

242

Защитный пластмассовый сцинтиллятор в спектрометре, по­ строенном авторами работы [162], представлял собой цилиндри­ ческий блок и имел размеры 0 6 6 0 x 610 мм.

Несмотря на относительно невысокие измерительные харак­ теристики спектрометра, авторам работы удалось на использо­ ванном спектрометре с защитой на антисовпадениях уменьшить непрерывное распределение в области комптоновского края в 11,5 раза для у-квантов с энергией 0,662 МэВ. Что касается об­ ласти спектра ниже обратного рассеяния, то для у-квантов той же энергии получено уменьшение непрерывного распределения в 6,3 раза.

Так как рассматриваемый спектрометр с защитой на анти­

котором представлены аппаратурные у-спектры смеси изотопов 134Cs и 137Cs, полученные в однодетекторном режиме (1) и в ре­ жиме спектрометра антисовпадений (2). Приведенные спектры для наглядности отиормированы по пику полного поглощения 0,662 МэВ изотопа 137Cs. Из-за эффекта каскадности в спектре

243