Дисертация
  • формат pdf
  • размер 2,02 МБ
  • добавлен 18 января 2017 г.
Игнатьев О.В. Быстродействующие спектрометры с полупроводниковыми детекторами рентгеновского и гамма-излучений
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: 01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физики. — Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина. — С. - Петербург, 2011. — 40 с.
Цель работы - исследования и разработки принципов построения прецизионных полупроводниковых рентгеновских и γ-спектрометров с повышенным быстродействием, а также разработка конкретных аппаратных реализаций этих принципов с освоением в производстве соответствующих приборов и спектрометрических систем.
Научная новизна
Комплексно изучены общие свойства спектрометров с время-инвариантными и время-вариантными формирователями детекторных импульсов:
определена минимально необходимая система показателей, позволяющая однозначно сравнивать предельные метрологические характеристики спектрометров с любыми способами обработки импульсов детекторов;
сформулировано правило, позволяющее без проведения экспериментов определять наличие или отсутствие в спектрометре дополнительного, зависящего от статистической загрузки, шума (Count-Rate Depended Noise – CRDN);
проведен сравнительный анализ наиболее перспективных время-инвариантных и время-вариантных алгоритмов формирования детекторных импульсов;
предложена методика измерения вклада CRD-шума спектрометра.
Изобретен, разработан и запатентован способ увеличения быстродействия (Noise Free Additional Pulse Shaping - NFAPS) спектрометров, позволяющий менять форму и длительность спектрометрических импульсов без изменения исходной формы функции памяти спектрометра W(t), что позволяет избежать возникновения зависящего от статистической загрузки шума:
показано, что NFAPS - способ применим к целому ряду известных в мире спектрометров с время-вариантным формированием сигналов и качественно улучшает их свойства;
предложен и запатентован технически реализуемый сверхбыстродействующий спектрометр с автоматической адаптацией времени обработки сигналов к индивидуальным интервалам между ними по NFAPS-способу.
Предложена единая классификация стабилизаторов базовой линии спектрометра и изучено влияние свойств разных классов стабилизаторов на фундаментальные свойства спектрометра; указаны наиболее перспективные типы стабилизаторов для использования в прецизионных спектрометрах γ- и рентгеновского излучений:
теоретически и экспериментально показано, что любой из классических (нелинейных и линейных время-вариантных) стабилизаторов является источником нестационарного шума;
исследованы конкретные структуры стабилизаторов и предложены усовершенствования для получения предельных параметров, свойственных соответствующему классу;
Создан новый класс стабилизаторов - “цифровые” (по реакции на входное воздействие) стабилизаторы (“Digital” Base-Line Stabilizer - DBLS) принципиально способные не вносить нестационарный шум и максимально устойчивые к статистической загрузке (частное приложение NFAPS-способа):
разработана теория DBLS;
показано, что “цифровые” стабилизаторы в настоящее время превосходят по своим характеристикам истинно цифровые.
Предложена методика сравнительного инженерного анализа разных способов временной привязки к спектрометрическим импульсам и проанализированы 6 способов таймирования, пригодных для применения в полупроводниковых спектрометрах рентгеновского и мягкого γ-излучения.
Дан анализ известных способов инспекции наложенных событий с точки зрения применимости в спектрометрах с низким отношением сигнала к шуму.
Практическая значимость
При самом активном участии, а с 1988 г. и под научным руководством автора в УГТУ-УПИ создан и постоянно востребован научно-производственный комплекс в виде НИЛ электроники рентгеновских приборов, способный в сжатые сроки (6 - 12 мес.) разрабатывать и осваивать в мелкосерийном производстве как собственно спектрометры рентгеновского и γ-излучения на основе различных полупроводниковых {Si(Li), Si PIN, SDD, HpGe} и сцинтилляционных {[NaJ(Tl)+PhM], [LaBr3+PhM] и [CsJ(Tl)+PhD]} детекторов, так и различные аналитические приборы и системы на их основе.
Почти все разработки выполнялись и выполняются по контрактам и договорам с конкретными организациями и внедрены либо на производстве, либо в практику научных исследований. Наиболее крупные Заказчики в прошлом и настоящем: ЛНПО "Буревестник" (г. Ленинград), Институт ядерной физики СО РАН (г. Новосибирск: полтора десятка спектрометрических систем в системе CAMAC), ОАО “Чепецкий механический завод” (г. Глазов: около двух десятков портативных рентгенофлуоресцентных анализаторов “МАРФ”), ЗАО “Южполиметалл-холдинг” (г. Москва: свыше 350 спектрометров для носимых XRFA "ПРИЗМА", "ПРИЗМА-М", "ПРИЗМА-РМ" для ГТК РФ). За разработки и поставки спектрометров и EDXRF- анализаторов на предприятия Минатома и в ГТК РФ в 2003 г. автору в числе представителей других организаций-партнеров присуждена Премия Правительтва РФ в области науки и техники “За разработку, организацию производства и внедрение в практику ядерно-физических комплексов экспрессного многоэлементного анализа веществ и материалов”.
Похожие разделы