ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
СОЮЗА ССР
БЛОКИ И УСТРОЙСТВА
ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ НА ОСНОВЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
И
32 руб. БЗ 8—91/972
здание официальноеКОМИТЕТ СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ СССР
Л’ о с к в
а
УДК 539.12.074:006.354 Групп» Ф27
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
БЛОКИ И УСТРОЙСТВА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ
Н
ГОСТ
29115—91
Методы измерения основных параметров
Detector sets of gamma radiation
for spectrometry.
Methods of basic parameters measurement
ОКП 436158
Дата введения 01.01.93
Настоящий стандарт распространяется на спектрометрические блоки и устройства детектирования (БД) гамма-излучения по ГОСТ 27173, выполненные на основе полупроводниковых детекторов (ППД), и устанавливает методы измерений их основных параметров:
коэффициента преобразования;
отношения пик/комптон;
энергетического разрешения;
отношения ПШДВ/ПШПВ;
V чувствительности регистрации;
максимальной статистической загрузки;
диапазона энергий регистрируемого излучения;
интегральной нелинейности функции преобразования;
нестабильности (амплитуды сигнала во времени);
времени установления рабочего режима;
времени непрерывной работы.
Технические требования к БД по перечню параметров стандарта должны устанавливаться в технической документации, утвержденной в установленном порядке. Основные показатели назначения БД — по ГОСТ 27172.
Требования настоящего стандарта являются обязательными за исключением п. 2.2 и приложений 1, 2.
Издание официальное
© Издательство стандартов, 1992
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен,
тиражирован и распространен без разрешения Госстандарта СССРАППАРАТУРА И ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
При проведении измерений используют аппаратуру и средства измерений, указанные в приложений 1 и 2.
Измерения проводят на установке, собранной по схеме, приведенной на черт. 1. , .
Блок-схема установки и включения БД
/ — образцовый источник излучения; 2 — источник питания детектора; 3 — блок детектирования; 4 — генератор; 5 — спектрометрический усилитель; 6 — осциллограф; 7 — счетчик импульсов; 8 — анализатор импульсов
Черт. 1
Применяемые средства измерений и измерительный канал в целом должны иметь действующие свидетельства о государственной (ведомственной) поверке или метрологической аттестации.
Используемые программы машинной обработки данных измерений аттестуются в установленном порядке.
УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И ПОДГОТОВКА К НИМ
Общие положения
Все измерения проводят в нормальных условиях по ГОСТ 27173.
Не допускается воздействие на БД постоянных и переменных электрических полей напряженностью выше 0,1 В/м, акустических шумов и вибраций. Уровень индустриальных радиопомех не должен быть более норм, установленных «Общесоюзными нормами N 2—72—9».
Рабочее напряжение, подаваемое на детектор БД, и постоянную времени формирования сигнала (интегрирования и дифференцирования при гауссовском формировании) спектрометрического усилителя устанавливают, исходя из лучшего значения энергетического разрешения БД.
Интегральная статистическая загрузка БД, контролируемая по средней частоте следования импульсов на быстром выходе спектрометрического усилителя при наборе спектра, должна быть на порядок выше скорости счета импульсов, обусловленных фоновым излучением, но не более (1—2)-103 с ', если не указано иное.
Необходимую загрузку БД обеспечивают выбором источника ионизирующего излучения и расстояния от источника до БД.
Геометрические условия взаимного расположения источника излучения и БД определяются видом измерения.
Источники излучения из состава стандартных комплектов ОСГИ, СОСГИ располагают на расстоянии не менее 50 мм от БД соосно рабочей оси детектора (источники с радионуклидами барий-133, европий-152, торий-228 рекомендуется располагать на расстоянии не менее 90 мм от БД).
Образцовый точечный источник специального назначения (ОИСНТ) для БД с ППД типа «колодец» устанавливают на расстоянии 10 мм от дна колодца и соосно его оси.
Образцовый источник специального назначения в контейнере Маринелли (ОИСНМ) располагают поверх детектора БД. Используют источники двух типоразмеров: в контейнере модели 450, содержащем по объему (450±2) мл радиоактивного препарата, —• для БД с крышкой детектора диаметром 76,5 мм и менее и модели 1000, содержащем по объему (1000±2) мл радиоактивного препарата,*— для БД с. крышкой детектора диаметром более 76,5 мм (приложение 3, черт. 2).
