Файл: Кузнецов, Р. А. Активационный анализ.pdf

гетический спектр совпадающего излучения, к которому можно применить обычные методы обработки.

Спектрометры суммарных совпадений. Если импульсы кас­ кадного излучения от обоих детекторов после согласования по амплитуде сложить, то получается импульс суммарной амплиту­ ды, величина которой равносильна регистрации излучения с сум­ марной энергией каскадных переходов. Суммарный импульс, пройдя через одноканальный дифференциальный анализатор,, настроенный па область суммарной энергии каскадов, по­

импульсы от одного из детекторов. В получающемся спектре ос­ таются только совпадающие пики полного поглощения, включая и пик суммирования, но практически без непрерывного ампли­ тудного распределения. Однако ограниченность таких приборов состоит в том, что они настроены на регистрацию излучения од­ ного определенного изотопа, тогда как в другом режиме с тем же оборудованием можно получить более обширную информа­ цию. К тому же спектрометр суммарных совпадений не свобо­ ден от помех со стороны каскадных излучателей с достаточно высокой энергией каскадных переходов [244].

Спектрометр антисовпадений. Ранее было отмечено, что серь­ езные затруднения при обработке спектров, полученных с одним детектором, часто вызывает непрерывное амплитудное распре­ деление. Поэтому конструкции спектрометров, позволяющие уменьшить этот эффект при сохранении энергетического разре­ шения и эффективности регистрации, представляют большой ин­ терес [246]. Наибольшее распространение получили системы с основным детектором, установленным внутри вспомогательного.

Последний регистрирует у-кванты, которые были рассеяны основным детектором и, следовательно, потеряли в нем только часть своей энергии. Импульсы от обоих детекторов поступают в схему антисовпадений, которая пропускает на вход многока­ нального анализатора импульсы от основного детектора только в отсутствие запрещающего импульса от вспомогательного (за­ щитного) детектора. В результате такого отбора исключается значительная часть непрерывного амплитудного распределения, а также уменьшается фон спектрометра.

Одна из возможных конструкций спектрометра антисовпаде­ ний приведена на рис. 56 [247]. Основной Ge (Li)-детектор по­ мещают внутрь пластмассового сцинтиллятора размером 62X58 см. Источник вводят внутрь системы и располагают прямо перед детектором. В режиме антисовпадений непрерывное амплитудное распределение 137Cs уменьшается в 10 раз при не­ значительном ослаблении пика полной энергии (менее 2%). В данной конструкции в режиме антисовпадений интенсивность естественного фона спектрометра также снижена в 10 раз.

206

Кроме того, из принципа работы спектрометра антисовпаде­ ний следует, что излучение радиоизотопов с каскадными перехо­ дами тоже будет подавляться. Например, пики полного поглоще­ ния 60 Со (£^ = 1,17 и 1,33 Мэе) уменьшаются в спектре антисов­ падений примерно в 6,5 раза, а их непрерывное распределение падает в 55 и 45 раз. Чтобы избежать потери информации, в па­

При этом для каскадного излучателя с низкой энергией у- квантов выигрыш в избирательности составляет 800. Однако имеет место значительное уменьшение эффективности регистра­ ции, особенно для жестких у-квантов (в 100 раз для 1 Мэе). Поэтому эта система дает небольшое увеличение чувствительно­ сти инструментального анализа для узкого круга радиоизото­ пов, которые образуются при активационном анализе на тепло­ вых нейтронах.

207

Аналитические возможности метода совпадений

Распространенность каскадных у-излучателей и универсаль­ ность метода у — у-совпадений. Наилучшие результаты метод у — у-совпадений дает при определении каскадных у-излучате- лей в присутствии интенсивного у-излучения, которое не дает истинных совпадений. Следовательно, повышение избиратель­ ности достигается ценой некоторой потери универсальности ана­ лиза. Более того, стремясь избежать помех от других каскад­ ных излучателей, прибегают к помощи различных дополнитель­ ных средств, которые еще больше сокращают число одновремен­ но определяемых компонентов. Имеющийся опыт показывает, что, как правило, установка совпадений специально настраи­ вается на определение только одного компонента пробы, т. е. метод совпадений рассматривается как вспомогательное сред­ ство при решении частных аналитических задач.

