На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Оценка возможностей прямого измерения распределения ядерных частиц по энергиям, условия применения для этих целей полупроводникового гамма-спектрометра. Устройство и принцип действия спектрометра, его основные составные части. Аппаратурная форма линии.

Информация:

Тип работы: Курсовик. Предмет: Схемотехника. Добавлен: 12.05.2010. Сдан: 2010. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


21
Измерение низкоэнергетических г - квантов. Спектрометрия КХ - г - излучения

Введение

Известны различные способы диагностики злокачественных новообразований, основанные на микроскопическом, цитологическом, иммунологическом и биохимическом анализе крови и лимфы.

Однако эти способы позволяют диагностировать опухоли лишь некоторых локализаций, при этом надежность диагноза и чувствительность тестов недостаточно высокая.

Более ясную картину даёт радионуклидная диагностика. Но и тут иногда возникают неясности. Например, эта диагностика не сможет отличить доброкачественную опухоль от злокачественной. К тому же иногда возникают артефакты - объекты, которые являются следствием несовершенства электронной схемы анализатора. Они видны на изображении как различные образования, но в реальности они отсутствуют. Применение в комплексе со спектроскопией спектрометрии позволяет снять эту неопределённость.

Злокачественные новообразования можно выявить путем определения содержания определённых химических элементов в биологической жидкости больного. Например, в сухом остатке лимфы определяют концентрацию цинка, алюминия и сурьмы и при содержании двух исследуемых элементов соответственно от 50 мкг/г до 350 мкг/г, от 70 мкг/г до 430 мкг/г и от 80 нг/г до 4 мкг/г диагностируют злокачественную опухоль.

Сущность метода следующая: под местной анестезией из лимфатического сосуда берут небольшое количество лимфы, затем лимфу высушивают и анализируют на содержание нужных химических элементов. Анализ проводят с помощью г - спектрометрии.

Её проводят следующим образом: сухой остаток лимфы запаивают в полиэтиленовую плёнку и облучают в горизонтальном канале ядерного реактора (при этом достигается поток n около 1013) в течение трёх минут. Затем через 1,5 минуты в течение 5 минут проводят гамма - спектрометрию с целью определения концентрации алюминия . Далее пробу переупаковывают в контейнер из высокочистой алюминиевой фольги и облучают ещё в течение 5 суток. Потом 30 минут проводили гамма - спектрометрию с целью определения концентраций и . При этом статистическая погрешность определения концентраций составляет: для Al - 3%, для Zn - 0.5%, для Sb - 4%.

Измерение спектров с помощью полупроводникового гамма-спектрометра

Прямое измерение распределения ядерных частиц по энергиям N(E) в большинстве практических случаев невозможно. На практике обычно измеряют распределение частиц F(A), где параметр А должен быть однозначно связан с энергией регистрируемых частиц Е, т.е. A = f(E). Затем по измеренному распределению F(A) и связи параметра А с энергией Е восстанавливают искомый спектр частиц N(E) = F (f(E)). Спектрометры, в которых реализуется линейная связь между А и Е называются линейными спектрометрами. Математический вид функций N(E) и F(A) в таких спектрометрах одинаков.

В рассматриваемом нами полупроводниковом спектрометре параметром А является амплитуда импульса U, получаемого на выходе из детектора.

Амплитуда выходного импульса детектора пропорциональна энергии ядерной частицы. Следовательно, измерив распределение ядерных частиц, зарегистрированных детектором, по амплитудам импульсов, можно найти распределение этих частиц и по их энергиям, т.е. определить энергетический спектр ядерного излучения.

Измерение и сортировка импульсов напряжения по амплитудам выполняется специальными электронными устройствами, которые называются многоканальными амплитудными анализаторами импульсов. Амплитуда импульсов, поступающих на вход многоканального амплитудного анализатора, имеет, вообще говоря, непрерывный характер распределения. Анализатор разделяет весь диапазон возможных значений амплитуд (0 - Umax) на К одинаковых участков U, называемых каналами. Импульсы, амплитуда которых лежит в пределах [mU (m+1)U], где m=0,1…K-1, фиксируются анализатором как одинаковые и регистрируются в его канале с номером m. Таким образом, непрерывное распределение амплитуд импульсов на входе в анализатор преобразуется в дискретное распределение импульсов по амплитудам с шириной шага U, называемое гистограммой. Число каналов анализатора К обычно равно 2n, например, 256, 512, 1024 и т.д. Чем больше число каналов, тем точнее измеряется спектр излучения. Действительно, чем больше каналов имеет анализатор, тем меньше будет ширина канала U, следовательно, тем точнее гистограмма спектра отражает реальное распределение частиц по амплитудам импульсов и тем точнее можно восстановить энергетический спектр ядерного излучения. В нашей работе мы используем анализатор, имеющий 4096 каналов.

