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

вием ионизирующего излучения. Энергия возбуждения испус­ кается затем в виде квантов света, которые регистрируются фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Последний преобразует световую вспышку в поток электронов и усиливает его, давая на сопротивлении нагрузки импульс напряжения.

Сцинтилляторами служат некоторые неорганические и орга­ нические вещества в газообразной, жидкой и твердой формах. Среди них наиболее широкое применение находят моно­ кристаллы йодистого натрия, активированные таллием Nal(Tl). Режеиспользуются органические монокристаллы (стильбен, антрацен и др.) и пластмассовые сцинтилляторы (терфенил в полистироле), а также жидкие сцинтилляторы (раствор терфенила в ксилоле).

Сцинтилляционные детекторы в той или иной степени чувст­ вительны ко всем видам излучений. Путем подбора сцинтилля­ тора и условий измерения можно получить систему, чувстви­ тельную преимущественно к одному виду излучения. Так, моно­ кристаллы Nal(Tl) реагируют на a-, (3- и у-излучение. Однако два первые из них можно отфильтровать, поместив между де­ тектором и источником подходящий поглотитель.

Г Полупроводниковые детекторы. Они работают на принципе, аналогичном газовым детекторам. В веществе детектора со сравнительно низкой проводимостью создается электрическое поле. Когда заряженная частица проникает в рабочий объем детектора, она затрачивает энергию на образование электронно­ дырочных пар. Под действием электрического поля образую­ щиеся заряды собираются на электродах, давая на нагрузке импульс, амплитуда которого пропорциональна энергии, поте­ рянной в рабочем объеме детектора. Если пробег частицы пол­ ностью укладывается в пределах рабочего объема, то амплитуда импульса пропорциональна полной энергии частицы.

Имеется несколько типов полупроводниковых детекторов, среди которых наибольший интерес представляют барьерные и диффузные. Глубина рабочего слоя барьерных детекторов не превышает 1 мм, поэтому их можно применять для регистрации тяжелых заряженных частиц и мягкого (3-излучения. Рабочий объем диффузных детекторов много больше, поэтому они при­ годны для измерения у- и жесткого |3-излучения.

Диффузные детекторы готовят из кремния или германия с дырочной проводимостью (p-типа), которую компенсируют путем диффузии лития (донор). Область с компенсированной плотностью примесей донорного и акцепторного типов представ­ ляет рабочий объем детектора. Наиболее эффективны к у-излу- чению Ge(Li)-детекторы. Однако их использование и хранение требуют охлаждения до температуры жидкого азота.

Основные характеристики детекторов: общая эффективностьГ мертвое время и энергетическое разрешение. Каждый детектор имеет определенное сочетание этих параметров, которые показы­

39

вают его возможности при регистрации ионизирующего излуче­ ния. Эффективность — это отношение числа импульсов регистра­ ции к числу частиц, попавших в рабочий объем детектора. Мертвое время отражает длительность процессов, происходящих в детекторе при одном акте регистрации. В пределах мертвого времени детектор не способен к нормальной реакции на появле­ ние в рабочем объеме новой частицы. Энергетическое разреше­ ние определяет способность детектора к раздельной регистрации частиц близких энергий (см. § 1 гл. 7). Некоторые параметры детекторов приведены в табл. 1.

Измерительные установки. На выходе детекторов получается распределение импульсов, которое содержит всю полезную ин­ формацию о регистрируемом излучении. Для перевода этой ин­ формации в форму, пригодную для дальнейшей математической обработки, необходимы специальные устройства [44—46]. Наи­ более простое из них — счетная установка, которая служит для подсчета числа импульсов АД поступающих от детектора за время измерения.

В счетном режиме могут использоваться все детекторы, отме­ ченные выше. Однако у многих из них амплитуда импульсаУимп пропорциональна энергии £ Изл, потерянной зарегистриро­ ванной частицей (квантом) в рабочем объеме детектора,, т. е. имеет место зависимость Гпмп= &£изл, где k — коэффициент пропорциональности. Поэтому амплитудное распределение им­ пульсов от таких детекторов содержит в себе информацию об энергетическом спектре регистрируемого излучения. Анализ та­ ких распределений проводят с помощью дискриминаторов и ана­ лизаторов.