Однако соответствующий анализ схем распада радиоизотопов, получающихся при различных способах активации, показывает, что каскадные у-излучатели весьма распространены. Наиболее детальный анализ возможностей метода совпадений выполнен применительно к облучению тепловыми нейтронами [248, 249]. Оказывается, что в этом случае образуется 88 каскадных у-излу- чателей с периодом полураспада более 3 ч, которые являются продуктами активации 50 элементов. Еще больше каскадных у-излучателей, если включить в их число позитронно-активные радиоизотопы, получается при облучении быстрыми нейтронами, жестким тормозным излучением и заряженными частицами.

Из этих данных вытекает, что сфера приложения метода сов­ падений достаточно широка, но для извлечения наиболее пол­ ной информации спектрометр совпадений должен работать в ре­ жиме линейного пропускания без введения дополнительной дискриминации в управляющем канале. Обработку полученных спектров совпадений можно проводить обычными методами. Та­ кой подход может оказаться особенно полезен в случае значи­ тельных помех от несовпадающего излучения (тормозное излу­ чение, радиоизотопы без каскадных переходов).

Избирательность. Как отмечено выше, каскадные у-излуча­ тели распространены достаточно широко. Очень часто в каска­ де испускается несколько у-квантов. Поэтому раздельное опре­ деление каскадных излучателей в пробах сложного состава тре­ бует применения детекторов с высоким разрешением или прив­ лечения дополнительных методов, способствующих повышению избирательности анализа (чаще всего прибегают к анализу кри­ вых распада и иногда к регистрации задержанных совпадений).

Избирательность метода совпадений по отношению к источ­ никам несовпадающего излучения определяется уровнем интен­ сивности этого излучения и разрешающим временем спектромет­ ра совпадений. Характеризуя избирательность совпадений от­

208

ношением скорости счета помехи к скорости счета сигнала, бу­ дем иметь

Предполагая наиболее простой случай — измерение одного кас­ кадного излучателя в присутствии радиоизотопов, не имеющих каскадных переходов, из уравнений (8. 3) и (8. 4) будем иметь для интегральных измерений (елк= еА5 И eBit= eAs)

2тса 1

Итак, с ростом интенсивности мешающего излучения избира­ тельность определения падает по квадратичному закону. Это обстоятельство диктует необходимостьпредельного повышения временногоразрешения спектрометра совпадений и ограничи­ вает его применимость к пробам со сравнительно небольшой суммарной активностью.

Интересно сравнить, каков же получается выигрыш в из­ бирательности метода совпадений относительно простого инте­ грального режима измерения. Из аналогичных соображений из­ бирательность счетного режима с детектором А равна

Тогда выигрыш в избирательности с методом совпадений сос­ тавляет

Для получения необходимой избирательности относительно каскадных излучателей приходится вводить дополнительную дискриминацию по энергии излучения. Для этого случая изби­ рательность метода для искомого компонента х следует из со­ отношения

АцхъАх^Вх

где Акх — активность искомого каскадного излучателя; Лкп — активность интерферирующего каскадного излучателя; е — до­ ля излучения соответствующего источника, которое попадает в выбранные энергетические интервалы спектрометра совпадений.

Как следует из уравнения (8.9), интерферирующий каскад­ ный радиоизотоп с более жестким у-излучением может давать помехи через непрерывное амплитудное распределение, прохо­ дящее через выбранные энергетические интервалы спектрометра. Поэтому достижение максимальной избирательности определе­ ния требует правильного выбора энергии регистрируемого кас­

20»