Устройство спектрометра

В основе полупроводникового гамма - спектрометра лежит полупроводниковый детектор гамма - излучения. Формирование электрического импульса с детектора происходит в несколько этапов.

На первом этапе в полупроводнике возникают свободные носители заряда. Т.к. гамма - кванты электрически нейтральны, то непосредственная их регистрация невозможна. При прохождении гамма - кванта, квант может либо рассеяться на электроне, либо поглотиться; образование пар маловероятно, т. к. энергия, рассматриваемого нами КХ - излучения, обычно меньше порогового значения образования пар. В любом случае в полупроводнике возникают быстрые электроны, которые выбивают другие электроны в каскадном процессе ударной ионизации из различных энергетических зон, в том числе и самых глубоких. Этот процесс продолжается до тех пор, пока энергия частицы не станет меньше некоторого порогового значения, примерно равного 1,5 , где - ширина запрещённой зоны. Эта стадия длится примерно , что сравнимо со временем замедления частицы в веществе.

На втором этапе в результате различных взаимодействий электронов с кристаллической решёткой электроны «падают» на дно зоны проводимости, а дырки поднимаются к верхнему краю валентной зоны, т.е. в системе устанавливается состояние с минимальной энергией. Вторая стадия также длится в среднем , и затем распределение скоростей носителей заряда становится тепловым. Т.о. генерация и замедление носителей до тепловых скоростей заканчивается вместе с замедлением ионизирующей частицы.

На следующей стадии с помощью внешнего электрического поля, подведённого к электродам, собирают носители заряда, и полученный импульс тока поступает далее на схему анализа. Следует отметить, что наряду с процессом генерации носителей заряда происходит и обратный процесс их рекомбинации, характеризующийся временем жизни носителей . Следовательно, для хорошей работы детектора необходимо, чтобы время сбора заряда было много меньше . Также следует учесть, что входная цепь анализирующей цепи характеризуется своим временем релаксации и, очевидно, чтобы измерительная цепь не искажала сигнал, необходимо чтобы время сбора заряда было меньше .

Блок - схема простейшего гамма - спектрометра.

21

Рис. 1

Он состоит из полупроводникового детектора, обычно помещаемого в экран, который служит защитой от внешнего фонового излучения, согласующего блока (предусилителя), линейного усилителя импульсов и многоканального амплитудного анализатора. Энергия зарегистрированного г - кванта определяется по высоте амплитуды импульса снимаемого с выхода детектора.

Требования, предъявляемые к усилителям, определяются характером импульсов, снимаемых с детектора. Так как фронт импульса (его нарастание по времени) очень короткий, то спектрометрические усилители должны обладать широкой полосой пропускания. Коэффициент усиления, должен быть стабильным и не зависеть от амплитуды усиливаемого сигнала, иначе форма спектра будет искаженной, произойдет уширение пиков и их смещение, т.е. получится несоответствие между действительной амплитудой импульса с детектора и положением канала анализатора, в который эта амплитуда записывается. Немаловажное требование к спектрометрическому усилителю - минимальный уровень собственных шумов, поскольку отношение сигнал/шум является определяющим при регистрации г - квантов малой энергии.

Основными требованиями, предъявляемыми к высоковольтному источнику питания детектора, является высокая стабильность напряжения. Практически стабильность источника высокого напряжения должна быть не хуже (0.01 -0.05)%.

Спектры гамма-квантов анализируются многоканальными амплитудными анализаторами.
Амплитудный анализатор выполняет две функции:
- измерение амплитуд импульсов, поступающих с детектора,
- накопление распределения импульсов по амплитудам.
Анализаторы в полупроводниковых гамма - спектрометрах обычно имеют 512 каналов и более. Поэтому получение результатов спектрометрических измерений сопряжено с хранением и обработкой значительных массивов информации. Современные анализаторы могут непосредственно встраиваться в канал компьютера или связываться с компьютером посредством стандартных интерфейсов. В этом случае поступающая с анализатора информация может накапливаться непосредственно в оперативной памяти компьютера, обрабатываться соответствующим программным обеспечением, записываться в устройствах долговременного хранения информации. Эти возможности существенно облегчают выполнение спектрометрических задач.
Аппаратурная форма линии

