Назначение
Спектрометры рентгеновского и гамма-излучения серии DSPec (далее по тексту спектрометры DSPec) предназначены для измерений энергии испускаемых радионуклидами фотонов рентгеновского или гамма-излучения, а также активности (удельной, объемной) гамма-излучающих радионуклидов в счетных образцах (при наличии соответствующих методик выполнения измерений).
Описание
Принцип действия спектрометра DSPec основан на регистрации детектором квантов рентгеновского или гамма-излучения, испускаемого радионуклидами, присутствующими в анализируемом образце, получении спектра амплитудного распределения и выделении в спектре пиков полного поглощения (ППП) квантов рентгеновского или гамма-излучения. По положению ППП в спектре определяют энергии гамма-квантов Ei (спектрометр предварительно градуируют по энергии с помощью образцовых источников гамма излучения). Активность гамма-излучающих радионуклидов, присутствующих в анализируемом образце, определяют по скоростям счета гамма-квантов в ППП соответствующих энергий с учетом абсолютных интенсивностей гамма-излучения и эффективности регистрации гамма-квантов в ППП, которая устанавливается предварительно путем градуировки спектрометра по образцовым мерам активности расчетным или экспериментальным способом.
Спектрометры DSPec состоят из:
• детектирующей системы, включающей в себя:
- полупроводниковый детектор на основе сверхчистого германия серий GEM, PROFILE-GEM (GEM-F, GEM-M, GEM-C, GEM-S, GEM-SP), GMX, GLP, SGD-GLP, SLP, SGD-GEM, SGD, GWL) или сцинтилляционный детектор на основе NaI(Tl), CsI(Tl) или LaBr3(Ce) серий 905, Scionix, 2BY2, 3BY3, LaBr3 (Ce);
- криостат и сосуд Дьюара или комбинированный электроохладитель типа MOBIUS или электроохладитель типа X-cooler или ICS (только для полупроводникового детектора),
• многоканального цифрового анализатора (типа DSPec jr 2.0, DSPec Pro, DSPec LF, DSPec 50/50А, DSPec 502/502А),
• персонального компьютера с программным обеспечением MAESTRO.
Спектрометр DSPec - полнофункциональный цифровой спектрометр для работы с германиевыми и сцинтилляционными детекторами обладает следующими возможностями:
- автоматическая оптимизация настроек спектрометрического тракта для получения наилучших характеристик (для конкретного блока детектирования);
- поддержка функции ORTEC SMART-1™ для германиевых детекторов;
- непрерывное отображение статуса состояния детектора;
- полный компьютерный контроль всех функций,
а варианты системы с анализаторами DSPec jr 2.0, DSPec Pro, DSPec 50/50А и DSPec 502/502А имеют также:
- встроенный контроллер смены образцов (Sample Changer controls);
- цифровую схему подавления низкочастотных шумов (Low Frequency Rejector (LFR));
- режим работы спектрометра с нулевым мертвым временем (Zero Dead Time - ZDT) и корректным определением статистических ошибок в этом режиме.
Варианты системы с анализаторами DSPec 50/50А и DSPec 502/502А имеют режим по-импульсной записи событий с их привязкой ко времени (List Mode) и режим компенсации искажений формы ППП, происходящих из-за баллистического дефицита в больших ОЧГ детекторах или в результате захвата носителей заряда на дислокациях кристалла после воздействия на детектор нейтронов, а варианты системы с анализаторами DSPec 50A и DSPec 502A дополнительно обладают аналого-цифровым преобразователем (АЦП) на 65536 каналов для работы в широком диапазоне энергий и WEB-интерфейсом, позволяющим проводить набор и сохранение спектров непосредственно на странице браузера, без установки ПО на персональный компьютер. DSPec 50A и DSPec 502A также способны поддерживать работу спектрометрической системы в режиме совпадений (антисовпадений) с возможностью регулировки ширины временного интервала и времени задержки.
