Измерительной информации аппаратурных спектров
Вывив применимость спектрометрического метода для решения конкретной измерительной задачи, необходимо однозначно определить порядок использования первичных данных об объекте измерения для получения конечной информации в соответствии с условиями поставленной задачи. Поэтому сначала первичные данные должны соответствующим образом интерпретироваться для их последующего преобразования в вид, удобный для практического применения. Известно, что полученную со спектрометрического блока детектирования распределение импульсов по определенным параметрам (например, импульсов напряжения или тока, время их регистрации) спектрометр фиксирует в виде аппаратурного спектра, в определенной степени отображающего плотность вероятности распределения частиц либо по энергии либо во времени. В практике современных спектрометрических измерений в подавляющем большинстве случаев используют информацию об энергетическом распределении частиц, собственно о котором и будет идти далее речь. Информация же о распределении частиц во времени используется реже и находит практическое применение, например, в нейтронной спектрометрии (измерение энергии нейтронов по времени пролета), в мессбауэpовской спектрометрии (поканальный счет импульсов в зависимости от ускорения или скорости источника относительно исследуемого образца). Всегда при обработке аппаратурных спектров, отображающих энергетическое распределение зарегистрированных частиц, приходится решать две основные задачи по обработке аппаратурных спектров, которые в научно-технической литературе именуются качественным и количественным анализом спектров. Они сводятся к тому, что нужно: 1. Выявить в аппаратурном спектре по заданным признакам наличие характерных участков спектра, которые могут представлять непосредственный интерес для интерпретации результатов измерений. В большинстве случаев прикладной спектрометрии такими участками являются пики распределения, обычно сопутствующие процессу полного поглощения энергии частицы или кванта в чувствительной области детектора. Существенно реже в практике спектрометрических измерений этими участками могут быть высокоэнергетические края комптоновского распределения, пики вылета, пики или края распределений рассеяния, пики Ландау, обусловленные удельными потерями энергии, и т.п. 2. Предписать найденным участкам спектра количественные характеристики, к которым относятся: - их положение в шкале спектрометра; - площадь этих участков. Использование данных качественного и количественного анализа аппаратурных спектров позволяет перейти к решению последующих подзадач спектрометрии, которые можно сформулировать следующим образом: 1. Определить энергетический спектр зарегистрированных детектором частиц, т.е. перейти от аппаратурного спектра к спектру энергий частиц, падающих на детектор (обратная задача спектрометрии). 2. Результаты решения этой подзадачи могут использоваться, например, для определения параметров поля ионизирующих излучений, в фундаментальных и прикладных исследованиях, в дозиметрии, в физике защиты, управлении технологическими процессами. 3. Определить энергетический спектр частиц, испущенных исследуемым объектом. Результаты решения этой подзадачи в основном используются для определения параметров объекта измерения, находящегося в условиях либо заданной (или известной), либо фиксируемой геометрии. Реализация этой подзадачи находит применение в практике определения количеств радионуклидов или возбужденных атомов при радионуклидном, изотопном или элементном количественном анализе, в фундаментальных и прикладных исследованиях, в технологическом контроле. 4. Определить отношение площадей выделенных или заданных участков аппаратурного спектра (энергетических окнах). Решение этой подзадачи позволяет определить относительные интенсивности линий аппаратурного спектра. Обычно решение этой подзадачи широко применяется при обработке однотипных детерминированных спектров. Типичный пример применения такого технического решения - это массовый, или рутинный, анализ однотипных образцов или объектов, например, при активационном и pентгенофлуоpесцентном анализе, при контроле биологических образцов и проб окружающей среды. В этом случае нет необходимости накапливать весь спектр излучения, а достаточно регистрировать распределение информационных сигналов в выделенных энергетических интервалах, которые представляют интерес для выполнения анализа. Обработка данных тогда сводится к операциям с числами, характеризующими количество импульсов в этих интервалах, что является одним из способов сжатия информации в спектрометрических измерениях. На рисунке 1 схематически показана информационная взаимосвязь между постановкой измерительной задачи и наиболее характерными областями применения спектрометрического метода.
Рис. 1.Структурные варианты построения спектрометров
На ранних этапах развития спектрометрического метода качественный и количественный анализ измеренных спектров был только прерогативой пользователя спектрометра, который при обработке спектра полагался в основном на свои опыт и знания. В этом случае интерпретация спектра в существенной мере определялась субъективным фактором. В период расцвета применения сцинтилляционной спектрометрии достигнутые погрешности в определении энергии частиц составляли 0,05-0,5%, а неопределенности интенсивностей спектральных линии - около 1 процента. Широкое внедрение в научную и производственную практику спектрометров с ППД с использованием СВТ и совершенствование методик измерений позволяет определять значения энергии частиц с погрешностями 10-2–10-4 %, а интенсивностей линий – с неопределенностью около 1% и менее. В обоих случаях относительные интенсивности линий в основном определяются статистикой отсчетов. Эти факторы, с одной стороны, привели к ужесточению требований к таким параметрам спектрометров с ППД как интегральная нелинейность(основная погрешность) и стабильность характеристики преобразования, а с другой стороны, потребовали снизить до возможного минимума субъективный фактор при интерпретации спектров, в которых интенсивности пиков, нередко перекрывающихся, различаются на несколько порядков. Все это привело к необходимости создания надежных алгоритмов обработки спектров, а возрастающий поток информации потребовал создания экспрессных методов ее обработки. Качественным выходом из создававшейся ситуации явилась разработка специализированных измерительных установок, использование средств вычислительной техники для обработки большого объема спектрометрической информации и создание различных программ обработки измерительной информации, а также новых подходов и методов метрологического обеспечения спектрометрических измерений.
|
