ОЧГ спектрометр гамма-излучения Эко ПАК с 20% детектором и с защитой

Спектрометры гамма-излучения Эко ПАК на основе особо чистого германиевого (ОЧГ) детектора предназначен для измерения энергий гамма – квантов, испускаемых радионуклидами, и измерения активности гамма – излучающих радионуклидов в источниках и счетных образцах.

Особенности данной комплектации гамма-спектрометра Эко ПАК со свинцовой защитой:

• применение точных методов гамма-спектрометрии
• идентификация радионуклидов и определение их активности
• низкий уровень приборного фона
• низкий предел обнаружения радионуклидов
• раздельное и одновременное измерение активности произвольного количества
• радионуклидов (в зависимости от подключенной библиотеки)

В комплект поставки Эко ПАК входит (пример одного из исполнений):

• Коаксиальный детектор из особо чистого германия для измерения гамма-излучения;
• Цифровое спектрометрическое устройство MCA-527;
• Вертикальный криостат с дьюаром на 30 литров.
• Программное обеспечение функционирования спектрометра «Ge Sample Spectra Measuring System» – SMS Ge Sample.
• Программно-методический комплекс «Ge Spectra Analysis System» -ПМК GeSAS для прецизионного HPGe гамма-спектрометрического радионуклидного анализа.
• Комплект кабелей;
• Комплект документации и паспортов.

Основные технические характеристики цифрового спектрометрического устройства MCA 527:

Усилитель

• Усиление шагом в 2-5-10-20-50 раз;
• Входной диапазон аналого-цифрового преобразователя от 12 В до 500 мВ;
• Смещение входной постоянного тока регулируется в зависимости от полярности входного сигнала

Аналого-цифровой преобразователь

• 14 бит, 10 МГц;

Цифровая обработка сигналов

• Двойной дифференциальный триггерный фильтр, одиночный дифференциальный низкоэнергетический триггерный фильтр для низких скоростей счета;
• Режекция наложений, разрешение импульса пары ~ 400 нс;
• Автоматическая и ручная подстройка порога триггера;
• Пределы установки времени формирования от 0,1 до 25 мкс;
• Пределы установки плоской вершины от 0 до 5 мкс с шагом менее 0,05 %;
• Разрешение спектрометрической шкалы составляет 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8182 или 16364 каналов;
• Дифференциальная нелинейность менее 1% для 8192 каналов при времени формирования 2 мкс;
• Восстановитель базовой линии с выборочным усреднением;
• Оптимальные спектрометрические характеристики при постоянной времени спада сигнала с предусилителя 50 мкс;
• Настройка полюса-нуля, компенсация постоянных спада сигнала с детектора от 40 мкс до 1 мс.
• Полное программное управление;
• Сохранение предустановленных параметров анализатора в файл с данными измерений спектров;
• Режим цифрового осциллографа.

Питание

• Батареи Li-Ion, время работы с ОЧГ детектором более 14 часов;
• Сеть переменного тока с адаптером 12VDC.

Интерфейс передачи данных

• USB, RS-232, Ethernet.

Габаритные размеры

• 164 мм 111 мм x 45 мм.

Вес

• 820 г.

Рис.1. Габаритные размеры установки.

1. Блок детектирования;
2. Свинцовая защита;
3. Передвижная крышка свинцовой защиты;
4. Стол для размещения свинцовой защиты;
5. Ножки стола;
6. Медное покрытие толщиной 9 мм;
7. Устройство для заправки сосуда Дьюрара жидким азотом;

Рис.2. Габаритные размеры блока детектирования в 30 литровом сосуде Дьюара.

В состав комплекта программно-методического обеспечения входят:

1. Программное обеспечение функционирования спектрометра «Ge Sample Spectra Measuring System» – SMS Ge Sample.
2. Программно-методический комплекс «Ge Spectra Analysis System» -ПМК GeSAS для прецизионного HPGe гамма-спектрометрического радионуклидного анализа.

Программное обеспечение функционирования спектрометра «Ge Sample Spectra Measuring System» – SMS Ge Sample–обеспечивает следующие возможности.

• Управление работой многоканального анализатора.
• Создание последовательностей команд для набора спектров в оптимальном режиме.
• Отображение спектрометрической информации на экране РС.
• Настройка многоканального анализатора и оптимизация параметров спектрометрического тракта, в т.ч. «полюс-ноль».
• Реализация функции виртуального осциллографа.
• Запись на диск и чтение спектрометрической информации.
• Передача набранных спектров в РС для их полной обработки.

