Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Плотников Р.И. Флюоресцентный рентгено-радиометрический анализ

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

10.81 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 269 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

излучения на флюоресцентный пик приводит к повыше нию порога чувствительности. Это наблюдается, напри

мер, при определении	Sn с источниками	Тгп 1 7 0	или W 1 8 1
и сцпнтилляционным	счетчиком Си, Zn	II Pb С	ИСТОЧНИ

КОМ C d 1 0 9 и Кгпропорциональным счетчиком и при оп ределении элементов с атомными номерами 16—19 с ис точником Fe 5 5 и аргоновым пропорциональным счет чиком.

Вместе с тем в ряде случаев энергетическое разре шение детектора может быть существенно улучшено, если производить анализ не по основным пикам, а по пи кам вылета [136, 137]. Улуч шение разрешения происхо-

Е7,юЬ

Рис.

32.

Зависимость

отно

Рис.

33.

Зависимость

грани

шения разрешения

К а - лп -

цы

комптоиовского

спектра

ний по пику вылета к раз

£г]і

от

энергии падающего

решению

по

основному пи

излучения

Еу.

ку

от

атомного номера.

дит

из-за

того, что

расстояния

м е ж д у основными

пика

ми равны расстояниям между соответствующими

пика ми

вылета,

полуширина

пиков

вылета в

] / "

Еу/Е—Еф

раз

меньше

полуширины

основных

пиков.

Отношение

разрешения по пику вылета к разрешению по основному

пику,	определяемое	величиной Уі—Еф/Е,	д л я	Кг- и
Хе-пропорциональных		счетчиков приведено на рис. 32.
К а к	видно из рисунка,	разрешение д л я элементов,		флюо

ресцентное излучение которых немного превышает энер

гию к р а я поглощения газа,		заполняющего счетчик, уве
личивается в два и более		раза , что позволяет, напри
мер, в случае Y и Zr	[137]	или	Zr и Nb	[138] р а з р е ш а т ь
/(-серии соседних по	атомному		номеру	элементов. Н а л о

жение флюоресцентного излучения легких элементов на пики вылета более т я ж е л ы х элементов може т быть суще ственно уменьшено, если использовать соответствующие фильтры .

Комптоновский континуум возникает вследствие вы лета из детектора квантов иекогерентно рассеянного из лучения. Так к а к в рентгеновском диапазоне коэффи циент фотопоглощения для материалов, используемых в

детекторах, значительно		больше коэффициента			некоге
рентного рассеяния,	многократным			рассеянием	можно
пренебречь. Это обусловливает четко в ы р а ж е н н у ю					корот
коволновую границу	комптоновского			спектра (рис. 33),
- определяемую уравнением			V •
£	Г Р =				24
					(->
Интегральная интенсивность комптоновского					спектра
для тонкого детектора определяется _отношением					коэф
фициента некогерентного			рассеяния	а н к к коэффициенту

поглощения т. С увеличением толщины детектора интен

сивность	комптоновского			спектра		падает,	п р и б л и ж а я с ь
к 0,15—0,2 а ш 7 т . Практически					комптоновский			континуум
в рентгеновской		области		спектра может затруднить про
ведение анализа		лишь	в	редких		случаях	из-за малой
плотности	потока и		очень		ограниченного			диапазона
энергий.

Более существенно при анализе малых концентраций присутствие в аппаратурных спектрах «хвоста» в диапа

зоне от 0 до Еу.	Н а л и ч и е такого «хвоста» может быть
обусловлено как	технологическими причинами (наличие