31

Интегральный дискриминатор представляет собой электрон­ ную систему, пропускающую на счетное устройство только те импульсы, амплитуда которых превышает порог дискриминации Уд. Это означает, что такой прибор фиксирует частицы с энер­ гией выше определенного значения. Изменяя порог дискрими­ нации, можно устанавливать нужную граничную энергию.

Дифференциальный анализатор позволяет регистрировать только те импульсы, амплитуда которых лежит в заданном интервале АУД, что в энергетических единицах соответствует разности энергий АЕИЗЛ. Если величину ДКд сделать достаточно малой и последовательно увеличивать нижний порог дискрими­

можно извлечь весьма ценную информацию о качественном и количественном составе зарегистрированного излучения.

Наиболее совершенные приборы — многоканальные ампли­ тудные анализаторы. Эти приборы обычно работают на прин­ ципе амплитудно-временного преобразования. Амплитуда посту­ пившего на вход анализатора импульса преобразуется в про­ порциональное ей число стандартных импульсов. Это число соответствует номеру канала анализатора, в котором происхо­

дит регистрация отсчета.

Эффективность регистрации. Из уравнений (2.15) и (2.23)

•вытекает возможность количественных определений по интенсив­ ности мгновенного излучения или активности радиоизотопа. Однако из-за действия ряда факторов только некоторая доля излучения может дать полезный сигнал на выходе измеритель­ ного устройства. Тогда при отсутствии помех будет справед­

ситуацию и обусловливается несколькими факторами. Прежде всего на эффективность регистрации сильное влияние оказывают геометрические параметры системы детектор—источник: раз­ меры и форма детектора и источника, расстояние между ними, особенности их взаимного расположения. Большую роль могут играть и эффекты, связанные с поглощением и рассеянием иони­ зирующего излучения в веществе источника, упаковке детектора и других вспомогательных конструкционных материалах (покры­ тие детектора, подложка источника, поглотители и т. д.). Кроме того, надо знать параметры схемы распада радиоизотопа или возбужденного уровня, т. е. выход излучения, коэффициент кон­ версии и т. п. В заключение важно подчеркнуть большое значе­ ние эффективности детектора, которая обычно зависит от энер­

,32

гии излучения. В таких случаях требуется измерение спектраль­ ной чувствительности детектора.

Учет всех перечисленных факторов или уменьшение их влия­ ния до пренебрежимого уровня часто представляет сложную

к проведению измерений в фиксированных условиях, поддержи­ ваемых постоянными во всей серии проводимых определений. Тогда количественные оценки можно выполнять абсолютным или относительным методом. В первом из них калибруют прибор по эффективности с помощью препаратов, абсолютная актив­ ность которых известна. Во втором последовательно измеряют активности пробы и эталона.

Статистическая погрешность при измерениях радиоактив­ ности. В радиометрических методах сигнал, несущий полезную информацию, обладает следующими свойствами:

1)радиоактивный распад ядер, а следовательно, и регист­ рируемое излучение (сигнал) относятся к случайным явлениям, подчиняющимся статистическим закономерностям;

2)сигнал имеет дискретный характер и выражается в числе

радиоактивного распада.

Перечисленные свойства рассматриваемого сигнала приводят к особой форме распределения результатов измерения, которое только в определенных условиях переходит в нормальное [47]. Последнее, как известно, наиболее распространено в других (нерадиометрических) методах анализа [48, 49].

Пусть облучение дало Аво радиоактивных ядер с постоян­ ной распада X. Тогда вероятность распада определенного числа ядер Nd за время измерения t113м задается законом биномиаль­ ного распределения

(3.2)

(3.3)

Среднее квадратическое отклонение числа распадов от среднего рассчитывается из выражения

(3.4)

Анализ показывает, что биномиальное распределение, если его применять для статистической обработки числа отсчетов регист­ рирующего устройства, переходит в распределение Пуассона