SU1045094A1 - Устройство дл рентгенофлуоресцентного анализа вещества - Google Patents

Description

f . Изобретение относитс  к рентгено спектральным методам анализа элемен кого состава вещества, в частности к рентгенофлуоресцентным методам анализа с использованием полупровод никовых детекторов. Известно устройство дл  рентгенофлуоресцентного анализавещества, содержащее источник гамма-излучени  входной коллиматор, рассеиватель, промежуточный коллиматор, держатель .образца, выходной коллиматор, детек тор излучени  и регистрирующую аппаратуру . Излучение источника через входной коллиматор попадает на рассеиватель . Часть рассе нного излуче ни  через промежуточный коллиматор, ось которого перпендикул рна оси входного коллиматора, попадает на образец и возбуждает характеристиче кое peHTreHOBCKoeJизлучение атомов анализируемого вещества. Последнее после прохождени  через выходной коллиматорр ось которого перпендикул рна ос м входного и промежуточно го коллиматоров, регистрируетс  детектором . Б этом устройстве фон от гамма-квантов источника, рассе нных образцом, подавлен за счет следующего обсто тельства. Известно, что при рассе нии на угол 90° непол ризованное гамма-излучение становитс  линейно пол ризованным в плоскости, в которой оно распростран етс  до и после рассе ни . А линейно пол ризованное излучение не может рассе т с  под углом 90° к плоскости пол ризации . Следовательно, рассе нное излучение, вырезанное промежуточным коллиматором, линейно пол ризовано -В плоскости, образованной ос ми вход ного и промежуточного коллиматоров, и при жесткой коллимации оно не-попадает на детектор. Таким образом, фон от гамма-квантов источника, попавших на детектор после рассе ни  на р.ассеивателе и образце, будет тем,меньше, чем жестче коллимаци . Резкое снижение фона рассе нного образцом излучени  приводит к существенному уменьшению предела обнаружени  элементов рентгенофлуоресцентным методом t1 j . Однако более жестка  коллимаци  приводит, в свою очередь, к большей потере светосилы устройства. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  рентгенофлуоресцентного анализа вещества. содержащее источникгамма- или рентгеновского , излучени , рассеиватель, предназначенный дл  пол ризации излучени  источника, держатель образца анализируемого вещества, детектор излучени  с коллиматором, направленным перпендикул рно плоскости пол ризации рассе нного излучени , и регистрирующую аппаратуру, соединенную с выходом детектора С2 . Это устройство имеет те же достоинства и недостатки что и предыдущее . Чем жестче коллимаци  рассе нного и вторичного излучени , тем меньше фон под аналитической линией . Но и интенсивность аналитической линии меньше, причем .она уменьшаетс  во столько же раз, во сколько уменьшаетс  фон. Цель -изобретени  - повышение светосилы устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  рентгенофлуоресцентного вещества, содержащем источник гамма- или рентгеновского излучени , рассеиватель, предназначенный дл  пол ризации излучени  источника, держатель образца анализируемого вещества, детектор излучени  с коллиматором, направленным перпендикул рно плоскости пол ризации рассе нного излучени , и регистрирующую аппаратуру, соединенную с выходом детектора, рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра без Торцовых стенок, на поверхности которого выполнены два диаметрально противоположных отверсти , в одном из них расположен источник гаммаизлучени , а в другом - держатель образда анализируемого вещества, между НИМИ расположен защитный экран. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из источника гамма-квантов 1, расположенного у входного отверсти  рассеивател  2. Рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра без торцовых стенок, имеющего окружность в основании внутренней цилиндрической поверхности. Рассеиватель обычно выполнен из легких материалов (бериллий, углерод), но может быть выполнен и из материала, энерги  характеристического излучени  атомов которого превышает энергию кра  поглощени  квантов на соответствующей электронной оболочке атомов анализируемого элемента , во втором случае из спектра регистрируемого излучени  удал етс  только первичное излучение, рассе нное рассеивателем . У второго ( выходного ) отверсти , вырезанного в рассеивателе, расположен держатель образца с образ цом 3- Отверсти  в рассеивателе.диаметрально противоположны. Детектор 4излучени  с .помощью коллиматора 5направлен на образец вдоль линии, перпендикул рной плоскости основани  рассёивател . Между отверсти ми в рассеивателе помещен экран 6, защищающий образец от попадани  на него пр мого пучка излучени  от источника . Детектор излучени  соединен с . регистрирующей аппаратурой 7. Один из возможных путей гамма-квантов 1 . j - показан векторами а, Ь и С, другой . а , в , , обе тройки образрваны взаимно ортогональными векторами. Детектор соединен с регистрирующей аппаратурой 7. Устройство работает следующим образом.Гамма-ква .нты источника 1 через входное отверстие в рассеивателе 2 попадают на его внутреннюю цилиндрическую поверхность. На атомах рассёивател  гамма-кванты источника рассеиваютс  и, в случае использовани  т желого материала в качестве ц ссеивател , поглощаютс  за счет фотоэффекта. При этом угол любого однократного рассе ни  первичного гамма-кванта будет равен 90, если только рассе нный гамма-квант попадает через выходное отверстие на образец 3. Здесь используетс  следующее свойство окружности: вписанный в окружность угол, опирающийс  на ди аметр, равен 90. Поэтому гамма-кванты попавшие на образец после однократного рассе ни  на атомах рассёивател будут линейно пол ризованы в плоскос ти основани  рассёивател . Напоимео. если гамма-кванты источника распрос ран ютс  по. вектору а, а рассе нные по вектору ё, как показано на черте же, то последние линейно пол ризова в плоскости вектора а и и не могут рассе тьс  от образца вдоль вектора С, так как этот вектрр перпендикул рен с векторами а и-в , Очевидно, коэффициент пол ризации будет тем ближе к 1, чем меньше высота рассей вател -цилиндра и чем ближе к точкам пересечени  внутренней окружности с ее диаметром ст гиваютс  входное и выходное отверсти  рассёивател . Дл  исключени  пр мого попадани  гаммз-квантов источника на образец между отверсти ми рассёивател  расположен экран теневой защиты. Его размеры должны быть такими, чтобы через одно отверстие не просматривалось другое. Устройство должно быть выполнено таким обазом, чтобы гаммакванты источника, не падающие на рассеиватель, не могли после рассе ни  на конструкционных детал х и биологической защите попасть на де- . тектор А. В противном случае возрастает регистрируемый фон. 8 остально устройство работает так же, как и устройство-прототип. На детектор по-прежнему попадают гамма-кванты лишь через отверстие в коллиматоре 5. Ось коллимирующего отверсти  перпендикул рна плоскости пол ризации и пересекает образец, т.е. эта ось перпендикул рна плоскости основани  рассёивател . На образец падает линейно пол ризованное излучение источника и характеристические рентгеновское излучение атомов рассёивател , индуцированное в результате фотоэффекта гамма-квантами источ ,ника, когда рассеиватель изготавливают из материала с высоким атомным номером, таким, чтобы энерги  характеристического излучени  его атомов была больше энергии кра  поглощени  квантов атомами анализируемых элементов . 8 этом случае анализируемые элементы возбуждаютс  не только линейно пол ризованным излучением,но и характеристическим рентгеновским излучением атомов рассёивател , но детектор регистрирует как характеристическое излучение атомов образца, так и рассе нное на образце характеристическое изизлучение атомов рассёивател . Когда рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра из материалов с малым атомным номером, например из углерода, берилли  и т.п., атомы образца возбуждаютс  только лишь . линейно пол ризованным излучением и источника, рассе нным на рассеивателе . В этом случае при ток же источнике гамма-квантов выход рентгеновского излучени  атомов образца мень- . ше, но зато в зарегистрированном спектре отсутствует характеристическое излучение атомов рассёивател , фон под аналитическими лини ми обусловлен лишь рассе нным на рассеивателе первичным излучением, попавшим в детектор из-за недостатомно жесткой коллимации рассе нного и вторич ного, т.е. исход щего от образца излучений. Выбор перЕОГо и второго варианта рассеивател  зависит от конкретных условий мощности ИСТОЧНИ ка гамма-излучени , мертвогр времени регистрирующей системы и задач анализа. В качестве примера испытывают устройство, в котором рассеиватель выполн ют из молибдена в виде полого цилиндра высотой 1 см и толщиной стенки 0,05 см. Внутренний диаметр цилиндра рлоем 10 см, Характеристич: С л-: .: i: 3; iKO ac;;.iOB образца lj; ;:/ Lii; jV-:i Cn : i i iilO.n уПрОЕОД1-1И Ь/1,РК-1 с разрешени ем эВ по линии КлМУ). Регистрирующа  аппаратура включает в себ  предусилитель, усилитель и многоканальный амплитудный анализа тор NTA 102i}. В качестве источника гамма-квантов используетс  рентгеновска  трубка 5Б X В 6(0i) при анодном напр жении 5 - 36 кВ и анодном токе 5 - 15 мА. Проведены анализы на содержание ж.елеза в крови по методике измерений в тонких сло х. При изме- рении в геометрии изобретени  ток анода рентгеновской трубки из-за больших загрузок анализатора снижен с 1 5 мА до 5 мА. В таблице приведены результаты анализов на железо предлагаемым устройством, и прототипом.

