Метрология

Для успешной работы с гамма-спектрометром необходимо знать такие его характеристики, как энергетическое разрешение, энергетический диапазон, форму кривой эффективности, дифференциальную и интегральную нелинейность энергетической характеристики. Все эти параметры (и некоторые другие) определяются при аттестации спектрометра.

Метрологическая аттестация спектрометра – необходимое условие при его вводе в эксплуатацию, смене помещения, ремонте или замене некоторых блоков, смене геометрии измерения, словом, при всяких переменах, могущих привести к изменению хотя бы одной из его характеристик. Кроме того, аттестация проводится не реже одного раза в год для нормально работающего спектрометра.

Метрологическая аттестация производится специалистами метрологической службы, аккредитованной Белстандартом РБ на проведение подобных работ. Для предприятий, осуществляющих государственный контроль за качеством продуктов питания, стройматериалов, леса, почв, и других объектов и аккредитованных на проведение этих работ, государственная аттестация спектрометра – необходимое условие законности их деятельности. Для предприятий, ведущих научные исследования или внутренний контроль некоторых параметров продукции без выдачи сертификатов или им подобных документов, аттестацию спектрометров могут проводить специалисты предприятия.

Разделяют первичную и вторичную аттестации. Первичная аттестация обычно проводится при вводе спектрометра в эксплуатацию, перемене конфигурации спектрометра или смене геометрии измере­ния. При проведении первичной аттестации определяются следующие параметры:

1. Диапазон энергий – означает диапазон энергий гамма-квантов, для которого действительны все параметры, определяемые при аттестации;

2. Энергетическое разрешение для одной или нескольких энергий;

3. Интегральная нелинейность энергетической характеристики;

4. Долговременная нестабильность энергетической характеристики за восемь часов непрерывной работы;

5. Кривая эффективности регистрации lg(ε)=А₁+А₂lgЕ (или несколько значений эффективности) для всех геометрий, в которых будут вестись измерения;

6. Погрешность построения кривой эффективности;

7. Минимально измеряемая активность для одного или нескольких нуклидов за один час измерений.

Последний параметр порождает больше всего вопросов. Он характеризует наименьшую активность данного нуклида в пробе, которую еще можно достоверно определить за время измерения один час. "Достоверно" в данном случае означает с погрешностью менее 100% с доверительной вероятностью 0,96. Что это такое, мы подробно рассмотрим дальше.

Перечисленные параметры при аттестации определяются как для сцинтилляционного, так и для полупроводникового спектрометров. Для ППД кроме того определяется еще максимальная входная загрузка, а также уширение и сдвиг пика полного поглощения Со-60 соответствующего энергии 1332 кэВ при изменении входной загрузки с10³ до 10⁵ имп/с. Почему происходит уширение пика, известно из главы, посвященной влиянию шумов; сдвиг пика связан с теми же причинами, но немного иначе. На рисунке 2 показан типичный импульс с ППД. Он характеризуется коротким передним фронтом и длинным задним. Ток, проходящий по цепи детектора, приводит к кратковременному снижению напряжения на детекторе. Сначала напряжение скачком падает, потом медленно восстанавливается до исходного уровня. Если гамма-квант попадает в детектор, когда напряжение еще не достигло нормального уровня, то импульс, произведенный им, будет меньше по амплитуде. Если загрузка велика, то большинство импульсов будет меньше, следовательно, пик в спектре сместится в сторону меньших энергий.

Рис. 13. Наложение импульсов при большой загрузке ППД

Вторичная аттестация нужна для подтверждения и уточнения параметров, измеренных при первичной аттестации, поэтому проходит быстрее (конечно, при условии, что параметры существенно не изменились). При вторичной аттестации не измеряют эффективность регистрации, если измерение активности образцового источника показало хорошую сходимость с активностью, указанной в свидетельстве на источник. Для ППД, кроме того, не измеряют уширение и сдвиг пика и не определяют максимальную загрузку.