Набор и анализ гамма-спектров в управляющей среде Genie-2000 с использованием HpGe детектора

Лабораторная  работа №2.

Набор и анализ гамма-спектров в управляющей среде Genie-2000 с использованием HpGe детектора

 

Целью работы является ознакомление с процедурой анализа гамма-спектров в управляющей среде Genie-2000 с помощью полупроводникового HpGe детектора.

Основными задачами работы является изучение следующих вопросов:

• подготовка тракта к работе и настройка электронного оборудования;
• подготовка последовательности анализа для идентификации неизвестного образца;
• калибровка спектрометрического тракта для измерения и анализа неизвестного образца
• проведение измерений и анализ неизвестного образца (определение нуклидного состава и активности).

Для выполнения анализа  спектра излучения неизвестного образца, идентификации нуклидов и вычисления их активности необходимо провести набор и поэтапный анализ спектра, при котором будут использованы файлы калибровки по энергии и эффективности, библиотеки нуклидов, а так же ряд вспомогательных программ. Набор спектра выполняется по заданным условиям измерения: времени и геометрии «проба-детектор». Для определения нуклидного состава и активности проводится поиск пиков полного поглощения (ППП) фотоэлектронов, определение их площади и идентификация по энергии. В программной среде Genie-2000 задаются параметры поиска ППП и алгоритмы вычисления их площади. Вычисление площади найденных пиков корректируется с учетом фона. После определения площади ППП, используя имеющийся файл калибровки по энергии и стандартную библиотеку нуклидов, производиться идентификация нуклидов в образце. Для обнаруженных нуклидов с учетом эффективности используется файл калибровки, созданный для заданных геометрических условий измерений. Активность неизвестного образца вычисляется с помощью настраиваемого в программной среде Genie-2000 алгоритмов. Для любого этапа анализа может быть подготовлен отчет, отражающий основные его параметры и результаты выполнения.

Результаты определения (перечень найденных радионуклидов, наличие и происхождение неидентифицированных пиков в спектре) должны быть проанализированы. По результатам анализа проводится дополнительная обработка спектра с целью уточнения перечня идентифицированных в неизвестном образце радионуклидов и их активности. Для этого, (под руководством преподавателя), проводится перенастройка параметров анализа и корректировка библиотеки. В этих же целях могут быть использованы возможности программной среды Genie-2000 по интерактивной обработке пиков, а также коррекции результатов с учетом цепочек распада. Доступ ко всем вышеперечисленным фазам анализа осуществляется с помощью команд меню «Анализ».

 

Рисунок 1. Выбор фазы анализа

1. Меню «Анализ». Фазы анализа гамма-спектров

 Меню «Анализ» предоставляет возможность выбрать и выполнить или прекратить отдельную фазу анализа или запустить на выполнение заранее определенную последовательность анализа. Шаг анализа включает в себя все параметры, необходимые для его успешного выполнения. Последовательность представляет собой список шагов, включающий алгоритмы для каждого из шагов, параметры обработки, необходимые для каждого алгоритма и прочие элементы, необходимые для выполнения заданного вида анализа и формирования отчета.

Выбор фазы анализа

На рис.1 приведены основные фазы окна набора и анализа гамма-спектров. При выборе любой из этих фаз программа предлагает выбрать алгоритм, связанный с этой фазой, затем указать и сохранить параметры алгоритма, выполнить алгоритм или сделать и то, и другое.

В следующих разделах рассматривается каждая из фаз анализа и необходимые параметры для его выполнения.

Рисунок 2. Последовательности анализа

1.1 Выполнить

При выборе подменю «Выполнить» отображается меню, пунктами которого являются все определенные на данный момент в системе последовательности анализа (рис.2). Любая из последовательностей запускается путем ее выбора в меню. Информация о создании и редактировании последовательностей приведена в разделе «Редактор последовательностей анализа» данных методических указаний.

1.2 Прервать

Команда «Прервать» прекращает выполнение текущей последовательности. Выполнение последовательности может не прекратиться мгновенно; требуется завершение работы выполняемого в данный момент шага анализа.

