Мессбауэровский спектрометр

(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Евдокимов Виктор Александрович Холмецкий Александр Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Мессбауэровский спектрометр, содержащий радиоактивный источник, установленный на подвижном штоке доплеровского модулятора, драйвер модулятора, исследуемый образец, коллиматор излучения, детектор, одноканальный амплитудный анализатор, устройство накопления и систему синхронизации работы устройства накопления и драйвера модулятора, причем выход драйвера модулятора соединен со входом модулятора, выход детектора через одноканальный амплитудный анализатор подключен к инкрементному входу устройства накопления, первый выход устройства синхронизации соединен со входом драйвера модулятора, второй выход устройства синхронизации подключен ко входу развертки устройства накопления, отличающийся тем, что в доплеровском модуляторе использован подвес штока из полимерных нитей, минимизирующий его габариты, и дополнительно введен полый толстостенный цилиндр, внутри которого размещены модулятор, источник, коллиматор, образец и детектор.(56) 1. Бильдюкевич Е.В., Гурачевский В.Л., Машлан М. и др. Гамма-резонансный комплекс на линии с микро-ЭВМ// - ПТЭ, - 1986. -6. -С. 62-63. 2..,.,. 995 Полезная модель относится к ядерно-физическим методам исследования вещества, в частности к гамма-резонансной спектроскопии, и может найти применение в научных исследованиях, учебном процессе ВУЗов, а также для решения прикладных задач материаловедении, химии, геофизики, биологии и т.д. Известен мессбауэровский спектрометр 1, использующий доплеровскую модуляцию энергии гамма-излучения по заданному закону и регистрацию интенсивности детектируемых гамма-квантов по этому же закону. Недостатком известных спектрометров является низкая точность измерений гамма-резонансных спектров за счет неконтролируемых вибраций между корпусом доплеровского модулятора и исследуемым образцом, а также низкая степень радиационной защиты. Наиболее близким к заявляемому является мессбауэровский спектрометр 2, содержащий радиоактивный источник, установленный на подвижном штоке доплеровского модулятора, драйвер модулятора, исследуемый образец, коллиматор излучения, детектор,амплитудный анализатор, устройство накопления и систему синхронизации работы устройства накопления и драйвера модулятора. Спектрометр позволяет измерять распределения интенсивностей детектируемых гамма-квантов (мессбауэровские спектры) по закону изменения скоростного сигнала и обеспечить высокую точность измерений при отсутствии механических вибраций между корпусом модулятора и исследуемым образцом. Недостатком спектрометра является снижение точности измерений при наличии механических или акустических вибраций между корпусом модулятора и образцом, а также сложность обеспечения радиационной защиты обслуживающего персонала. Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения распределения интенсивностей регистрируемых гамма-квантов по закону изменения относительной скорости, а также повышение степени радиационной защиты спектрометра при одновременном снижении его массо-габаритных характеристик. Поставленная задача решается тем, что в мессбауэровском спектрометре, содержащем радиоактивный источник, установленный на подвижном штоке доплеровского модулятора, драйвер модулятора, исследуемый образец, коллиматор излучения, детектор, одноканальный амплитудный анализатор, устройство накопления и систему синхронизации работы устройства накопления и драйвера модулятора, причем выход драйвера модулятора соединен со входом модулятора, выход детектора через одноканальный амплитудный анализатор подключен к инкрементному входу устройства накопления, первый выход устройства синхронизации соединен со входом драйвера модулятора, второй выход устройства синхронизации подключен ко входу развертки устройства накопления, в доплеровском модуляторе использован подвес штока из полимерных нитей, минимизирующий его габариты, и дополнительно введен полый толстостенный цилиндр, внутри которого размещены модулятор, источник, коллиматор, образец и детектор. Существенное отличие заявляемого устройства от известного состоит в том, что за счет применения полимерных нитей для подвеса штока доплеровского модулятора значительно снижаются его размеры и становится возможным использование толстостенного цилиндра для механического соединения модулятора и держателя образца, исключающего появление неконтролируемых механических вибраций между корпусом модулятора и образцом. Одновременно цилиндр защищает образец от акустических вибраций. Кроме того,размещение источника излучения и детектора внутри полого цилиндра позволяет повысить степень радиационной защиты персонала за счет создания замкнутого объема, поглощающего гамма-излучение радиоактивного источника в угол 4. Блок-схема заявляемой полезной модели приведена на фиг. 1. На фиг. 2 приведена схема крепления штока модулятора полимерными нитями, и на фиг. 3 приведена амплитудно-частотная характеристика доплеровского модулятора. Схема фиг. 1 содержит драйвер модулятора 1 с системой электродинамической обратной связи, доплеровский модулятор с полимерным подвесом штока 2, источник излучения 3,2 995 механически соединенный со штоком модулятора, коллиматор 