 |
|
Пик двойного вылета и одиночного вылета (ПДВ и ПОВ).
 |
При Eγ > 2mc2 + EA ( гдеEA–энергия ядра отдачи), в детекторе может образоваться электрон-позитронная пара с кинетической энергией порядка Eγ – 2mc2. Если пара образовалась не у поверхности детектора, то ее кинетическая энергия полностью поглощается, после чего происходит аннигиляций позитрона сообразованием двух гамма-квантов с энергией mc2 каждый. Далее возможны следующие ситуации:
1) оба кванта вылетают из детектора. В спектре образуется пик, соответствующий поглощенной энергии порядка Eγ - 2mc2, - так называемый пик двойного вылета (ПДВ);
2) один квант вылетает, другой теряет всю энергию в детекторе. Образуется пик соответствующий поглощенной энергии Eγ - mc2– пик одиночного поглощения (ПОВ).
 |
| |
Гамма-спектрометр
Гамма-спектрометр, в котором используется сцинтилляционный детектор состоит из кристалла и ФЭУ, на который подается высокое напряжение, предусилителя, смонтированного на последнем диноде ФЭУ, линейного усилителя и анализатора импульсов. Сигнал с линейного усилителя попадает на амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), установленный в компьютере, в котором сигналы записываются в виде амплитудных спектров. За набором спектра можно следить на мониторе компьютера. Форму импульсов с усилителя можно наблюдать на осциллографе.
Блок-схема гамма-спектрометра с полупроводниковым детектором отличается от сцинтилляционного только детектором. На рис. 2 приведена схема включения германиевого ППД.
Исследуемый диапазон амплитуд разбивается на n (например, 1024 или 4096) равных участков (каналов), каждому из которых присваивается порядковый номер. Амплитуда сигналов, поступающих на вход АЦП, измеряется, и в каждый канал попадают соответствующие ему импульсы с амплитудой v1±Dv1, v2±Dv2,… vn±Dvn, которая зависит от поглощенной кристаллом энергии E1±DЕ1, E2±DЕ2,… En±DЕn. Число импульсов, аккумулированных в каждом канале за время измерения t, подсчитывается и в результате получается аппаратурный спектр. Он представляет собой дискретное распределение, по оси абсцисс которого отложены номера каналов (амплитуды сигналов, энергия Еγ), а по оси ординат – число накопленных в каналах импульсов (рис. 3.1). В дальнейшем эта гистограмма аппроксимируется плавной кривой с использованием той или иной математической модели, например, функции Гаусса.
Калибровка спектрометра по энергии
Для того чтобы соотнести номера каналов значениям энергии γ-квантов, проводят калибровку спектрометра по энергии.С этой целью набирают спектры нескольких стандартных источников и в каждом спектре определяют номера каналов, отвечающие центрам пиков полного поглощения. Этим каналам присваивают соответствующие табличные значения Еγ (или ЕХ) и проводят линейную аппроксимацию зависимости энергии от номера канала спектрометра n:
Eg = a +b×n
Важной характеристикой детекторов, применяемых для спектрометрии излучений, является ихотносительное энергетическое (амплитудное) разрешение -отношение ширины фотопика на его полувысоте (W) к энергии кванта Еγ, соответствующей этому пику. Чем меньше значение W/Еγ, тем лучше разрешены линии аппаратурного спектра (см. рис. 3.1).
Ширина пика W отражает флуктуацию амплитуд сигналов на выходе детектора, обусловленную, главным образом, статистическим разбросом числа носителей заряда (ne). Чем больше образуется носителей заряда, тем меньше (по закону Пуассона) относительное среднеквадратичное отклонение δ=1/(ne)½ и лучше амплитудное разрешение. Статистические колебания амплитуд выходного импульса сцинтилляционного детектора обусловлены флуктуациями весьма небольшого числа электронов, выбитых с фотокатода и приходящих на первый динод ФЭУ, а полупроводникового – большого числа пар электрон-вакансия. Например, при поглощении в кристалле NaI энергии Еγ=600 кэВ на первый динод попадает менее 200 электронов, что дает ~7% разброс в величине выходного импульса. При поглощении γ-кванта такой же энергии в кристалле германия образуется ~ 20000 носителей заряда, что в конечном счете предопределяет значительно лучшее относительное энергетическое разрешение полупроводниковых детекторов (W/Еγ=0,003¸0,009 в диапазоне 1000¸100 кэВ) по сравнению со сцинтилляционными (0,06¸0,1).