Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

ким (более 1012 Ом) сопротивлением между контактами. Если напряжение смещения более 800— 1000 В, его ввод в вакуум­ ную камеру желательно осуществлять через отдельный герме­ тичный разъем.

§ 6.4. СПЕКТРОМЕТРЫ МЯГКОГО

V - И РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Длительное время арсенал средств, используемых для изу­ чения энергетического состава и интенсивности мягкого у- я рентгеновского излучений, включал главным образом сцпнтилляционные и газовые ионизационные детекторы, а также при­ боры, основанные на разложении излучения при отражении от кристаллической плоскости. Несмотря на разнообразие средств измерения излучения в данном энергетическом диапазоне, лишьнемногие из существующих задач могли быть более или менееудовлетворительно решены на базе существовавших измери­ тельных устройств. Основная причина такого положения в том, что при решении большинства выдвигаемых наукой и промыш­ ленностью задач требуется применять спектрометрические при­ боры, одновременно сочетающие большую чувствительность, или светосилу, высокие величины энергетической разрешающей, способности и скорости набора информации с относительно не­ большими размерами и энергопотреблением. Последнее требо­ вание особенно важно при различного рода поисковых и гео­ физических работах, при измерениях на морских судах, косми­ ческих аппаратах и т. д. Во многих случаях отсутствие или не­ достаточное удовлетворение одного из этих требований делает практически невозможным выполнение поставленной задачи. Легко заметить, что существовавшие до последнего временисредства измерения рентгеновского и мягкого у-излучения не удовлетворяли в необходимой степени поставленным требова­ ниям.

Действительно, приборы, включающие сцинтилляционные де­ текторы, имеют высокую чувствительность и быстродействие,, портативны, не требуют больших энергозатрат. В то же времянизкий и многоступенчатый коэффициент преобразования энер­ гии в этих детекторах обусловливает их плохое энергетическое разрешение. Если характеризовать этот параметр, как это ча­ сто делается, возможностью раздельной регистрации Да -линий химических элементов, то сцинтилляциониый спектрометр поз­ воляет это сделать только для элементов, у которых при средних Z порядковые номера отличаются не менее чем на 4—5 единиц.

Энергетическое разрешение устройств с пропорциональными: счетчиками несколько выше и без применения сложной мате­ матической обработки позволяет идентифицировать элементы, отличающиеся по Z не менее чем на 2—3 единицы [12]. Даль­

285i

нейшее значительное улучшение энергетического разрешения этих приборов трудно ожидать, так как оно близко к возмож­ ному теоретическому пределу [13]. Кроме того, ввиду малой плотности среды, с которой происходит взаимодействие регист- -рируемого излучения, эффективность, а соответственно и чув­ ствительность регистрации резко падают с возрастанием энер­ гии излучения. Поэтому газовые пропорциональные детекторы редко используют для регистрации квантов с энергией выше. 20—30 кэВ.

Низкое энергетическое разрешение, характерное для этих типов детекторов, существенно ограничивает аналитические возможности, несмотря на то, что остальные качества, в том числе простота, портативность, низкая стоимость, создают ■благоприятные предпосылки для широкого применения в про­ мышленности.

Приборы различного типа, объединенные под названием дисперсионные спектрометры, отличаются от предыдущих чрез­ вычайно высоким энергетическим разрешением, удовлетворяю­ щим требованиям подавляющего большинства практических задач. Однако светосила дисперсионных спектрометров крайне

рентгеновской трубкой, создающей интенсивный поток первич­ ного возбуждающего излучения, компенсирующий плохую све­ тосилу детектора излучения. Кроме того, стандартный диспер­ сионный рентгеновский спектрометр, или квантометр, сложен в настройке и юстировке, требует мощного высоковольтного источника питания для рентгеновской трубки, имеет значитель­ ные вес и габариты, высокую стоимость.

Появление более или менее портативных приборов такого типа расширяет их возможности только в области рентгенохи­ мического анализа вещества, не решая в принципе задачу соз­ дания светосильного рентгеновского спектрометра с высоким энергетическим разрешением [14, 15].

Большие успехи в области развития и совершенствования качества ППД и особенно разработки ннзкошумящих усилите­ лей, использующих головной каскад на охлаждаемом полевом транзисторе, создали благоприятные условия для создания пер­ вых спектрометров мягкого у- и рентгеновского излучений с ППД [16]. Как было показано выше, это измерительное уст­ ройство сочетает почти все качества, необходимые для прове­ дения надежных и информативных измерений в данном энер­ гетическом диапазоне. Энергетическое разрешение лучших рентгеновских спектрометров с ППД позволяет полностью раз­ делять К-линии соседних элементов с порядковым номером

.286

протекает последние годы настолько стремительно (например,, за последние 5 лет этот параметр был улучшен в 5 раз!), чтонет сомнения, что в ближайшее время и в низкоэнергетической части рентгеновского диапазона измерительные устройства с ППД приблизятся по энергетическому разрешению к своему теоретическому пределу.

Наплучшие современные рентгеновские спектрометры с ППД обладают высокими измерительными характеристиками. Эю позволяет применять их при решении многих научных и при­ кладных задач.

Приведем в качестве иллюстрации обобщенные параметры современных рентгеновских спектрометров с ППД:

элементов периодической системы в любой их комбинации. Ко­ нечно, существуют случаи наложения, например, Ка -линий лег­ ких элементов на L-лпнин бшее тяжелых, но в подобных об­ стоятельствах подчас бывают бессильны и дисперсионные ана­ лизаторы.

Чувствительность (или светосила) спектрометров рентгенов­ ского излучения с ППД из-за несколько меньших размеров в настоящее время ниже, чем чувствительность сцинтилляцнонных, но на несколько порядков выше, чем дисперсионных. Пло­ щадь чувствительной области ППД обычно не превосходит 500 мм2. Существующие возможности ППД в этом направлении еще далеко не исчерпаны.

287

ческпм разрешением. Более или менее стандартная схема про­ ведения измерений показана на рис. 6.8 [20]. Источник распола­ гался между двумя ППД, защита от p-излучения осуществля­ лась при необходимости пластинкой бериллия, определенной толщины. По двум временным каналам с каждого детектора импульсы поступали на время-амплитудиый конвертор (или схему совпадения). Одновременно через амплитудные усилите­ ли сигналы с детекторов, пропорциональные энергии квантов,

Рис. 6.8. Электрическая структурная схема установки, применяемой при работе "ППД в схеме совпадения.

подавались на линейные пропускатели, открываемые импульса­ ми совпадения; выходы пропускателей связывались со входом аналого-цифровых конверторов или многоканальных анализа­ торов. Из-за большого объема информации, получаемой в таких измерениях, ее дальнейшая обработка выполнялась при помо­ щи ЭВМ, непосредственно связанной с аналого-цифровым кон­ вертором. Хорошие временные характеристики ППД позволили без потери эффективности использовать схемы совпадений с разрешением порядка 20 нс. Таким способом, например, были измерены низкоэнергетические переходы и внешние конверсион­ ные каскады продуктов спонтанного распада ядер 252Cf [20, 21]. Аналогичную технику с ППД мягкого у- и рентгеновского из­ лучений использовали при измерении вероятности Я-захвата, Я- и L-флюоресцентных выходов, коэффициентов общей кон­