Измерение низкоэнергетических y–квантов. Спектрометрия КХ–y–излучения
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
?роцентное содержание изотопов в пробе, т.е. это имеет прямое отношение к нашей задаче. Чем точнее будет определено содержание элементов Zn, Al и Sb тем точнее будет поставлен диагноз.
На практике зависимость R(E) определяют экспериментально, с помощью стандартных источников ? квантов с известной энергией. Зависимость разрешения нашего спектрометра от энергии будет представлена на рисунке ниже.
Спектрометр имеет разное разрешение в зависимости от изотопа и энергии гамма квантов. Чтобы классифицировать спектрометры по разрешающей способности берут эталонные источники, которые испускают гамма кванты определённых энергий. Полупроводниковый спектрометр принято характеризовать разрешением для источника 57Co, который испускает ? кванты с энергией 14 кэВ и 122 кэВ.
Существует ещё одна очень важная характеристика спектрометра. Это фотосветосила спектрометра. Для пояснения рассмотрим систему источник излучения детектор. Для простоты допустим, что содержащийся в источнике изотоп испускает моноэнергетические кванты с энергией . Количество ? квантов, рождающихся в объеме источника в единицу времени равно
, (8)
где вероятность выхода квантов с энергией при распаде ядра (выход ? квантов). Если источник излучения имеет значительные размеры, то часть квантов, рожденных в объеме источника, может поглотиться в веществе самого источника. Это явление называют самопоглощением ядерных частиц (в данном случае ? квантов). Число ? квантов с энергией , вылетающих в единицу времени с поверхности источника (мощность источника) можно представить в виде
, (9)
где коэффициент самопоглощения ? квантов в материале источника. Очевидно, зависит от энергии ? квантов, эффективного атомного номера Z и плотности вещества (т.н. материальной матрицы) источника, степени неравномерности распределения радиоактивного изотопа в матрице, геометрической формы и размеров самого источника.
Рис.3
Рождающиеся в объеме источника ? кванты с равной вероятностью могут вылетать из него во всех направлениях. В рабочий объем детектора попадает лишь часть квантов, имеющих определенное направление вылета. Например, в объем детектора попадут лишь те кванты, рожденные в точках X и Y источника, направление вылета которых укладывается в телесные углы x и y, соответственно. Таким образом, в рабочий объем детектора в единицу времени приходит количество ? квантов , равное
, (10)
где G называется геометрическим фактором системы источник детектор. G это относительный телесный угол, интегрированный по объему источника, в котором ? кванты попадают из источника в рабочий объем детектора. Другими словами, G это вероятность того, что ? квант, вышедший на поверхность источника, попадет в детектор. Геометрический фактор зависит от формы и размеров источника и детектора и их взаимного расположения.
Ввиду большой проникающей способности гамма-излучения, с веществом детектора взаимодействует лишь некоторая часть ? квантов, попадающих в его рабочий объем. Способность спектрометра регистрировать ? кванты, попавшие в рабочий объем детектора, характеризуется эффективностью спектрометра.
Полной эффективностью сцинтилляционного спектрометра называется отношение числа ? квантов, зарегистрированных спектрометром, к числу ? квантов, прошедших через кристалл полупроводника детектора. Фотоэффективностью называется отношение числа импульсов в пике полного поглощения S1 к общему числу ? квантов, прошедших через кристалл. Другими словами, полная эффективность детектора это вероятность того, что гамма-квант, прошедший через кристалл детектора, зарегистрируется спектрометром, а фотоэффективность это вероятность того, что гамма-квант, попавший в детектор, зарегистрируется в пике полного поглощения.
Таким образом, полное число ? квантов n, регистрируемых спектрометром в единицу времени, можно представить в виде
, (11)
а число ? квантов пф, дающих в единицу времени вклад в пик полного поглощения
. (12)
Величины определяются многими факторами: энергией излучения, плотностью, размерами и средним атомным номером полупроводника, характеристиками регистрирующей аппаратуры.
Эти величины зависят также от геометрии измерений. Например, длина пути в сцинтилляторе для ? квантов, вылетевшие из точки X источника (рис.3) в направлениях 1 и 2, различна, следовательно, будет различна и вероятность регистрации этих квантов детектором.
Перепишем выражения (11) и (12) в следующем виде:
(13)
, (14)
где величины
(15)
и (16)
называются, соответственно, полной светосилой и фотосветосилой спектрометра по отношению к данному источнику гамма-излучения. Полная светосила спектрометра показывает вероятность того, что гамма-квант, вышедший на поверхность источника, зарегистрируется спектрометром. Фотосветосила вероятность того, что гамма-квант, вышедший на поверхность источника, зарегистрируется в пике полного поглощения. Величины и зависят от энергии гамма-излучения, формы, размеров и взаимного расположения источника и детектора, их материала и плотности и т.д.
Наиболее важное значение для нас имеет фотосветосила спектрометра, поскольку она устанавливает связь между количеством радиоактивного изотопа в источнике и площадью пика полного поглоще?/p>