Программно-методический комплекс «Ge Spectra Analysis System» – ПМК GeSAS обеспечивает следующие возможности.

• Определение радионуклидного состава и активности измерительного образца.
• Определение активностей радионуклидов в образце производится одновременно по всем спектральным линиям гамма-излучения всех радионуклидов, в том числе и «фиктивным» линиям, т.е. не связанных напрямую с гамма-переходами: линиям сумм и линиям вылета одного и двух аннигиляционных квантов, что увеличивает возможности обнаружения радионуклидов, т.е. повышает чувствительность анализа, и уменьшает погрешность определения активностей. Активность каждого радионуклида вычисляется путем усреднения значений активности, определенным по всем его гамма-линиям, в т.ч. и «фиктивным».
• Выбор значений параметров, используемых при обработке спектра, проводится программой автоматический при обработке этого спектра и оптимизируется для каждого пика.
• При определении активности автоматически учитывается интерференция гамма-линий различных радионуклидов со сложными схемами распада, в том числе «фиктивных» линий, не связанных напрямую с гамма-переходами: линий сумм и линий вылетов аннигиляционных квантов.
• Для каждого обнаруженного в спектре пика дается детальная информация о вкладе гамма-линий различных радионуклидов в этот пик.
• Автоматическое формирование отчета об определении активности каждого обнаруженного нуклида по всем его гамма-линиям, в т.ч. входящим в пики, сформированные гамма-линиями нескольких нуклидов.
• Все промежуточные результаты анализа сопровождается раздельной оценкой статистических и систематических погрешностей, что обеспечивает корректный расчет погрешности итогового результата. В традиционно применяемых алгоритмах вычисления погрешности раздельная оценка не проводится, что может привести к неверным результатам.

Такой подход является обязательным согласно документу «Методические указания МУ2.6.1.25-2000. Дозиметрический контроль внешнего профессионального облучения. Общие требования»:

«…Форма представления результатов РК регламентируется соответствующей методикой. При этом обязательным является указание:

оценки (полной)абсолютной неопределенности контроля при Р=0.95;
оценки статистической (случайной) неопределенности измерений….».

• Предоставляется инструмент объективного контроля качества обработки спектра, т.е. правильности определения радионуклидного состава и активности нуклидов. Для каждого обработанного спектра рассчитывается параметр «коэффициент качества», значение которого при идеальной обработке спектра равняется единице. Отличие значения коэффициента качества от единицы однозначно указывает на некорректности в обработке спектра. Обычно используемый для оценки правильности обработки визуальный просмотр спектра не позволяет, в целом ряде случаев, оценить корректность проведенной обработки. Например, правильность учета интерференции спектральных пиков различных радионуклидов со сложными схемами распада, в том числе пиков, не связанных напрямую с гамма-переходами таким образом установить невозможно.
• Использование специальных алгоритмов, позволяющих корректно обрабатывать спектры с малой статистикой,
• При отсутствии в спектре выраженных пиков данного радионуклида предусмотрена возможность корректно оценивать верхний предел его активности в образце с учетом вкладов других радионуклидов и условий измерения.
• Для каждого обработанного спектра программа автоматически формирует ранжированный по степени возможного присутствия в данном спектре список радионуклидов, которые исходно не были включены в «рабочую» библиотеку при обработке. Используя функции «Добавить нуклид» и «Исключить нуклид» и контролируя значение параметра «коэффициент качества» (п. 1.7.) пользователь может сформировать итоговый, т.е. полный, список радионуклидов для обрабатываемого спектра. Этой возможностью следует, в частности, воспользоваться в ситуации, когда значение «коэффициента качества» отличается от единицы.
• Поправки на распад радионуклидов в образце за время измерения
• Корректировка активности с учетом цепочек «материнский нуклид – дочерний нуклид».
• Раздельная оценка статистических и систематических погрешностей позволяет корректно планировать измерения, т.е. по данному измеренному спектру оценивать экспозицию, требующуюся для достижения заданной точности результатов, и, наоборот, оценивать точность, которая будет достигнута при заданной экспозиции. Расчеты при этом ведутся по всем гамма-линиям интересующего нуклида.
• При анализе образцов с малой активностью обеспечивается возможность корректного учета вклада внешнего и внутреннего фона в результаты измерений и оценка влияния фона на погрешность. В состав ПМК GeSAS включены программные средства для определения характеристик фона из экспериментальных данных и включения этих данных в рабочие библиотеки.
• Анализ спектров может проводиться в полностью автоматическом режиме и ручном режимах. В ручном режиме предоставляется возможность обработки отдельных пиков. Каждый вариант такой обработки сопровождается расчетом соответствующих показателей, позволяющих объективно контролировать качество обработки в зависимости от реализованного выбора границ пика, типа пика и т.д.