/.,ito: | аг;р51и е -1ие трубки, i.P

2k 5

15 8

9893

i|688

1375

1012

Статистическа  ошибка при npii доверительной веро тности 0,95 отн.% Из табли1;,ы видно, что при меньшем токе анода эеитгеноЕ сгсой трубки55 площадь |-:и(а аналитической линии увеличиваетс  в 2,1 раза при одновременном с;- и;-кении tjxji-ia. Зто приводит

+ 1,7

-4

Ь 10

2,5 10 к соответствующему снижению анализа и предела обнаружени  элементов. Такие результаты стали возможны благодар  тому, что телесные углы, в которых просматриваетс  рассеива7 104509 8

тель источником и образцом, пример-просматриваема  источником и образно в раз больше соответствующихцом, меньше половины его полной телесных углбв базовогЬ рбъекта.площади. Поэтому существует реальна  В предлагаемом устройстве защитныйвозможность дл  дальнейшего увеличеэкран имеет такие размеры, что пло-5 ни  светосилы устройства почти в щадь рассеивател , одновременнодва раза.

Claims (1)

1. 2. Dzabay T.G. , Jarrett В.I., Jaklevic J.М. The decrease of background in fluorescence spectro of X-rays by using of polarization, Nuclear Instruments and Methods. 1974, v. 115, p. 297-299 (прототип) (54 )(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕНТГЕНО:ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВА, содержащее источник гамма- или рент (геновского излучения, предназначенный для излучения источника, образца исследуемого рассеиватель, поляризации держатель вещества, детектор излучения с коллиматором, направленным перпендикулярно плоскости поляризации рассеянного излучения, и регистрирующую аппаратуру, соединен- ную с выходом детектора, о т лича ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения светосилы устройства, рассеиватель выполнен в виде полого цилиндра без торцовых стенок, на поверхности которого выполнены два диаметрально противоположных отверстия, в одном из них.расположен источник гамма-излучения, а в другом - держатель образца анализируемого вещества, между ними расположен защитный экран.