1.3 Набор

В окне диалога «Установка измерения» (рис.3) задются параметры набора, которые будут использованы по умолчанию при запуске набора спектров в аппаратных источниках данных.

Рисунок 3. Настройка параметров измерения

 

1.3.1 Установка времени и вычисляемых условий

Для используемого детектора можно задать «Живое время» или «Реальное время». Время задается в секундах, минутах или часах. Условия являются взаимоисключающими, однако их можно комбинировать с любым из вычисляемых условий. Вычисляемые условия прекращают набор данных при достижении вычисляемым параметром заданной величины. Когда включается вычисляемое условие, выбранное временное условие все равно остается активным; команду на прекращение набора подает то условие, которое выполняется первым. Если используется только вычисляемое условие, устанавливается временное условие равным очень большой величине, такой как 9000 часов (более года). Это гарантирует, что вычисляемое условие будет выполнено первым. Возможны четыре варианта вычисляемых условий.

В положении переключателя «Отсутствует» вычисляемые условия отключаются и остаются только временные. К вычисляемым условиям относятся:

«Сумма» - это вычисляемое условие для суммы всех импульсов в любой зоне интересов. Должно быть определено значение интеграла и первый и последний каналы зоны. Использование интеграла исключает использование других вычисляемых условий, но его можно комбинировать с условием полного или живого времени.

«Площадь» - это вычисляемое условие площади любой зоны интересов. Должны быть определены значение площади и первый и последний каналы зоны. Использование площади исключает использование других вычисляемых условий, но его можно комбинировать с условием полного или живого времени.

«Отсчеты» - это условие количества импульсов в любом отдельном канале внутри диапазона, определенного каналами «Первый канал» и «Последний канал». Должна быть указана величина, определяющая количество импульсов, при котором прекращается набор данных. Условие количества импульсов исключает использование других вычисляемых условий, однако может быть совмещено с условием живого или полного времени.

Очистка данных/времени

Для того чтобы перед началом набора автоматически стирались данные и прошедшее время, пометьте переключатель «Сбрасывать данные и время в начале измерения».

После установки необходимых  параметров измерений команда «Выполнить» используется для набора спектра по заданным установкам. После окончания набора данных по заданным условиям можно переходить непосредственно к анализу полученного спектра. Проведения анализа в соответствии с последовательными фазами рассматривается в последующих разделах данного руководства.

1.4 Фаза «Поиск пиков»

Фаза «Поиск пиков» содержит алгоритмы, осуществляющие поиск пиков в спектре. Помимо обычных параметров поиска по библиотеке имеется еще несколько дополнительных параметров поиска пиков.

1.4.1 Алгоритм поиска пиков во второй производной

Обобщенный метод второй производной  локализует пики в диапазоне, существенно возвышающиеся над  подложкой. Для поиска пиков по второй производной необходимо задать параметры данного поиска в диалоговом окне (рис.5) вызываемом командой «Поиск пиков/2-я производная»

 

Рисунок. 5. Настройка алгоритма поиска пиков по второй производной

 

Пороговый уровень значимости

Алгоритм второй производной автоматически определяет значимость каждого рассматриваемого им пика. Чем выше пик по отношению к подложке, на которой он расположен, тем больше величина значимости пика.

Учитываются только пики, превосходящие  пороговый уровень значимости. Для  уменьшения чувствительности порог  значимости необходимо поднять. Для увеличения чувствительности порог следует снизить. Следует отметить, что снижение порога значимости до 3.00 увеличивает число ложных пиков.

Добавление к существующим результатам и допуск

Если помечен переключатель  «Добавлять к существующим результатам», то каждый найденный пик будет сравниваться с пиками, уже имеющимися в списке результатов поиска. Пики, расстояние до которых от присутствующих в списке не превышает значения, заданного в поле «Допуск» (указанного либо в фиксированной энергии, либо в меняющейся ПШПВ), считаются уже имеющимися в списке и отбрасываются. Если же расстояние от найденного пика до существующего превышает заданный допуск, то пик считается обособленным и заносится в таблицу имеющихся результатов поиска. Если выключатель «Добавлять к существующим результатам» не помечен, то существующая таблица результатов поиска заменяется новой.