Для решения задач полупроводниковой гамма - спектрометрии необходимо знать форму аппаратурной линии спектрометра, т.е. аппаратурный спектр (гистограмму) для монохроматического источника гамма-квантов. Форма аппаратурной линии определяется параметрами детектора и зависит от энергии гамма-квантов.
В детекторах относительно малых размеров (~ 10 - 20 мм) многократные взаимодействия гамма-квантов маловероятны. В этом случае распределение вторичных заряженных частиц по энергиям можно представить следующим образом:
1. Моноэнергетические электроны, возникающие при фотопоглощении г - квантов атомами вещества детектора. Энергия таких электронов равна энергии г - кванта за вычетом энергии связи К-электрона (реже L- или M-) в атоме. Возбужденный атом переходит в основное состояние путем испускания характеристического рентгеновского излучения или Оже - электрона, которые легко поглощаются веществом. Поэтому практически вся энергия регистрируемого г - кванта превращается в кинетическую энергию вторичных электронов. Это приводит к тому, что амплитуда импульса на выходе детектора, соответствующая процессу фотопоглощения г - кванта в детекторе, будет пропорциональна энергии гамма - кванта, а не энергии фотоэлектрона. Наблюдаемый при этом пик в спектре амплитуд импульсов называется пиком полного поглощения или фотопиком. В реальном детекторе всегда имеется неопределенность преобразования энергии кванта в амплитуду импульса детектора. Эта неопределенность обусловлена следующими факторами:
· тепловыми шумами детектора;
· нестабильностью характеристик детектора во времени;
· флуктуациями электрического тока в цепях питания и нагрузки детектора.
В результате этого фотопик в реальном аппаратурном спектре имеет значительную ширину. Его форма очень хорошо описывается распределением Гаусса:
, (1)
где S - площадь под пиком, n - номер канала ( - положение максимума пика), у - среднеквадратичное отклонение от его среднего значения.
2. Непрерывное распределение электронов в результате комптоновского взаимодействия. В этом случае амплитудный спектр импульсов является сплошным, а возможные значения энергии комптоновских электронов ограничены пределами
, (2)
где МэВ - энергия покоя электрона, Е и Ee - энергии г - квантов и электронов, измеренные в МэВ, соответственно. Таким образом, максимальная энергия комптоновских электронов ниже, чем энергия фотоэлектронов на величину.
(3).
Поэтому существует принципиальная возможность выделить пик полного поглощения из суммарного непрерывного спектра. Кривая распределения комптоновских электронов характеризуется весьма резким возрастанием около точки их максимальной энергии. Граница в аппаратурном спектре, соответствующая максимальной энергии комптоновских электронов, называется краем комптоновского спектра. По этой границе также можно определить энергию Е, как и по фотопику, но с существенно большей погрешностью.
На форму реального аппаратурного спектра дополнительное влияние оказывает утечка быстрых электронов из краевых частей сцинтиллятора и рассеянное
г - излучение от конструкционных элементов самого детектора. Утечка электронов приводит к некоторой деформации аппаратурного спектра. Однако, если сцинтиллятор не слишком мал, то доля электронов, выходящих из него, невелика. Рассеянные в конструкции детектора г - кванты имеют различную энергию и направление. Среди них существенную роль играют кванты, рассеянные обратно в сцинтиллятор от примыкающих к нему элементов детектора и экрана, защищающего детектор от внешнего фонового излучения. На основании выражения для энергии рассеянного кванта при комптоновском эффекте.
, (4)
где - угол рассеяния, можно сделать вывод, что в случае обратного рассеяния
( ~ 1300 - 1800) энергия рассеянных гамма-квантов меняется мало. Поэтому на аппаратурной линии может наблюдаться пик, соответствующий данной энергии - пик обратного рассеяния.

Основные характеристики полупроводникового гамма-спектрометра

Относительная простота и необходимая точность определения энергии г - квантов через амплитуду импульсов достигается при условии, что вся система гамма - спектрометра линейна. Требование линейности означает существование пропорциональности между энергией г - кванта, поглощенной в детекторе и номером канала анализатора, соответствующего положению пика полного поглощения. Линейность является одной из важнейших характеристик спектрометра. Ее проверяют путем измерения спектров стандартных источников, испускающих г - кванты одной или нескольких известных энергий. Линейность является градуировочной характеристикой спектрометра, т. к. каждому каналу анализатора ставит в соответствие определенную энергию г - кванта. Вследствие линейности спектрометрической системы, энергия г - кванта E и номер канала Nk связаны ура и т.д.................


Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.