4, исследуемый образец 5,детектор 6, полый толстостенный цилиндр 7, одноканальный амплитудный анализатор 8,устройство накопления информации 9 и устройство синхронизации 10, причем выход драйвера модулятора 1 соединен со входом модулятора 2, выход детектора 6 через одноканальный амплитудный анализатор 8 соединен с инкрементным входом устройства накопления 9, первый выход устройства синхронизации 10 подключен ко входу драйвера модулятора 1, второй выход устройства синхронизации 10 подключен ко входу временной развертки устройства накопления 9, модулятор 2 с источником 3, коллиматор 4, образец 5 и детектор 6 помещены во внутрь цилиндра 7 корпус модулятора и образец механически соединены со стенками цилиндра 7, и на торцах цилиндра установлены толстостенные свинцовые шайбы 11. Устройство работает следующим образом. Драйвер модулятора 1 задает опорный сигнал скорости, изменяющийся по периодическому линейному закону. Доплеровский модулятор 2 реализует движение источника 3 по этому же закону изменения скорости. Излучение источника 3, прошедшее через коллиматор 4 и исследуемый образец 5, регистрируется детектором 6. Из спектра регистрируемых гамма-квантов одноканальный амплитудный анализатор 8 выделяет линию резонансного взаимодействия. Сигналы с выхода анализатора 8 поступают на инкрементный вход устройства накопления 9. Система синхронизации 10 производит временную развертку регистрирующих каналов устройства накопления 9 синхронно с линейно изменяющимся опорным сигналом драйвера 1. В результате каждый канал устройства накопления 9 соответствует определенному значению текущей скорости источника 3 и, следовательно, энергии регистрируемых мессбауэровских гамма-квантов. Распределение интенсивностей детектируемых событий по энергиям гамма-квантов представляет собой измеряемый мессбауэровский спектр. Точность соответствия между измерительным каналом и текущим значением скорости определяется точностью работы системы электродинамической обратной связи драйвера модулятора 1, обеспечивающей соответствие задаваемого и реального сигналов скорости. Работа такой системы основана на сравнении опорного сигнала с сигналом измерительной катушки доплеровского модулятора 2. В современных мессбауэровских спектрометрах системы электродинамической обратной связи обеспечивают соответствие этих двух сигналов на уровне лучше 0,1 . Однако измерительная катушка доплеровского модулятора 2 фактически измеряет скорость между подвижным штоком и корпусом модулятора 2, тогда как относительные механические и акустические вибрации между корпусом модулятора 2 и исследуемым образцом 5 никак не контролируются. Это приводит к снижению скоростного разрешения мессбауэровского спектрометра. В то же время установление жесткой механической связи между корпусом модулятора и исследуемым образцом при стандартных массо-габаритных характеристиках известных модуляторов (диаметр кожуха свыше 10 см и масса до нескольких кг) приводило бы к значительному увеличению веса всей системы и неудобству эксплуатации мессбауэровского спектрометра. В заявляемом устройстве используется миниатюрный доплеровский модулятор, в котором минимизация его массо-габаритных характеристик достигается за счет использования полимерных нитей для подвеса штока, вместе известного решения, основанного на использовании металлических пружин. Схема укрепления штока модулятора полимерными нитями приведена на рис. 2. На рис. 3 показана амплитудно-частотная характеристика такого модулятора. Частота основного резонанса составляет около 35 Гц, что близко к стандартной частоте циклов развертки устройства накопления (20-30 Гц). Размеры модулятора 3462 мм, вес 360 г. Радикальное снижение габаритов модулятора позволяет использовать полый толстостенный цилиндр для соединения его корпуса с исследуемым образом, что полностью исключает возникновение относительных вибраций между ними. 3(1)2-(-)2,где-плотность вещества цилиндра- длина цилиндравнешний радиус и- толщина стенок. Чем толще стенки цилиндра, тем надежнее защита от вибраций. Оценим величину М при 10 мм. Тогда 2,2 где- диаметр модулятора. Из формулы (1) видно, что масса цилиндра пропорциональна квадрату диаметра модулятора, и снижение его размеров позволяет значительно уменьшить М. При 34 мм получаем 55 мм. Задавая типичное значение 400 мм и 8,9 г/см 3 (латунь), получаем при найденных выше численных значениях М 4,9 кг,что является вполне допустимой величиной. Для сравнения можно провести расчет для стандартного модулятора диаметром 100 мм и более. Тогда при 10 мм, 60 мм (при 100 мм). Отсюда М 12,3 кг, что делает неудобным практическое применение метода подавления вибраций, основанного на использовании полого цилиндра. Кроме того, стенки латунного цилиндра толщиной 10 мм практически полностью поглощают излучение большинства мессбауэровских изотопов (например, для самого распространенного изотопа - 57 - максимальная энергия гамма-излучения равна 136 кэВ,пробег которого в латуни составляет менее 1 мм). А использование свинцовых шайб 11(фиг. 1) на торцах полого цилиндра (с достаточной толщиной 5 мм) полностью перекрывает излучение источника в телесном угле 4 и обеспечивает высокую защиту от радиоактивного излучения источника. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.