Выводить отчет

Если помечен выключатель «Выводить отчет», то после выполнения этого шага формируется и отображается в окне отчетов приложения имеющий заданную структуру отчет. Структура отчета определяется в файле .AEF как имя шаблона отчета и имя раздела, связанного с этим шагом.

1.4.2 Стандартный поиск пиков методом VMS

Стандартный поиск пиков методом VMS (рис.6) заимствован из программы Genie-VMS в качестве дополнительного средства поиска пиков. Он обеспечивает локализацию всех пиков в зоне поиска, статистическая значимость которых выше порога чувствительности алгоритма. Метод второй производной позволяет локализовать пики, превышающие порог чувствительности. После этого осуществляется подгонка пиков функцией Гаусса.

 

Рисунок 6. Настройка стандартного поиска пиков методом VMS

 

Первый/последний канал поиска пиков

Поиск пиков выполняется  в зоне между первым и последним  каналами поиска.

Чувствительность поиска пиков

Порог чувствительности (т.е. количество стандартных отклонений над фоном, при котором зона рассматривается как пик) управляет чувствительностью алгоритма поиска пиков. Например, если чувствительность равна 5, а средний фон в зоне составляет 10000 импульсов, то любая зона с высотой менее 500 импульсов над фоном отбрасывается. (Одно стандартное отклонение для 10000 равно 100). Обычно чувствительность устанавливают в диапазоне от 3 до 10.

Чувствительность по гауссиану

Чувствительность по гауссиану определяет, насколько  точно форма пика должна совпадать с гауссианом. При низких значениях (5-10) алгоритм подгонки сформирует пики четкой формы. При более высоких значениях (15-20) алгоритм будет работать более свободно и форма пиков будет хуже. Если в зонах, где должны присутствовать мультиплеты, они не обнаруживаются, то значение чувствительности по гауссиану следует уменьшить.

Максимальное количество итераций

Эта величина определяет максимальное количество итераций, которое алгоритм поиска выполнит при  подгонке функции Гаусса к мультиплету. Минимальное значение равно 0; наиболее целесообразное значение равно 10.

Отбраковка по ПШПВ

Если помечен выключатель «Отбраковка по ПШПВ», стандартная функция поиска пиков будет отбрасывать синглеты, для которых отношение (измеренная ПШПВ)/(ожидаемая ПШПВ) меньше, чем задано в поле «Отношение отбраковки по ПШПВ» Этот режим очень полезен, если обычно приходится обрабатывать спектры с низкой чувствительностью (т.е. меньше 3).

Отношение отбраковки по ПШПВ

Эта величина определяет минимально допустимое отношение (измеренная ПШПВ)/(ожидаемая ПШПВ), которое может быть принято для одиночного пика. Если отношение для пика меньше этой величины, то пик отбрасывается. Параметр используется, только если включена функция «Отбраковка по ПШПВ». Минимальное значение равно 0; максимальное значение равно 1.0.

Подгонять синглеты

Выключатель «Подгонять синглеты» управляет анализом одиночных пиков. Если выключатель помечен, синглеты приближаются функцией Гаусса для одиночного пика, в противном случае параметры пика вычисляются методом полной площади пика.

Показать зоны

Если выключатель «Показать зоны» помечен, то вычисленные во время выполнения анализа площади зоны копируются в раздел «Отображаемых зон» источника данных, при этом зоны отображаются в окне набора и анализа спектров.

Приняты следующие соглашения о цветах зон:

• Цвет 1: Одиночные пики
• Цвет 2: Мультиплеты
• Цвет 3: Не используется
• Цвет 4: Не используется

Перед формированием  нового списка зон все ранее отображенные зоны удаляются.

Проверка критического уровня

Если помечен этот выключатель, то все скорректированные пики с чистой площадью меньше к умноженного на погрешность фона, будут отброшены, где к - коэффициент надежности, устанавливаемый либо в настройке идентификации нуклидов, либо в настройке пределов детектирования.