آشنایی با سیستم ­های شمارش آشکارساز پرتوها و رادیو نوکلئوتیدهای هسته ای

آشنایی با سیستم ­های شمارش آشکارساز پرتوها و رادیو نوکلئوتیدهای هسته ای

روش نمونه‌سازی و آماده سازی و شمارش نمونه‌ها و آشنایی با سیستم‌های شمارش

فرمت: WORD  تعداد صفحات: 55

طیف سنجی:

پرتوهای یون­ساز علی­رغم تاثیراتی که در محیط برجای می ­گذارند، از دید حواس پنجگانه ما پنهان هستند. برای آشکار کردن این پرتوها باید آنها را به علایمی تبدیل کنیم که برای ما قابل درک باشد. ابزارهایی که به این منظور به کار می­روند آشکارساز (Detector) نامیده می­ شوند. آشکارسازها به کمک علایم الکتریکی، بارقه­ های نوری، تغییرات شیمیایی و … نشانه­ هایی از از حضور پرتو پدید می­ آورند. اما در غالب موارد علاوه بر درک حضور پرتوها، مایلیم اطلاعاتی درباره انرژی آنها به دست آوریم. در چنین مواقعی باید ارتباطی بین انرژی پرتو فرودی و عکس­ العمل آشکارساز وجود داشته باشد، به طوری که بتوانیم پرتوهای با انرژی مختلف را از هم تمیز دهیم.

برای این منظور معمولاً آشکارسازهایی انتخاب می­ شوند که در نهایت علامت الکتریکی از حضور از حضور پرتو بر جای می­ گذارند. که با چنین علایمی ساده­ تر و امکان­ پذیرتر است. ضمایم الکترونیکی یک آشکارساز امکان پردازش علایم ایجاد شده را فراهم می­ کنند و دسته ­بندی پرتوهای رسیده بر حسب انرژی را میسر می­ سازند. به این فرآیند اصطلاحاً «طیف ­نگاری» گفته می­ شود. چنانچه آشکارسازی به گونه مناسب انتخاب و کالیبره شود، از آنالیز طیف به دست آمده می ­توان اطلاعاتی درباره نوع و میزان رادیونوکلوئیدهای موجود در چشمه به دست آورد. چنین فرآیندی «طیف­ سنجی» نام دارد. مثلاً در ارزیابی پرتوزایی محیطی در یک منطقه به دنبال کسب اطلاعاتی درباره نوع و میزان برخی رادیونوکلوئیدها در خاک آن منطقه هستیم.

پس از نمونه ­برداری از خاک و نمونه­ سازی نخستین گام در این مسیر انتخاب آشکارساز مناسب است. این کار با توجه به رادیونوکلوئیدهای مورد نظر، نوع و انرژی تابشی که ساطع می­کنند انجام می­ شود. سپس نمونه در یک وضعیت هندسی مناسب و برای زمان کافی در مقابل آشکارساز قرار داده می­ شود. سیستم آشکارسازی پرتوهایی را که از نمونه دریافت می­ کند برحسب انرژی آنها دسته ­بندی می­کند، تعداد پرتوهایی را که در هر بازه انرژی E+De قرار دارند می­ شمارد و در خروجی این اطلاعات را به صورت نمودار (طیف) در اختیار کاربر قرار می­دهد. شکل 1 یک نمونه از چنین طیفی را نشان می­دهد.

شکل 1: طیف تابش ثبت­ شده از یک نمونه

برآمدگی­ های طیف (peak) نشان می­دهند نمونه مانند یک چشمه رادیواکتیو پرتوهایی با انرژی­ های معین ساطع می­کند. از سوی دیگر هر رادیونوکلوئید با پرتوهایی که تابش می­کند شناسایی می ­شود. به این ترتیب هر یک از پیک­ های طیف نشانه تابش خاصی هستند که نماینده حضور رادیونوکلوئید معینی در نمونه است. چنانچه آشکارساز کالیبره باشد، از آنالیز طیف به دست­ آمده می­توان نوع و اکتیویته هر یک از رادیونوکلوئیدهای موجود در نمونه را تعیین کرد. شکل 2 قسمت­ های مختلف یک سیستم طیف­ سنجی را نشان می­ دهد. در ادامه عملکرد هر یک از اجزا به اختصار بیان شده است.