Учет эффекта каскадного суммирования (КС) гамма-квантов.

Программа реализует корректный учет эффекта каскадного суммирование (КС) гамма-квантов

• при определении активностей радионуклидов из измеренных спектров образцов
• при калибровке спектрометра по эффективности.

Для этих целей в состав программного и методического обеспечения комплекса включены:

• Метод учета эффектов КС и вычислительные алгоритмы для расчета величины эффектов КС.
• Средства учета КС в программах анализа спектров и калибровки спектрометров.
• Наборы ядерных данных для расчета КС.
• Методы и программы создания наборов ядерных данных, используемых в дальнейшем для расчета КС и развития соответствующих библиотек.
• Вспомогательные программы для расчета величины эффектов КС.

Программные и методические средства для калибровки спектрометра.

Программа обеспечивает выполнение следующих видов калибровок:

• По энергии.
• По форме и ширине пика.
• По эффективности в пике полного поглощения.
• Калибровка по чувствительности, в т.ч. для пиков, не связанных напрямую с гамма-переходами: пиков сумм и пиков вылета одного и двух аннигиляционных квантов.
• Калибровка по полной эффективности для учета эффекта КС.

Метод и программа калибровки спектрометра по абсолютной эффективности в пике полного поглощения, позволяющие на основе экспериментальных данных:

• автоматически выбирать оптимальный вид функции, описывающей зависимость абсолютной эффективности регистрации в пике полного поглощения от энергии гамма-квантов, и вычислять по имеющимся экспериментальным данным ее параметры, оценки погрешностей параметров и корреляцию между ними;
• использовать для калибровки по абсолютной эффективности в пике полного поглощения совместно с источниками с известной абсолютной активностью также и источники с неизвестной абсолютной активностью, что позволяет увеличить количество доступных экспериментальных данных и тем самым повысить точность калибровки и расширить ее энергетический диапазон;
• учитывать искажение спектров калибровочных источников эффектами каскадного суммирования, что позволяет использовать для калибровки источники со сложными схемами распада, что, в свою очередь позволяет не ограничиваться при калибровках «некаскадными» радионуклидами, т.е. использовать большое количество источников и тем самым повышать точность калибровки и расширять ее энергетический диапазон;
• учитывать отличия в плотности и химическом составе калибровочных источников от реальных измерительных образцов, что позволяет увеличить количество доступных экспериментальных данных и тем самым повысить точность калибровки и расширить ее энергетический диапазон.

Метод и программа калибровки спектрометра по полной эффективности, позволяющие по ограниченному числу моноэнергетических калибровочных источников получать значения полной эффективности спектрометра в различных геометриях измерений.

Метод и программа для коррекции результатов на поглощение гамма-квантов в объемных образцах различной плотности и учета различия этого поглощения в измеряемых и калибровочных образцах.

Метод и программа учета химического состава объемных образцов и различия химического состава измеряемых и калибровочных образцов.

Метод и программа расчета эффективности для произвольных измерительных геометрий.

Сервисные функции.

Результаты работы ПМК GeSAS могут быть оформлены как в виде готовых отчетов, так и в виде файлов данных пригодных для их последующего компьютерного анализа, который может потребоваться при решении конкретных прикладных задач.

ПМК GeSAS обеспечивает возможность работы со спектрами следующих форматов:

• собственный формат SasGeSample (*.spa, *.spz);
• Ortec (*.chn, *.spe);
• Ortec GammaVision (*.spc);
• Canberra S100 (*.mca);
• Canberra Genie 2000 (*.cnf);
• AnGamma v3.3 (*.spc);
• LSRM (*.spe);
• SBS v4.0 (*.spr);
• Гринстар (*.sps);
• Прогресс-2000 (*.spc);
• Спектр (*.anl, *.clb);
• ASCII IEC (*.iec);
• IAEA (*.spe);
• Aptec v6.3 (*.sp0);
• GammaMCA-8000 (*.spk).

Существующая как в составе ПМК GeSAS, так и автономно, специальная программа-конвертор обеспечивает возможность добавления поддержки спектров любых других форматов.