Для управления спектрометром используется персональный компьютер с установленным программным обеспечением MAESTRO. Программное обеспечение выполняет следующие функции: управление настройками спектрометрических трактов и набором спектров, визуализация спектров, проведение необходимых калибровок, анализ полученных спектров.
Пломбирование спектрометров DSPec не предусмотрено.
б
в
а - общий вид спектрометра
б - анализаторы DSPec jr 2.0, DSPec Pro, DSPec LF в - анализаторы DSPec 50/50А, DSPec 502/502А
Рисунок 1 - Общий вид спектрометра и анализаторов серии DSPec.
Программное обеспечение
Управление функциям по набору спектров, их визуализация и анализ выполняются средствами программного обеспечения MAESTRO, установленного на управляющий компьютер.
MAESTRO объединяет в себе контроль системы сбора данных, управление МКА и функции качественного анализа для использования в гамма-спектрометрах на основе ПК. Включает систему подсказок в режиме реального времени и защиту меню оператора паролем.
MAESTRO работает на платформе Microsoft Windows. Связь аппаратных средств с системой осуществляется по сети Ethernet или через интерфейс USB.
Таблица 1 - Идентификационные данные ПО MAESTRO (A65-B32 или A65-BW)
| Идентификационные данные (признаки) | Значения |
| Наименование ПО | MAESTRO MCA Emulator for Microsoft® Windows |
| A65-B32 | A65-BW |
| Идентификационное наименование ПО | Mca32.exe | Mca32.exe |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | 6.081) | 7.011) |
| Цифровой идентификатор ПО | 20F273507074677CD1115 465063D9C3F2) | 9F1D4EBA5FD9C81207 8257F9E2FA55842) |
| Алгоритм получения цифрового идентификатора | MD5 | MD5 |
| Примечания: 1) Номер версии ПО не ниже указанного в таблице. 2) Контрольная сумма относится к текущей версии ПО. |
Влияние ПО учтено при нормировании метрологических характеристик. Уровень защиты программного обеспечения спектрометров DSPec от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «средний», согласно Р 50.2.077-2014.
Технические характеристики
Таблица 2 - Метрологические характеристики спектрометров DSPec
| Наименование характеристики | Значение |
| Диапазон регистрируемых энергий фотонов рентгеновского и гамма-излучения, кэВ - при использовании полупроводникового детектора серий: GEM, GEM-F, GEM-M GEM-C GEM-S, GEM-SP GMX GLP, SGD-GLP SLP SGD-GEM SGD GWL - при использовании сцинтилляционного детектора серий: 905, Scionix, 2BY2, 3BY3, LaBrs(Ce) | от 40 до 10000 от 3 до 10000 от 3 до 10000 от 3 до 10000 от 3 до 300 от 1 до 60 от 40 до 10000 от 40 до 300 от 3 до 1000 от 30 до 10000 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности характеристики преобразования (интегральная нелинейность) , %: - для варианта системы с полупроводниковым детектором - для варианта системы с сцинтилляционным детектором | ±0,025 ±0,500 |
| Энергетическое разрешение спектрометрического тракта - при использовании полупроводникового детектора , кэВ: GEM, GEM-F, GEM-M GEM-C GEM-S GEM-SP | от 0,65 до 1,5 (на линии 122 кэВ) от 1,75 до 2,4 (на линии 1332 кэВ) от 0,725 до 1,3 (на линии 5,9 кэВ) от 0,85 до 1,3 (на линии 122 кэВ) от 1,8 до 2,3 (на линии 1332 кэВ) от 0,35 до 0,5 (на линии 5,9 кэВ) от 0,65 до 0,7 (на линии122 кэВ) от 1,8 до 1,9 (на линии1332 кэВ) от 0,3 до 0,425 (на линии 5,9 кэВ) от 0,585 до 0,63 (на линии 122 кэВ) от 1,8 до 1,9 (на линии 1332 кэВ) |
