Разработка цифрового метода совпадений для прецизионных измерений активности радионуклидов

• Автор: Чернышев, Вячеслав Иванович
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Менделеево
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание:
Введение

Глава 1. Цифровые методы совпадений в метрологии радионуклидов

1.1 Особенности применения метода совпадений для измерения активности радионуклидов '

1.2. Метод компьютерной дискриминации

1.3 Метод смешивания импульсов

1.4 Цифровые методы совпадений

1.5 Применения цифрового метода совпадений

1.6 Выводы
Глава II. Аппаратно-программный комплекс для реализации цифровых совпадений и анализ его метрологических параметров

2.1 Двухвходовый измерительный модуль и программное обеспечение для его работы

2.2 Обработка амплитудно-временной информации
2.2.1. Процедура статистического размытия
2.2.2. Амплитудный дискриминатор
2.2.3. Амплитудно-временная коррекция
2.3 Исследование основных параметров аппаратно-программного комплекса для реализации цифровых совпадений
2.3.1 Мертвое время
2.3.2 Разрешающее время
Глава III. Измерение активности радионуклидов методом цифровых совпадений
3.1 Процедура экстраполяции
3.2 Бюджет неопределенности измерения активности цифровым методом совпадений
3.2.1 Статистическая неопределенность
3.2.2 Неопределенность, обусловленная введением поправки на просчеты
3.2.3 Неопределенность, обусловленная введением поправки на случайные совпадения
3.2.4 Неопределенность, обусловленная фоном
3.2.5 Неопределенность экстраполяции
3.3 Результаты измерений активности
3.4 Сличения через Интернет
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Программа DigiSolve (МаШСаб 11)

Введение
Метод совпадений является одним из основных в экспериментальной ядерной физике (см. напр. [']). В метрологии для абсолютных измерений активности радионуклидов с различными схемами распада этот метод стал применяться с начала 50-х годов, однако наибольшее распространение он получил после выхода в 1958 г. работы Кемпиона [ ]. В этой работе было доказано, что использование детекторов с высокой эффективностью хотя бы в одном канале позволяет достичь точности измерения активности методом совпадений до 0.1%. Высокая эффективность может быть достигнута с помощью пропорционального счетчика, регистрирующего альфа-, бета-излучения или рентгеновское излучение в телесном угле 4л (т.н. 4л счетчики). Этот метод получил название 4л(арХ)-у совпадений. Наиболее просто принцип применения этого метода к измерениям активности иллюстрируется на простом примере нуклида, распадающегося с испусканием одной 3-частицы, сопровождаемой одним у-квантом [3].
Положим, что каждый из двух счетчиков чувствителен только для одного вида излучения. Тогда скорости счета в р- у- счетчиках при точечном источнике с активностью нуклида А будут равны соответственно:
14 = АсОрЕр (В.1)
= Аа>гЕу
где сор и сог- телесные углы, внутри которых излучение попадает в счетчики; ер и ег - эффективности регистрации Р- и у- излучения с учетом эффектов поглощения и «самопоглощения».
Произведения сор Ер и соу £у можно рассматривать как вероятности регистрации
излучений. При применении 4л пропорционального счетчика угловая корреляция между направлениями вылета частиц и квантов несущественна, и эти вероятности будут

независимы. Тогда число совпадений в единицу времени между импульсами от частиц и квантов:
N с=Аюр(огерЕг (В.2)
Из уравнений (В.1) и (В.2) получаем:
й=ад=:н£л!д=л (ВЗ)

Из соотношения (В.З) видно, что активность нуклида, измеренная в данном случае
методом 4тф-у совпадений, не зависит ни от телесных углов, ни от эффективности
регистрации частиц и квантов. Это означает, что поглощение излучения источника в самом источнике и подложке не влияет на результаты измерений, что обуславливает высокую точность по сравнению с другими методами. Метод совпадений применим и для нуклидов с более сложными схемами распада, которые рассмотрены в [2].
Приведенный анализ применимости метода совпадений к измерению активности предполагает, что источник точечный. Использование в одном из каналов детектора с высокой эффективностью позволяет также проводить измерения с неточечным (распределенным) источником, что было доказано Патманом [4]. Интегрируя основные уравнения метода, он получил следующее соотношение:
N„NУ Е„ЕУ
и = ; (В4)
Мс >-рБу
где Nр, Nу и Nс - скорости счета по бета-, гамма-каналам и каналу совпадений соответственно; Ер, су, - эффективности регистрации соответствующими детекторами.
Если добиться в одном из каналов эффективности, близкой к 100 %, что опять-таки позволяет сделать 4п пропорциональный счетчик, то уравнение (В.4) интегрируется и превращается в простое алгебраическое уравнение (В.З).
Аналогичное рассуждение можно провести для а-у излучающих и электронозахватных нуклидов. Поэтому, метод 4л(офХ)-у совпадений является основой
обработчиками программы DigiRec. Как только возникает прерывание, соответствующий обработчик считывает коды показаний времени прихода и амплитуды импульса с буферных регистров устройства посредством обращений к документированным шести портам ввода-вывода, и, без всякой дополнительной обработки, записывает полученную информацию в предварительно распределенную оперативную память. Отказ от обработки данных на этапе получения их от измерительного модуля связан с преследованием цели минимизации мертвого времени, связанного с программной обработкой информации об импульсах. Поэтому, в процессе измерения на экран выводится только текущее время эксперимента.
Программа DigiRec поддерживает различные режимы работы, задаваемые с помощью параметров командной строки. Программа DigiRec поддерживает следующие управляющие ключи:
/? - Справка по ключам программы;
/SXXX - Ограничение по количеству набираемых импульсов (XXX - число импульсов);
/ТХХХ - Ограничение по времени набора (XXX - время в секундах);
/NNAME.EXT - Задать имя файла первичных экспериментальных данных (NAME.EXT - имя файла);
Все управляющие ключи программы начинаются с символа «/». Строки, не начинающиеся с символа "/" (т.е. не являющиеся ключами), воспринимаются программой DigiRec как комментарий к проводимому эксперименту.
Вне зависимости от режима работы, по команде с клавиатуры компьютера или при превышении имеющейся распределенной памяти, программа DigiRec останавливает процесс измерений. При завершении работы, программа DigiRec формирует текстовый файл данных с первичными результатами эксперимента (Рис. 2.3). Этот файл состоит из