Методом βγ-совпадений

Необходимость определения активности радионуклида часто возни- кает в радиохимической практике. Так, при контроле окружающей среды на радиоактивные загрязнения, содержание радионуклидов в пробах пред- ставляется в виде удельной активности (Бк/кг). Оценка активности требу- ется при выпуске радиоактивных препаратов, при определении плотности потока активирующего излучения, в случае радиоаналитических прило- жений.

Связь между активностью радионуклида и скоростью счета радиометра представляется соотношением

n =ε_рег A _рн, (1)

где А _рн – активность радионуклида, Бк, ε_рег – коэффициент регистрации,

n – ско рость счета, отсчет/с. Обычно ε_рег<1 и зависит от многих факторов (геометрических условий, процессов рассеяния и поглощения излучения, чувствительности детектора и т. д.). Определить ε_рег можно методом ка- либровки по эталонному источнику или путем расчета на основе известных параметров регистрации. Расчет далеко не всегда позволяет получать кор- ректные результаты.

Разработаны экспериментальные методы определения активности ра- дионуклидов, которые большей частью сводятся к обеспечению условий, когда коэффициент ε_рег = 1. Указанное условие в случае β-излучателей обычно реализуется путем введения препарата в рабочий объем детектора (4 π – геометрия), чего можно достичь, нанеся радионуклид на тонкую по- лимерную пленку в безносительной форме или растворив в жидком сцин- тилляторе.

Простой способ определения активности радионуклида дает метод ре- гистрации βγ-совпадений. В подавляющем числе случаев бета-распад радио- нуклида приводит к образованию возбужденного ядра, которое переходит в основное состояние путем γ-перехода. Поскольку время жизни возбуж- денного уровня ядра обычно весьма мало (< 10^-8 c), можно принять, что квант и электрон испускаются в едином акте распада одновременно.

Если излучение радионуклида измерять двумя детекторами, один из которых регистрирует β-частицы, а другой γ-кванты, то с помощью электрон- ной системы (схемы совпадений) можно определить скорость счета од- новременных событий в обоих каналах. Скорость счета исследуемого препарата в каждом из каналов (n _β и n _γ) следует уравнению 1, а скорость

счета совпадающих событий (n _βγ) равна n _βγ = φ_βφ_γ А _рн. Из указанной системы уравнений легко получается соотношение для активности

А _рн = n _β n _γ/ n _βγ, (2)

Как видно из уравнения 2, метод совпадений позволяет определять активность радионуклида на основании нескольких измерений. Конечно, препарат не должен содержать посторонних радионуклидов. Аналогичным образом активность радионуклида можно определять методом γγ-сов- падений, но в этом случае имеются некоторые особенности, которые следут учитывать.

Схема установки для регистрации совпадений предстивлена на рисунке.

Следует кратко сказать о назначении отдельных блоков установки.

Усилитель-формирователь преобразует сигналы от детекторов в стандар- тные по амплитуде и длительности. Система задержки призвана согласо- вать время прохождения по каналам, которое может быть различным. Другое назначение этого блока состоит в том, чтобы путем переключения, наоборот, ввести значительное запаздывание сигналов одного канала от- носительно сигналов другого канала. В используемой установке задержка соответствует примерно 10 мкс. При включенной задержке одномоментные

импульсы на выходе детекторов на вход схемы совпадений поступают в разные моменты времени и поэтому не дают импульс совпадения. Зато при

 

 

введенной задержке можно измерить скорость случайных совпадений. Все акты срабатывания схемы совпадений фиксируются в счетном устройстве.

Важная характеристика системы совпадений – временное разрешение τ_с, которое представляет собой интервал времени, в течение которого два сигнала на входе регистрируются как совпадающие. Поскольку эта вели- чина конечная, а сигналы в каналах распределены статистически, то имеется определенная вероятность регистрации двух сигналов, возникших в независимых актах распада (случайные совпадения). Скорость счета случайных совпадений связана с загрузкой каналов и τ_с соотношением

n _сс = 2 τ_сn_βn_γ (3)

Случайные совпадения должны быть учтены, как фоновая поправка к основному сигналу. К этому следует добавить, что в отсутствии препарата установка может иметь фон совпадений, который обусловлен присутстви- ем естественно радиоактивных веществ в конструкционных материалах, а также космическим излучением.