شکل 2: نمای کلی از یک سیستم طیف­ سنجی (spectrometry)

1 ـ 1 منبع تغذیه ولتاژ بالا: (High-Voltage power Supply –HVPS)

منبع تغذیه ولتاژ بالا (HVPS) ولتاژ لازم برای عملکرد آشکارساز را فراهم می ­کند. به علاوه HVPSها تاثیر افت و خیزهای متداول در ولتاژ برق شهری را به حداقل می­ رسانند و ولتاژ ثابتی برای سیستم آشکارسازی فراهم می ­کنند. (24)

1ـ2 ـ پیش­ تقویت­ کننده (Preamplifier)

علامت الکتریکی که توسط آشکارساز تولید می­ شود بسیار ضعیف است و پیش از ثبت شدن باید هزاران بار تقویت شود اما این علامت برای رسیدن به تقویت­ کننده باید از یک کابل عبور کند که خود باعث تضعیف آن می ­شود. اگر علامت خروجی آشکارساز خیلی ضعیف باشد، در مسیرهای انتقال به تقویت کننده ممکن است در نوفه ذاتی مدار گم شود. پیش ‌تقویت‌کننده تا حد امکان نزدیک به آشکارساز قرار می­ گیرد تا به علامت شکل داده و تضعیف آن را کاهش دهد.

1ـ3 ـ تقویت­ کننده (Amplifier)

تقویت ­کننده علامت تولید شده توسط آشکارساز را تا هزار بار تقویت می­ کند.(24)

1ـ4ـ اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ در یک شاخه جانبی قرار می­ گیرد و به کمک آن می­ توان پیش از هرگونه اندازه ­گیری کیفیت علامت و نیز سطح نوفه الکتریکی را کنترل کرد. چنانچه علامت مناسب نباشد، باید چشمه نوفه را شناسایی کرده و آن را حذف کرد.

1ـ5 ـ تحلیل­گر تک ­کانال (Single – channel Analyzer – SCA)

SCA امکان دسته ­بندی پرتوهای رسیده به آشکارساز را برحسب انرژی فراهم می­ کند. این ابزار با به کارگیری مدارهای آستانه تنها برای پالس­ هایی که ارتفاع معینی دارند در خروجی یک پالس ایجاد می ­کند. شکل 3 چگونگی انجام این کار را نشان می ­دهد. SCA تنها به ازای پالس­ هایی که ارتفاع آنها در بازه V و  قرار دارد، در خروجی یک پالس با ارتفاع معین ایجاد می­ کند.

شکل 3- نمایش عملکرد SCA

شمارنده (Counter): شمارنده به ازای هر تپی که دریافت می­ کند، یک شماره به حاصل پیشین می ­افزاید. به طوری که در پایان زمان شمارش تعداد تپ ­های رسیده به آشکارساز مشخص می­ شود.

زمان­ سنج: ساعت زمان آغاز و پایان شمارش را مشخص می­ کند.

1ـ 6ـ تحلیل­گر چند کاناله (Multichannel Analyzer – MCA)

MCA عموماً به صورت مجموعه ­ای از SCAها عمل می­ کند. SCA تنها می­ تواند پرتوهای رسیده در یک بازه معین انرژی  را شمارش می­ کند. با استفاده از MCA می ­توان به طور همزمان پرتوهای رسیده به آشکارساز در بازه­ های مختلف انرژی را به تفکیک شمارش کرد. شکل ذیل نمودار ساده­ای از نحوه عملکرد MCA را نشان می­دهد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ اندازه گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای

⇐ آشکارسازهای گازهای قابل اشتعال

⇐ تجهیزات و سنسورهای سنجش گاز