Ви є тут

Використання характеристичного рентгенiвського випромiнювання, збуджуваного протонами для визначення вмiсту цирконiєвих сплавiв

Автор: 
Щур Андрiй Олексiйович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2003
Артикул:
3403U001037
129 грн
Додати в кошик

Вміст

Розділ 2
Експериментальне обладнання, що використовувалося для вимірювань
2.1.
Установка “Елеан” для визначення елементного вмісту речовини
ядерно-фізичними методами аналізу
Установки, призначені для аналізу вмісту речовини ядерно-фізичними методами,
заснованими на використанні пучків іонів від прискорювачів, є
напівавтоматичними системами, що забезпечують дистанційно контрольовану зміну
досліджуваних об’єктів та поглинаючих фільтрів, паралельну вимірюванням
спектрів процедуру обробки експериментальних даних. Основні вимоги до цього
типу обладнання – висока чутливість та експресність аналізу елементного вмісту
багатьох типів зразків; рівномірний розподіл густини струму вздовж поперечного
перерізу пучка; низький рівень фонового випромінювання; запобігання руйнації та
забрудненню досліджуваного об’єкту протягом опромінювання його іонами;
можливість реєстрації декількох видів випромінювання, збуджуваних прискореними
іонами: характеристичного рентгенівського випромінювання, миттєвого
g-випромінювання з ядерних реакцій (МГВЯР), зворотно розсіяних іонів (зворотне
Резерфордівське розсіювання – ЗРР), заряджених частинок, що виникають внаслідок
ядерних реакцій. Аби задовольнити цим вимогам експериментальна аналітична
установка має включати певний набір функціональних елементів, що забезпечують
вибір оптимальних умов визначення елементного вмісту досліджуваних матеріалів
одним або кількома методами водночас. В ННЦ ХФТІ розроблено та впроваджено у
наукові дослідження низку установок, які можуть застосовуватися для визначення
елементного вмісту цирконію та його сплавів методами ХРВ, МГВЯР, ЗРР. Деякі з
цих установок дають змогу проводити аналіз одним із згаданих методів, інші
розраховані на можливість спільного використання комплексу методів.
При вимірюванні перерізів збуджування х.р.в. протонами, розробці і апробації
методик визначення елементного вмісту цирконієвих сплавів та вивченні
рівномірності розподілу концентрації ніобію у сплаві Zr1%Nb потрібно
здійснювати вимірювання виходів рентгенівського випромінювання при певних
енергіях протонів. Для енергетичного калібрування прискорювача зазвичай
використовують g-випромінювання з ядерних реакцій, функції збуджування яких
характеризуються наявністю вузьких інтенсивних резонансів. Виходячи з
необхідності реєстрації при проведенні експерименталь­них досліджень
характеристичного рентгенівського та g-випромінювання, а також, враховуючи
наведені вище дані щодо вимог до аналітичного обладнання, для виконання роботи
було обрано установку "Елеан". Ця установка призначена для визначення
елементного складу речовини методами ХРВ та МГВЯР, для чого передбачена
можливість використання одночасно декількох спектрометричних каналів. Робота
установки автоматизована і здійснюється під керуванням комп’ютера (ЕОМ).
Схематичне зображення установки наведено на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схематичне зображення установки “Елеан”:
1 - електростатичний прискорювач іонів;
2 - поворотний магніт для зміни напрямку руху пучка іонів;
3 - танталовий коліматор;
4 - система змінних діафрагм для формування проекції пучка іонів на мішень;
5 - кільце з від’ємним потенціалом –300 В;
6 - камера опромінювання;
7 - набір змінних рентгенівських фільтрів;
8 - система коліматорів Si(Li) детектора;
9 - касета з мішенями;
10 - Si(Li) детектор;
11 - Ge(Li) детектор;
12 - інтегратор струму;
13 - підсилювачі імпульсів;
14 - багатоканальні амплітудні аналізатори імпульсів;
15 - ЕОМ.
Прискорювач Ван де Графа ЕСП-4,5 забезпечує можливість використову­вати для
вимірювань пучки протонів з енергіями від 400 кеВ до 3,5 МеВ з енергетичним
розділенням 0,05 %. Струм пучка протонів на мішені може бути змінений у
діапазоні 5...1000 нА, а густина струму - у діапазоні 0,2...20 мкА/см2.
Розміри та форма пучка на мішені задаються квадрупольною лінзою та системою
діафрагм. Для покращання гомогенності пучка з допомогою лінзи здійснюють його
попереднє дефокусування, а для опромінювання мішені використовують центральну
частину, яка вирізається з допомогою трьох діафрагм, рознесених на відстань 130
см. Дві найближчі до прискорювача діафрагми виготовлені у вигляді дисків з
танталової фольги з діаметром внутрішнього отвору 3 мм. В якості останньої
використовується одна з шістьох діафрагм, три з яких виготовлені з вуглецю з
діаметрами отворів 1, 2, 3 мм, а кожна з трьох інших складається з двох
танталових дисків з діаметрами отворів тими же, що і в вуглецевих. Діафрагми,
які використовуються для формування пучка протонів, є потенційними джерелами
фонового випромінювання.
Використання вуглецевих та танталових діафрагм забезпечує при енергіях протонів
1,0...2,0 МеВ найнижчий рівень фонового випромінювання в рентгенівському
діапазоні енергій квантів [39].
Внаслідок зіткнень прискорених протонів з атомами речовини діафрагм
вивільняються вторинні електрони. Частина з них може досягати мішені разом з
протонами, що призведе до помилок у визначенні заряду під час вимірювань
спектрів х.р.в. Між останньою діафрагмою та камерою опромінювання розташований
електрично ізольований від неї циліндр з дюралюмінію, який має відносно
останньої діафрагми від’ємний потенціал 300 В. Така конструкція запобігає
рухові вторинних електронів в напрямку мішені і усуває можливі похибки при
вимірюванні кількості протонів, накопичуваних на мішені.
Камера опромінювання виготовлена з нержавіючої сталі у вигляді циліндру
діаметром 310 та заввишки 100 мм. З обох боків циліндр закривається кришками,
які забезпечують вакуумну ізоляцію внутрішнього об'єму камери опромінювання від
атмосферного повітря. У боковій поверхні