в объеме детектора областей с неполным сбором носи

телей), так и вылетом из детектора части									фото-		и оже-
электронов.		Д л я	пропорциональных				и	сцинтилляцион -
ных счетчиков при			нормальном		угле		падения			регистри
руемого	излучения		высота	«хвоста»		обычно				составляет
0,5—1% амплитуды фотопика,					д л я	полупроводниковых
счетчиков, в зависимости от их					качества				и энергетиче
ского разрешения, от 0,3 до 3%					(рис.		34).		Д л я		наклон
ных пучков,		что обычно		имеет	место		в	рентгенорадио-
метрическом		анализе, высота			«хвоста»				увеличивается
до 2—3%	и	более.
Фон и шумы . Интегральный					фон	детекторов,					приме

няемых в рентгенорадиометрическом анализе, обус ловленный космическим и ^-излучениями, к а к правило, незначителен и составляет 2—5 имп/сек. В рабочем ка нале величина фона не превосходит десятых долей им пульса в секунду, что на один-два порядка меньше ско-

6* 83

ростей счета, обусловленных рассеянным в о з б у ж д а ю щ и м -излучением. Интересно отметить сравнительно высокий уровень фона криптоновых пропорциональных счетчиков, в 3—5 раз превышающий фон счетчиков

	О	100
		Номер	канала
Рис. 34.	Аппаратурный спектр		Л'-серии		Мп,	полученный
с Si—Li-детектором [21]. Уровень				шумов		предусили-
теля 100 эв. Разрешение 166			кэв.	В	области		малых
энергий	заметен	«хвост», составляющий			около		0,3% от
		амплитуды	пика.

с другим наполнением. Этот аномальный фон обуслов


лен присутствием		в атмосферном		Кг радиоактивного
изотопа	К г 8 5 , являющегося		продуктом деления.
Д л я	сщштилляционных рентгеновских,				детекторов
обычно	уровень шумов		составляет	2—2,5 кэв,		однако
возможно снижение		этого	уровня до	1—1,5	кэв,	что по

зволяет при наличии достаточно тонкого окна регистри ровать излучение Si К и А1 /С [139].

Этот шум может быть еще снижен охлаждением де тектора. Практически использование сцинтилляционных


счетчиков		в анализе ограничено элементами c Z ^			16. Соб
ственный		шум	пропорциональных счетчиков отсутствует,
что	позволяет		использовать	эти детекторы Б наиболее
длинноволновой области до				90 эв [114]. При уменьше
нии	коэффициента газового			усиления, однако,	стано-

внтся существенным в к л а д	первого к а с к а д а		предуси-
лителя. Ш у м ы предусилителя,		составляющие	обычно
величину порядка 10—150	мкв,	ограничивают	т а к ж е

возможность повышения энергетического р а з р е ш е н и я пропорциональных счетчиков при снижении рабочего на пряжения и переходе к режиму импульсной ионизаци - ционной камеры .

Аналогичное явление имеет место и в случае полу проводниковых детекторов, собственный шум которых, обусловленный флюктуацией темнового тока, может со ставлять сотые доли микровольта, что эквивалентно энергии регистрируемого кванта 10—20 эв *. Значи тельно выше уровень шумов предусилителей, используе мых с полупроводниковыми детекторами . Так , напри мер, лучшие современные предусилнтели с головным каскадом на 'охлаждаемых полевых транзисторах с оп тической импульсной обратной с в я з ь ю имеют уровень шумов порядка 80 эв [140], что и определяет энергети ческое разрешение рентгеновских спектрометров с по

лупроводниковыми	детекторами в области		м а л ы х
энергии.
Выходной сигнал. Величина импульса		на	выходе
сцинтилляционных	и пропорциональных	счетчиков мо
ж е т быть изменена в широких пределах		регулировкой
напряжения на детекторе. В практической		р а б о т е	напря
жение на детекторе обычно подбирается		таким,	чтобы
выходной сигнал д л я сцинтилляционного		и пропорцио

нального счетчиков составлял десятки и несколько мил ливольт соответственно.