Схемы расположения источников излучения относительно БД приведены в приложении 4 (черт. 3—5).
Параметры БД в зависимости от диапазона энергий регистрируемого излучения нормируют:
по энергии 122,1 кэВ (источник излучения с радионуклидом кобальт-57) — на диапазон энергий до 400 кэВ;
по энергии 661,6 кэВ (источник излучения с радионуклидом цезий-137) — на диапазон энергий до 1 МэВ;
по энергии 1332,5 кэВ (источник излучения с радионуклидом кобальт-60) — на диапазон энергий до 10 МэВ.
Измерения по определению диапазона и интегральной нелинейности (ИНЛ) функции преобразования проводят не менее, чем в шести точках по диапазону значений регистрируемых энергий (включая точки, соответствующие значениям 0,2—0,4; 0,6—-'0,8 каждого десятикратного поддиапазона изменения энергий). Число точек измерения и соответствующие им значения энергий излучения указывают в стандартах или технических условиях, утвержденных в установленном порядке, на БД конкретных тииов.
Для БД на диапазон энергий от 50 до 6130 кэВ последователь- но измеряют энергии 6129 кэВ (источник излучения ИВГИ); 3253,. 2598, 1771, 1037 кэВ (Источник излучения с радионуклидом кобальт-56); 1408, 779,''344, 122 кэВ (источник излучения с радионуклидом европий-152); 59,5 кэВ (источник излучения с радионуклидом америций-241), если не оговорено иное.
При определении числа каналов, необходимого для регистрации спектра, исходят из того, что для регистрации спектра десятикратного диапазона изменения энергии с погрешностью измерения не более 1 % (погрешность измерения нижнего значения диапазона) необходимо 1000 и более каналов.
Число импульсов, зарегистрированных в канале максимума пика полного поглощения (ППП) измеряемой энергии, должно быть не менее 2-Ю3, а число каналов в пределах полной ширины ППП на уровне 0,5 его высоты соответственно не менее 6.
Значение характеристической энергии излучения, дополнительно используемой для градуировки спектрометрической системы (определения ширины канала анализатора в энергетических единицах: электронвольтах или килоэлектронвольтах на канал), должно быть достаточно близким к значению энергии, выбранной для определения энергетического разрешения. Интенсивности потоков фотонов измеряемой и дополнительно используемой энергий не должны отличаться более, чем в 10 раз.
В случае применения источников с радионуклидами кобальт-60 и кобальт-57 по п. 2.1.6 в качестве второй дополнительной энергии выбирают соответственно энергии 1173,2 и 136,5 кэВ.
При калибровке тракта по источнику высокоэнергетического гамма-излучения Используют пики вылета.
Измерения начинают не ранее, чем через 30 мин после подачи рабочего напряжения на детектор БД и включения всех приборов из числа задействованных в схеме измерений. При наборе спектра — не ранее, чем через 3 мин после появления на экране осциллографа неискаженных спектрометрических импульсов.
Вместе с результатами измерений должны приводиться сведения о типе задействованного при .измерении спектрометрического усилителя, постоянной времени формирования сигнала БД и значении рабочего напряжения, подаваемого на детектор БД.
Подготовка к измерениям
Проверяют правильность включения и соединений аппаратуры, задействованной в составе установки по п. 1.2.
На спектрометрическом усилителе устанавливают:
коэффициент усиления — в пределах 40—50;
постоянную времени формирования — 2 мкс;
переключатель полярности входного сигнала — в положение, соответствующее полярности выходного сигнала БД.
Регуляторы дискриминаторов верхнего и нижнего, уровней на. анализаторе устанавливают в положение 10,0 и 0,1- 0,15 делений- соответственно.
Включают БД. Наблюдая по осциллографу за сигналом на выходе спектрометрического усилителя, подают на детектор БД высокое напряжение, равное начальному значению диапазона его рабочих напряжений (300—400 В для германиевых детекторов). При подъеме напряжения:
не должно наблюдаться подергиваний и резких изменений размаха шумовой дорожки;
возможно кратковременное исчезновение сигнала при резком изменении напряжения на детекторе;
появление случайных, соответствующих полярности сигнала БД импульсов на выходе усилителя, свидетельствует о том, что БД регистрирует фоновое излучение.