| Наименование характеристики | Значение |
| GMX GLP, SGD-GLP SGD-GEM SLP SGD GWL - при использовании сцинтилляционного детектора, %: 905, Scionix, 2BY2, 3BY3, LaBrs (Ce) | от 0,665 до 1,3 (на линии 5,9 кэВ) от 1,8 до 2,6 (на линии 1332 кэВ) от 0,165 до 0,385 (на линии 5,9 кэВ) от 0,480 до 0,595 (на линии 122 кэВ) от 0,625 до 0,950 (на линии 122 кэВ) от 1,70 до 2,20 (на линии 1332 кэВ) от 0,16 до 0,22 (на линии 5,9 кэВ) от 0,510 до 0,650 (на линии 122 кэВ) от 1,2 до 1,4 (на линии 122 кэВ) от 2,10 до 2,30 (на линии 1332 кэВ) от 2,8 до 12 (на линии 661,7 кэВ) |
| Относительная эффективность регистрации гамма-квантов с энергией 1332,5 кэВ (Со-60) в пике полного поглощения , % - при использовании полупроводникового детектора серий: GEM, GEM-F, GEM-M GEM-C GEM-S, GEM-SP GMX GLP, SGD-GLP SLP SGD-GEM SGD - при использовании сцинтилляционного детектора серий: 905, Scionix, 2BY2, 3BY3, LaBr3 (Ce) | от 7 до 175 от 20 до 175 от 7 до 60 от 10 до 100 не нормируется не нормируется от 15 до 60 не нормируется не нормируется |
| АЛ- -1 Максимальная допустимая входная статистическая загрузка, с | 1-105 |
| Время установления рабочего режима, мин, не более | 30 (без учета времени охлаждения детектора) |
| Нестабильность за 8 часов непрерывной работы, %, не более - для варианта системы с полупроводниковым детектором - для варианта системы с сцинтилляционным детектором | 0,05 2 |
| * ) Для спектрометров с диапазоном регистрируемых энергий до 10000 кэВ интегральная нелинейность нормирована в диапазоне до 3000 кэВ. ) Предельные и реальные значения энергетического разрешения спектрометра приводятся в паспорте детектора. ) Номинальное значение относительной эффективности регистрации согласуется при заказе спектрометра и приводится в паспорте детектора. |
Таблица 3 - Основные технические характеристики спектрометров DSPec
| Наименование характеристики | Значение |
| Рабочие условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, °С - атмосферное давление, кПа - относительная влажность воздуха, %, не более | от 0 до +50 от 84,0 до 106,7 95 (без образования конденсата) |
| Питание: от сети переменного тока - напряжение, В, - частота, Гц, - мощность, Вт, не более | 220 -3232 50 ± 1 500 |
| Наименование характеристики | Значение |
| Число каналов АЦП анализатора: DSPec jr 2.0, DSPec Pro, DSPec LF, DSPec 50, DSPec 502 DSPec 50А, DSPec 502А | до 16384 до 65536 |
| Г абаритные размеры (ВхШхГ) и масса основных частей спектрометров DSPec: - детектор полупроводниковый в криостате с жидкоа-зотным охлаждением в обыкновенном сосуде Дьюара, с комбинированным электроохладителем типа MOBIUS, с электроохладителем типа X-cooler или ICS - детектор сцинтилляционный - многоканальный анализатор импульсов DSPec jr 2.0, DSPec Pro, DSPec LF - многоканальный анализатор импульсов DSPec 50/50А, DSPec 502/502А | Зависят от конкретной модели детектора и криостата Зависят от конкретной модели детектора и предусилителя 81x203x249 мм 1,0 кг 425,5x355,6x152,4 мм 11 кг |
Знак утверждения типа
наносится методом компьютерной графики на титульный лист Руководства по эксплуатации спектрометров DSPec и на плёночную этикетку, клеящуюся на корпус многоканального анализатора.