Д л я полупроводниковых детекторов выходной сиг нал почти не зависит от напряжения и определяется в


основном		величиной собранного					з а р я д а и входной			емко
стью. Так, например, дл я кремниевых детекторов										при
Спх = Ю пф			амплитуда		импульса		на	выходе	составляет
около 4—5 мкв/кэв.				М а л а я величина				выходного сигнала
предъявляет			очень	жесткие		требования к ш у м а м				голов
ного	к а с к а д а		предусилителя			и н а в о д к а м .
*	Переход		от энергии		кванта	Еу	к напряжению		сигнала или
шума,	если	постоянная		времени		входной		цепи ЯпС	значительно

больше времени сбора носителей, может быть осуществлен по про

стои формуле (7спг= Q/C, где С —входная емкость и Q — заряд на

входе, причем Q = —^- е (е — заряд электрона).


Д о п у с т и м ая скорость счета. Д л я								сцннтилляционных
счетчиков допустимая					скорость	счета		может		доходить
до 1,5—2-Ю5			имп/сек.		Однако	при		такой	загрузке		на
блюдается заметное отклонение от линейности,										и обыч
но при		работе		скорость		счета		не	превосходит
5 - Ю 4	имп/сек.		Такого		ж е порядка		загрузка		может		быть
и у специальных газоразрядных счетчиков типа										«Муль-
тптрон». При работе с пропорциональными									счетчиками
обычно		избегают		загрузок,		превосходящих				1—2Х
Х І 0 4	имп/сек,		так	как при больших				загрузках		наблю
дается заметное смещение фотопика.
В	случае		полупроводниковых				детекторов			высокие

скорости счета могут привести к ушнренню пиков из-за статистических флюктуации рабочей точки, наложения

импульса на -импульс и -импульса на

«хвост».

И с к а ж е н и я амплитудного

распределения,

зависящие

от

загрузки,

часто сказываются раньше всего на ушире-

ние пика

на

одной десятой высоты

или

на

отношении

пика к «хвосту», прежде чем станет заметным

возраста

ние полуширины пика. Если среднее

расстояние

между

импульсами

становится

меньше

десятикратной

ширины

импульса

по базисной

линии,

наложение

импульсов

приводит

заметным

и с к а ж е н и я м

амплитудного

рас

пределения.

В настоящее

время

м а к с и м а л ь н а я

достиг

нутая

загрузка

без существенного

ухудшения

разре

шения

искажений

амплитудного

распределения —

около

105

имп/сек

[141],

что составляет

приблизительно

106

дл я Si и

1 • 10'

кэв/сек

дл я

Ge,

та к

как

Ge ис

пользуется

д л я

регистрации

более

жесткого

излуче

ния [21].

Рабочее

напряжение .

Д л я

сцннтилляционных

счет

чиков

рентгеновского

излучения

рабочее

напряжение,

зависимости от типа

примененного

ФЭУ,

заключено

диапазоне

600—1400

в.

Д л я

часто

применяемых

счет

чиков СРС-1-0 и СРС - 4 с фотоумножителями

ФЭУ-35А

рабочее напряжение составляет

600—750 в

[142].

П р и

изменении напряжения на 1% уход фотопика в рабочей области составляет величину порядка 6—8%. Д л я про порциональных счетчиков, в зависимости от диаметра


анода и газа-наполнителя,		рабочее	напряжение	состав
ляет	величину порядка 1700—2200		в. П р и использова
нии	низкошумящих предусилителей		возможно	умень
шение его до 1200—1500 в		<и д а л е е	вплоть до	р е ж и м а
импульсной ионизационной		камеры .	Изменение	н а п р я -

ж е н и я	на счетчике на		1 %	приводит к	уходу фотопика
на 15—20%,		т. е. пропорциональные			счетчики	значи
тельно	более	критичны	к стабильности		рабочего	напря
жения	по	сравнению	со	сцннтилляционными. П о

лупроводниковые детекторы, в зависимости от толщины

рабочего		слоя, требуют	напряжения		от	нескольких сот
до тысячи		вольт. Ввиду очень слабой			зависимости		сигна
л а	от напряжения требования			к стабильности напряже
ния	невелики.
	Срок	службы . Выход из строя			сцинтилляционных
счетчиков		наблюдается	только	в случае		явных	дефек

