Способ дифференциальной стабилизации коэффициента усиления измерительного тракта гамма-спектрометра по фотопикам измеряемого спектра

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Сущность в способе при регистрации излучения в двух смежных дифференциальных каналах, расположенных на разных склонах реперного пика, накопление зарегистрированных импульсов в соответствующих накопительных ячейках на протяжении заданного временного интервала. После окончания заданной экспозиции по разнице зарегистрированных в этих ячейках счетов вырабатывается сигнал коррекции усиления, который подается на управляющий элемент усилителя, т.е. при такой системе автостабилизации задаются две экспозиции первая(1)- определяет время экспозиции всего измерения,вторая (Т 2)-определяет время накопления импульсов в системе автостабилизации. Величина Т 2 определяется, исходя из заданной статистической точности сигнала коррекции. Величина Т 2 всегда меньше или равна 1. В качестве репера может быть использован любой фотопик, визуально выделенный в регистрируемом спектре. Технический результат повышение стабильности и надежности при измерении слаборадиоактивных сред, например, при измерении естественной радиоактивности в лаборатории, при полевых спектрометрических съемках, при исследованиях в скважинах и при проведении аэрогаммаспектрометрических работ, а также при проведении измерений с детекторами малой эффективности.(72) Гринштейн Юрий Аронович Мурзадилов Тулеген Джанибекович Панченко Александр Иванович Лезин Александр Николаевич Пуха Николай Петрович(73) Дочернее государственное предприятие Институт геофизических исследований Республиканского государственного предприятия(на праве хозяйственного ведения) Национальный ядерный центр Республики Казахстан Министерства энергетики и минеральных ресурсов Республики КазахстанТоварищество с ограниченной ответственностью ФИЗИК(54) СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА ГАММАСПЕКТРОМЕТРА ПО ФОТОПИКАМ ИЗМЕРЯЕМОГО СПЕКТРА 18552 Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, ядерной геофизике и радиационному приборостроению и может быть использовано в радиометрической и спектрометрической аппаратуре, предназначенной как для контроля различных технологических параметров, так и для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых,проводимых с помощью радиометрических и спектрометрических методов. Известен ряд способов стабилизации спектрометрического тракта, использующих в качестве репера дополнительные радиоактивные или световые источники (при работе со сцинтилляционными детекторами). При этом предпочтение отдается первым, так как при их использовании обратной связью охвачен весь измерительный тракт от детектора излучения до оконечного усилителя (Мамиконян С.В.,Аппаратура и методы флуоресцентного радиометрического анализа. - М. Атомиздат. - 1976. - с. 172). Эти известные способы имеют следующие недостатки- введение в измеряемый спектр дополнительного реперного излучения приводит к искажению исходного спектра и его зашумлению и, следовательно, к уменьшению точности измерений- при использовании светового репера возникают погрешности, связанные с тем, что обратной связью не охвачен кристалл сцинтиблока, а также за счет значительного влияния температуры на амплитуду светового сигнала, генерируемого светодиодом которые обычно используются в этих системах- наличие дополнительного реперного радиоактивного источника или светового излучателя усложняет конструкцию, снижает надежность и повышает стоимость аппаратуры. В качестве прототипа выбран способ, наиболее близкий по сути к предлагаемому и свободный от указанных выше недостатков, в котором для стабилизации в качестве реперного источника предлагается использовать фотопик, присутствующий в измеряемом спектре. С помощью дифференциальных амплитудных анализаторов формируют два окна стабилизации, симметрично расположенных на склонах реперного пика. В процессе регистрации проводится непрерывное сравнение скоростей счета в этих окнах, в результате которого вырабатывается сигнал ошибки, используемый для коррекции коэффициент усиления измерительного тракта спектрометра (Цитович А.П., Ядерная электропика.М. Энергоатомиздат.1984. - с. 47). Этот способ имеет свой недостаток, который заключается в том, что при низкой радиоактивности в окнах стабилизации фиксируется низкая скорость счета. Так, например, при регистрации радиоактивного излучения от природных сред, когда мощность экспозиционной дозы не превышает фоновых значений (20-30 мкР/час), при рядовом разрешении спектрометра по пику 40 К порядка 5-6 , регистрируемая скорость счета в окнах стабилизации при размере кристалла 50250 мм (0.5 л), установленном в скважинном зонде, т.е. при измерениях в геометрии 4 тт, составляет всего около 2-5 имп/сек. 2 Примерно такой же счет регистрируется в окнах стабилизации при проведении аэрогаммаспектрометрических съемок при объеме кристалла около 3 л и высоте полета 50 м. Исходя из приведенных сведений расчетная статистическая погрешность сигнала коррекции составит 60 100 при вероятности Р 0.67, т.е. стабилизацию как таковую при таких условиях осуществить невозможно. Такой способ стабилизации используется в серийной аппаратуре, предназначенной для проведения рентгенорадиометрических исследований. Сюда, например, относятся приборы СГСЛ-2, ПСК-2 Киевского завода геофизического приборостроения. Здесь для устойчивой работы системы автостабилизации (согласно ТУ) необходимо подавать в реперные окна не менее 50 имп/сек, т.