Комплектность
Таблица 4 - Комплектность спектрометров DSPec
| Наименование | Обозначение | Кол-во | Примечание |
| Детектор полупроводниковый в криостате в комплекте с предусилителем соответствующего типа или детектор сцинтилляционный в комплекте с предусилителем соответствующего типа | GEM, GEM-F, GEM-M, GEM-C, GEM-S, GEM-SP, GMX, GLP, SGD-GLP, SGD, SGD-GEM, SLP, GWL 905, Scionix, 2BY2, 3BY3, LaBr3 (Ce) | 1 | 1 |
| Многоканальный анализатор импульсов | DSPec jr 2.0, DSPec Pro, DSPec LF, DSPec 50/50А, DSPec 502/502А | 1 | 1 |
| Электроохладитель | тип X-cooler или ICS | 1 | 2, 3 |
| Kомбинированный электроохладитель | тип MOBIUS | 1 | 2, 4 |
| Сосуд Дьюара | - | 1 | 1, 2, 5 |
| Устройство для заливки жидкого азота | - | 1 | 2, 5, 9 |
| Устройство для перекачки жидкого азота | - | 1 | 2, 5, 9 |
| Защита детектора | - | 1 | 1, 9 |
| Руководство по эксплуатации | - | 1 | 6 |
| Методика поверки | МП 2104-002-2012. Спектрометры рентгеновского и гамма-излучения серии DSPec. Методика поверки | 1 | |
| Руководство пользователя базового программного обеспечения | MAESTRO. Эмулятор МКА (многоканального анализатора). A65-BW. Руководство пользователя | 1 | 7 |
| Базовое программное обеспечение | MAESTRO | 1 | 7 |
| HauMeHoeaHue | Обозначение | Кол-во | Примечание |
| Программа кoлuчecтвeннoгo анализа гамма-cneKTpoe | GammaVision-BW, FRAM, ISOTOPIC или серии Ortec Connections SpectraLine GP, BG, GESAS | 1 | 7, 9 |
| Кoмпьютeр | - | 1 | 8, 9 |
| Принтер | - | 1 | 8, 9 |
| Прuмeчaнuя: 1) - Кoнкрeтнaя мoдeль coглacуeтcя с заказчиком при зaкaзe cпeктрoмeтрa. 2) - В случае поставки системы с сцинтилляционным детектором не поставляется. 3) - Для варианта полупроводникового детектора с электромеханическим охлаждением. 4) - Для варианта полупроводникового детектора с комбинированной системой охлаждения. 5) - Для варианта полупроводникового детектора с азотным охлаждением. 6) - Технические описания на каждый аппаратный компонент системы. 7) - Поставляется в виде дистрибутива на компакт диске или электронном носителе. 8) - Конкретная модель компьютера и принтера согласуется с заказчиком при заказе системы. 9) - Дополнительная поставка по желанию заказчика. |
Поверка
осуществляется по документу МП 2104-002-2012 «Спектрометры рентгеновского и гамма-излучения серии DSPec. Методика поверки», с изменениями № 1 и 2, утвержденному ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» в июле 2016 г.»
Основные средства поверки: рабочие эталоны 1 или 2 разряда по ГОСТ 8.033-96 -источники фотонного излучения радионуклидные спектрометрические закрытые эталонные типа ОСГИ с активностью от 104 до 105 Бк с погрешностью не более 6 %.
Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.
Знак поверки (оттиск поверительного клейма) наносится на свидетельство о поверке.
Сведения о методах измерений
приведены в эксплуатационных документах.
Нормативные документы
ГОСТ 4.59-79 Система показателей качества продукции. Средства измерений ионизирующих излучений. Номенклатура показателей
ГОСТ 27451-87 Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия
ГОСТ 26874-86 Спектрометры энергий ионизирующих излучений. Методы измерения основных параметров
ГОСТ 8.033-96 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений активности радионуклидов, потока и плотности потока альфа-, бета-частиц и фотонов радионуклидных источников
6447-78