тов, связанных, например, с натеканием ФЭУ или раз

герметизацией кристалла - сцннтиллятора .		n p j L отсутст
вии таких дефектов длительность работы счетчика				изме
ряется годами при любых	загрузкахі
В случае отпаянных	пропорциональных		счетчиков,
кроме натекания, причиной выхода из строя			может	слу
ж и т ь разрушение органических добавок		к	инертным

газам, например обычно применяемого метана. Инди катором окончания срока службы являются: ухудшение разрешения, искажения амплитудного распределения и уменьшение коэффициента газового усиления. Обычно

срок хранения отпаянного		пропорционального	счетчика
по меньшей мере 1—2	года,	а ресурс 101 0 — 10 й	импуль
сов. Увеличить'ресурс	возможно, с н и ж а я рабочее на
пряжение и подбирая	состав газа - наполнителя .		Проточ

ные пропорциональные счетчики, поскольку состав газа в них постоянно обновляется, имеют очень большой, практически неограниченный срок службы . Потребление

газовой смеси проточным счетчиком составляет					величину
порядка 10 мл/мин			[143].
Полупроводниковые счетчики при отсутствии дефек
тов имеют		т а к ж е очень большой		срок с л у ж б ы ,	не зави
сящий	от	загрузки	и измеряемый	годами. Следует, од
нако,	отметать, что		наиболее распространенные		литий-

дрейфовые дефекторы, г-слой которых возникает при диф фузии лития, д о л ж н ы храниться при температуре жид кого азота. Повышение температуры до комнатной при

водит к быстрому			и необратимому	выходу	из строя
Ge	—	Li-детекторов	из-за подвижности	лития.	Несколько

более устойчивы при комнатной температуре Si—Li-де

текторы.
В связи с неудобством непрерывного хранения	ука
з а н н ы х детекторов при температуре жидкого азота	боль-


шоп интерес представляют				радиационные		германиевые
детекторы [144—146]			и детекторы на		основе		высокочн-
стого германия	[147,		148, 156], которые		могут		храниться
при комнатной	температуре			неограниченное		время		без
ухуд шения хар а ктеристи к.
Температурные		условия,		влияние	давления .			К а к
сцинтилляционные,		так и пропорциональные					счетчики
работоспособны в		широком		диапазоне	температур			от
—2J3°_C_ и ниже	до	+ 5 5 — 6 0 ° С и более. Хорошо					известна
температурная	зависимость			положения	фотопика			дл я
сцинтилляционных		счетчиков, обусловленная					изменени
ем светового	выхода		кристалла - сцинтиллятора с					из

менением температуры . Температурный уход фотопика составляет около 0,05% на 1° С. Н а д е ж н ы е данные по температурной зависимости положения фотопнка отпа

янных пропорциональных счетчиков	отсутствуют.	В ра
боте [77] было отмечено, что счетчики	С Р М имеют	тем
пературный дрейф 0,9%/°С, однако	в наших работах

с отпаянными счетчиками заметный дрейф, превосходя

щий 0,1—0,2% на 1°С, не наблюдался .				Д л я проточных
счетчиков	температурный дрейф		резко	в ы р а ж е н	и со
ставляет	2—2,5%	" а 1°С [143].	Этот	дрейф обуслов
лен зависимостью		плотности газа	от температуры		(при

постоянном давлении) . Плотность газа, в свою очередь, определяет коэффициент газового усиления и положение фотопнка.

Аналогично температуре влияет на работу проточного пропорционального счетчика атмосферное давление. Из


менение		давления на		1 мм рт. ст. приводит				к изменению
положения			фотопнка	па	1%	[143]. Сильно		в ы р а ж е н н а я
зависимость			положения		фотопика		от давления затруд
няет	использование проточного					пропорционального счет
чика	в	высокоточной			аппаратуре		без	стабилизации

пика.