е. статистическая погрешность сигнала коррекции в этом случае равна 10 при Р 0.67. Технический результат, обеспечиваемый при реализации предлагаемого способа, заключается в повышении стабильности и надежности при работе с различными распределениями и интенсивностями измеряемого излучения, в том числе и при низких активностях изучаемых объектов, а также с малоэффективными детекторами. Указанный технический результат достигается за счет того, что- коэффициент усиления любого усилителя в течение короткого времени (100 сек) меняется незначительно, т.е. является величиной, практически,постоянной- за указанное время в накопительных ячейках системы автостабилизации будет накоплено 200-500 импульсов, т.е. относительная статистическая погрешность сигнала коррекции составит 3-5 при Р 0.67, т.е. предложенный метод превосходит по точности традиционные методы стабилизации- метод позволяет регулировать точность сигнала коррекции путем выбора экспозиции накопления, а также скорость регулирования коэффициента усиления следующим образом а) вычисляется 1-2 - разница между накопленными счетами левого и правого склонов реперного фотопика б) вычисляется среднеквадратическая погрешность сигнала коррекции , равная корню квадратному из суммы счетов, т.е. в) рассчитывается сигнал коррекциив единицах , т.е.(1). Если 1, т.е. погрешность сигнала рассогласования меньше одного стандарта, то сигнал коррекции не вводится, если 1 2, то вводится единичный сигнал коррекции, изменяющий коэффициент усиления на 0,01 , что при использовании 1024-канального спектрометра соответствует перемещению реперного пика на 1 канал. Если 23, то вводится удвоенный сигнал коррекции и т.д. 18552 г) изменяя величину коэффициента К в формуле (1), можно дополнительно увеличивать или уменьшать коэффициент коррекции. Указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата, получаемого при реализации предлагаемого способа. Предлагаемый способ апробирован при помощи каротажного спектрометрического комплекса, состоящего из скважинного прибора (СП), где в качестве детектора использован сцинтиблок, состоящий из кристалларазмером 50250 мм и ФЭУ 175, и спектрометрического устройства, разработанного и созданного в ТОО Физик (г. Алматы) в 2005 г. по техническому заданию, разработанному в ИГИ НЯЦ РК. Блок-схема спектрометрического устройства приведена на фиг. 1. Измерения проводились на моделях скважин с заданными содержаниями радиоцезия, калия, радия и тория, представляющих из себя полые цилиндры с внешним диаметром 200 мм, внутренним диаметром 100 мм, диаметр СП равен 75 мм. Параметры моделей приведены в таблице 1. Таблица 1 Параметры моделей, имитирующих насыщение по спектру гамма-излучения Удельная активность радионуклидов, Бк/кг Модель 137 226 232 40 Фоновая 2 2 2 20 Цезисвая 800 3 3 20 Калиевая 1 16 26 800 Радиевая 1 1600 20 20 Ториевая 60 10 100 20 Примечание фоновое содержание 40 К в природных средах колеблется в пределах 150-200 Бк/кг Методика измерений сводилась к следующему- скважинный прибор устанавливался в фоновую модель, где активность К не превышает 20 Бк/кг- усиление прибора выбиралось таким, чтобы фотопик калия находился примерно на 500 канале- левое окно системы стабилизации было установлено на 485-500 каналы, правое - на 510-525 каналы- время накопления информации в системе стабилизации - 100 сек, экспозиция измерений - 300 сек- режим измерений - циклический, т.е. после первого пуска дальнейшие измерения проводились автоматически, количество измерений в цикле - 50- после окончания первого цикла по той же методике проводились измерения остальных моделей. Из всех измеренных спектров приведены спектры только фоновой и радиевой моделей (фиг.2), так как наибольшая помеха в интенсивности и форме реперного фотопика (40 К -энергия 1460 кэВ) может возникнуть из-за влияния излучения радия (1120 и 1760 кэВ), влиянием остальных излучателей на этом фоне будет пренебрежительно мало. Из рисунка видно, что несмотря на то, что в радиевой модели содержание радия значительно превосходит его фоновые природные содержания, которые обычно не превышают 500-700 Бк/кг, центры фотопиков обеих моделей совпадают очень хорошо. В результате длительных (многодневных) измерений установлено, что при фоновых содержаниях калия (20 Бк/кг) в системе стабилизации при времени накопления 100 сек накапливается, примерно,400 имп., т.е. статистическая погрешность сигнала коррекции составляет 3.5 при Р 0.67, а фотопики 40 К во всех измеренных моделях находятся на 508 канале при стандартном отклонении 0.56 канала. Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания технических решений,направленных на решение поставленной задачи,позволяет сделать вывод, что предложенное решение является новым, для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области техники, т.е. соответствует критериям изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ дифференциальной стабилизации коэффициента усиления измерительного тракта гаммаспектрометра по фотопикам измеряемого спектра,заключающийся в том, что излучение регистрируют в двух смежных дифференциальных каналах - окнах системы автостабилизации, расположенных на разных склонах фотопика, присутствующего в измеряемом спектре, отличающийся тем, что сигналы, поступающие из окон системы автостабилизации, накапливают в предназначенных для этого счетчиках, и по окончании заданной экспозиции накопления, которую выбирают, исходя из требуемой статистической точности, сравнивают между собой, в результате чего процессором вычисляют значение сигнала коррекции, а также его знак.