БД выдерживают под напряжением в течение 30 мин. На выходе усилителя должен наблюдаться однородный белый шум без наводок и разрывов. В спектре шума не должно просматриваться модуляционных гармоник и высокочастотных микровозбуждений. Должны отсутствовать шум от микрофонного эффекта и мицро- пробои (небольшие импульсы противоположной основному сигналу полярности).
Если шум стабилен и гармоники отсутствуют, увеличивают напряжение на детекторе БД до требуемого значения. Как и при проверке по п. 2.2.3, импульсов от микропробоев наблюдаться не должно.
От генератора импульсов на БД подают сигнал экспоненциальной формы с фронтом нарастания до 50 нс, временем спада 100—300 мкс, частотой следования 100 с-1 и полярностью, обеспечивающей на выходе БД сигнал одной полярности с сигналом от регистрации ионизирующего излучения.
На выходе усилителя по осциллографу изменением амплитуды импульсов генератора устанавливают сигнал 6—7 В.
Наблюдая за сигналом на уровне вершины при развертке 0,1 В/дел и менее, проверяют стабильность амплитуды импульсов от генератора. Скачков или подергиваний амплитуды импульсов наблюдаться не должно.
Подстраивают цепь компенсации полюса нулем усилителя.
При необходимости проводят балансировку усилителя по постояному току, т. е. устанавливают напряжение смещения близким к нулю (в пределах ±20 мВ).
В режиме работы анализатора на максимальное число каналов регистрируют спектр импульсов от генератора. Амплитудное распределение импульсов от генератора должно наблю- .даться в виде узкого пика. Гистограмма пика должна иметь сим- метричную форму, которая может быть описана плавной огибающей кривой. Левостороннее распределение (затянутая левая ветвь огибающей пика — отрицательная асимметрия) свидетельствует о недокомпенсации сигнала по п. 2.2.8, правостороннее распределение (затянутая правая ветвь огибающей пика — положительная асимметрия) — о перекомпенсации.
Для более детальной проверки формы пика (при необходимости) по данным набранного спектра (приложение 5, черт. 6) определяют:
положение центроиды пика — по формуле
т
S XiNi
, (1)
2 IVz і=і
л
где X— интерполированный номер канала, соответствующего положению на шкале анализатора центроиды пика (указывают с точностью до десятых долей канала);
Хі — номер 1-го канала в области пика, расположенной выше его полувысоты (0,5 ААпах) (Л^тах — ОТСЧЄТ ЧИСЛЭ ИМПуЛЬ- сов, зарегистрированных в канале, соответствующем максимуму пика); i=l... т; (т—Г)>5',
т— индексы обозначения каналов, соответствующих границам размеченной области пика с левой и правой сторон;
Ni — отсчет числа импульсов, зарегистрированных в Хі канале, М>0,5 А^тах’,
границы пика на уровне 0,1 его высоты/ с левой стороны — по формуле
у у —qN max
, (^)
где Xlw— интерполированный номер канала, соответствующего границе пика с левой стороны на уровне q его высоты;
Xi — номер канала, соответствующего границе слева для области пика, расположенной выше ординаты qNmax, Nmax — высота пика;
q — коэффициент, задающий уровень по высоте пика; <? = = 0,1 для уровня, соответствующего 0,1 высоты пика; Nt, Ni-i — отсчеты числа импульсов в двух соседних каналах Xz> соответственно больше И меньше qNmax', с правой стороны — по формуле ч
у у ХтqNmax
пт—•/vnt+lгде т —индекс обозначения каналов, соответствующих правому склону пика, остальное — по формуле (2).
Полную ширину пика на уровне q его^высоты ДЛ^) рассчитывают по формуле *
^^(<7) Цд) ’ (^)
где XmW, —см. формулы (2), (3);
в частности ДХ(од>— ПШДВ, полная ширина пика на уровне 0,1 его высоты;
ДД(о,5) — ПШПВ, полная ширина пика на уровне 0,5 его высоты;
3)'коэффициент асимметрии пика х<0,1) — по формуле