Полупроводниковые детекторы с высоким энергети

ческим	разрешением	имеют	рабочую	температуру
—195° С	(температура	жидкого	а з о т а ) .	Д а ж е незначи

тельное повышение температуры приводит к ухудшению характеристик детекторов. Д л я радиационных германие


вых детекторов допустимо повышение			температуры до
—182° С (жидкий кислород),	однако дальнейшее				повы
шение температуры приводит	к ухудшению			разрешения
[150]. Кремниевые детекторы	могут	работать		при	более
высокой температуре; полученное		при	комнатной		тем -

пературе разрешение на		линии 122 кэв			составляет
около	3 кэв и, по-видимому, может быть			снижено д о
2 кэв	[151]. В настоящее -время исследуются				некоторые
новые	'полупроводниковые	материалы,	которые благо
д а р я	большой ширине запрещенной		зоны	в	принципе

могут обеспечить высокое разрешение при комнатной

температуре .	К	таким м а т е р и а л а м относятся в	первую
очередь CdTe	и GaAs. Однако полученное при		комнат
ной температуре		разрешение с полупроводниковыми де

текторами из этих материалов пока недостаточно и со

ставляет в	лучшем случае			2,5—3 кэв, кроме того,		пло
щ а д ь изготовляемых			детекторов незначительна			[152—
155].
Сравнение		детекторов		и дальнейшие	перспективы.
К а к видно	из	приведенных данных, наиболее просты в
обращении	и	надежны	в работе сцинтилляционные			счет

чики. Этим и обусловлено их широкое применение в рентгенорадиометрической аппаратуре, несмотря на низкое энергетическое разрешение и ограничения в области ма лых энергий. Проведенные за последние годы разработки пропорциональных счетчиков, высокостабильных блоков питания и предусилнтелей к ним позволили более широ ко использовать этот тип детекторов не только в л а б о р а торной аппаратуре, но и в промышленных и полевых приборах. Более высокое разрешение и спектральная из бирательность пропорциональных счетчиков позволяют получить более низкий порог чувствительности и в неко торых случаях проводить одновременное определение не


скольких химических элементов					[6, 7].
Еще	более	перспективны		полупроводниковые				детек
торы, высокое		разрешение которых				позволяет	проводить
одновременно		определение		многих		химических		элемен
тов с пороговой чувствительностью,						не уступающей			поро
говой чувствительности кристалл - дифракционных									рент
геновских квантомеров.
Д л я	иллюстрации возможностей					П П Д на рис. 35			при
ведены	спектры		жаростойких		сплавов,		полученные
с Si—Li-детектором. К а к видно					из рисунка,		разрешены
пики около 10 компонент, входящих в состав								сплава .
Полупроводниковые детекторы						открывают	т а к ж е со
вершенно новые			перспективы		и в	рентгеноструктурном

анализе. Обычно при изучении параметров решетки по - ликристалличееких образцов определяется угловое рас пределение рассеянного монохроматического излучения .

Те ж е данные можно получить, исследуя полупроводни ковым детектором спектр «белого» рентгеновского из лучения, рассеиваемого образцом под каким - либо опре

деленным углом [149]. Принципиальное			преимущество
7671F
10	ада.	Iі.
10	ЛИ
	ЛИ
	•:J	і! і
0,1\
702		^	5 ^ S
	м	їм
10	i l . I	l l
10

0,71

14 if

I I I

'.'I.

7/7/7	ZOO	300
	Номер канапа

Рис. 35. Два спектра жаростойких сплавов, полученные с Si—Li-детектором [21].

этого метода заключается в очень большой скорости проведения исследования, что делает его пригодным д л я изучения быстропротекающих процессов. В настоя

щее	время создан	промышленный		прибор	этого
типа	[157].
К	сожалению, необходимость		охлаждения		детектора
и первого каскада предусилителя ограничивает					широкое
внедрение полупроводниковых			рентгеновских		спектро
метров в лабораторную		практику и		промышленность.

Безусловно, эти трудности могут быть преодолены раз

работкой на основе новых материалов		полупроводнике-'
в ы х детекторов, работоспособных	при	обычных усло
виях. Возможно т а к ж е создание	надежных в работе и

портативных		о х л а ж д а ю щ и х	устройств,			что	позволит
обойтись	без	непрерывного	обеспечения			спектрометров
ж и д к и м	азотом.
Представляет -интерес т а к ж е усовершенствование ла
винных детекторов, являющихся,				по	существу,		полупро
водниковыми		пропорциональными		счетчиками.			Р а з р а б о
танные в настоящее время лавинные					детекторы			имеют
разрешение,		несколько уступающее			разрешению			про
порциональных счетчиков при			значительных искажениях

амплитудного распределения [32, 33]. Тем не менее эти

недостатки связаны скорее с		несовершенной технологи
ей, при которой	коэффициент	усиления в	разных уча
стках детектора	различен. М а л а я энергия		образования

пары и малый фактор Фано в сочетании с большим вы ходным сигналом и работоспособностью при комнатной и повышенной температуре делают этот тип детекторов весьма перспективным.

3.Рентгенооптические схемы

На рис. 36 показаны основные рентгенооптические схемы, применяемые в рентгенорадиометрическом ана лизе с радиоизотопным возбуждением . Схема а с цент ральным расположением источника отличается наиболь шейсветосилой и применяется со сцинтилляционными

или	пропорциональными счетчиками с большими окна
ми.	Схема б обладает значительно меньшей светосилой
(в	5—10 р а з ) ,	но позволяет применять детекторы с ма
лым размером		окна, в частности полупроводниковые

детекторы. Конечно, в этой схеме может быть использо


вано несколько			радионзотопных				источников,		симметрич
но расположенных вокруг					окна,		или кольцевой источник.
Это	позволяет,		применяя			источники		малой		удель
ной	активности,		обеспечить			большие		скорости		счета.
Схема		в с сильно коллимированным источником								приме
няется		обьТТно"" в коротковолновой ооласти, когда								необхо
дима		з а щ и т а детектора			от	неиспользуемого			излучения.
	Перечисленные схемы характеризуются сложной за
висимостью сигнала				от	расстояния			до	поверхности
образца . С увеличением расстояния скорость									счета		воз
растает, проходит через максимум и далее									падает.		Та
кая зависимость обычно называется инверсионной.											К а к
правило, расстояние до образца подбирают таким,											что
бы	работать в области			максимума . Помимо					обеспечения

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 269 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
20.10.20238.28 Mб7Пластическое деформирование металлов [сборник статей]..pdf
#
29.10.20233.63 Mб11Пластмассы заменяют металлы..pdf
#
25.10.202314.53 Mб5Платонов В.И. Экономические проблемы технического прогресса в хлопководстве.pdf
#
29.10.20233.44 Mб9Плиско В.А. Электронные машины в военном деле.pdf
#
24.10.202311.48 Mб13Плотников Л.А. Огнеупоры в черной металлургии учеб. пособие для учащихся техникумов.pdf
#
24.10.202310.81 Mб8Плотников Р.И. Флюоресцентный рентгено-радиометрический анализ.pdf
#
20.10.20238.04 Mб4Победря, Б. Е. Лекции по тензорному анализу учебное пособие.pdf
#
23.10.20238.32 Mб8Повилейко Р.П. Архитектура машины. Художественное конструирование. Проблемы и практика.pdf
#
25.10.202317.67 Mб26Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении.pdf
#
21.10.202310.04 Mб14Повх, И. Л. Магнитная гидродинамика в металлургии.pdf
#
21.10.20238.94 Mб9Повышение несущей способности механического привода..pdf