Низкофоновые защитные камеры для HPGe детекторов и низкофоновые HPGe блоки детектирования гамма-излучения.

Ниже представлены описания и основные характеристики низкофоновых защитных камер, разработанных, изготовленных и используемых нашей Лаборатории при проведении низкофонового HPGe радионуклидного анализа. Установленный в низкофоновую защитную камеру HPGe детектор далее именуется низкофоновым HPGe блоки детектирования гамма-излучения.

Для изготовления низкофоновой защитной камеры (в дальнейшем НЗК) используется комбинация следующих материалов:

внешняя оболочка – 10 см – обычный свинец;
внутренняя оболочка – 4.5 см – низкофоновый свинец;
облицовка внутренней оболочки – 4 мм – медь;
опорная рама – сталь;
подъемный механизм – сталь, латунь.

Радиационная чистота всех материалов и изготовленных из них деталей, контролируется на низкофоновом HPGe гамма-спектрометре.

Вес защиты в сборе с блоком детектирования не превышает 800 кг.

Габаритные размеры (включая пространство для открывания/сдвига крышки): 0,62х0,73х1,3 м (WxDxH).

На рисунке 1 представлена конструкция низкофоновой защитной камеры в сборе с детектором в погружном криостате. На рисунке 2 представлена конструкция низкофоновой защитной камеры в сборе с детектором в портативном интегральном криостате.

Камера состоит из низкофоновой защиты и подъемного механизма, смонтированных на опорной раме.

Опорная рама (10) изготовлена из стандартных стальных профилей (стойки и диагонали) и стального листа. Установочная площадь – 0,62х0,62 м. Для компенсации неровностей пола предусмотрены устройства изменения длины стоек.

Собственно низкофоновая защита выполнена по модульному принципу и состоит из:

внешней защитной цилиндрической оболочки;
внутренних цилиндрических модулей;
крышки.

Внешняя защитная оболочка (8) собрана из свинцовых «колец» весом около 30 кг каждое, которые притягиваются латунными шпильками к опорной раме. Аналогично изготовлена крышка (1). Для устранения прямого «прострела» внешнего гамма-излучения в детектор стыки на кольцах и внутренних защитных модулях (вставках) (2,4,6,7) сделаны с уступами и взаимно неперекрывающимися. С внешней стороны кольца оболочки и крышки покрыты краской, предотвращающей испарение свинца в воздух помещения.

Детектор (3) с переходным узлом устанавливается после сборки защиты. Установка или извлечение детектора из защиты не требует ее демонтажа.

Внутренние защитные модули (2,4,6,7) изготовлены из «низкофонового» свинца (с повышенной радиационной чистотой). Их установка производится после монтажа внешней оболочки и детектора. Образующийся после установки модулей внутренний объем позволяет реализовывать все используемые в Лаборатории измерительные геометрии.

Подъемный механизм (5) обеспечивает доступ внутрь НЗК для смены проб, замены внутренних модулей и извлечения детектора.

Подъемный механизм устанавливается после монтажа защитной камеры на опорной раме. Конструкция подъемного механизма обеспечивает плавный и легкий подъем крышки (усилие открывания, прикладываемое к рукоятке, около 50 Н) с последующим поворотом в сторону, а также надежную фиксацию крышки в открытом положении. Наличие ограничителей препятствует заносу крышки при ее открывании и повороте.

Для заливки азота используется метод вытеснения воздушным давлением: по трубке, введенной в заливной патрубок криостата детектора, подается азот из внешнего резервуара, в свободный объем которого насосом нагнетается воздух.

Для уменьшения вклада в фон установки гамма-излучения дочерних продуктов радионуклида ²²⁶Ra, внутренний объем защитной камеры постоянно продувается парами жидкого азота.

На рисунке 3 изображен низкофоновый блок детектирования в процессе испытаний в лаборатории Э-015 МИФИ.

Рисунок 1. Конструкция низкофоновой защитной камеры в сборе с детектором.

Рисунок 2. Конструкция низкофоновой защитной камеры в сборе с портативным детектором.
1. Крышка защитной камеры.
2, 4, 6, 7. Внутренние модули из низкофонового свинца.
3. Детектор GC 13021 – 7935 - 7S в портативном интегральном криостате.
5. Подъемный механизм.
8. Внешняя защитная оболочка.
9. Узел подвески детектора.
10. Опорная рама

Рисунок 3. Экспериментальный образец низкофонового блока детектирования (Рисунок 2) в процессе испытаний в лаборатории «Э-015» МИФИ.

Таблица 1. Фоновые характеристики спектрометра с различными блоками детектирования.

№ п/п	Источник гамма-излучения	Энергия, кэВ	Скорость счета в пиках 1/ксек
№ п/п	Источник гамма-излучения	Энергия, кэВ	Детектор ORTEC GEM 30185	Детектор CANBERRA GL 3830	Детектор CANBERRA GC 13021
1	²¹⁰Pb	46.5	0.71 ± 0.35	3.41 ± 0.19
2	²³⁴Th	63.3	0.93 ± 0.41	0.01 ± 0.18
3	Pb-X	72.8	8.12 ± 0.38	6.51 ± 0.22
4	Pb-X	75.0	15.93 ± 0.54	11.77 ± 0.32	0.00 ± 0.29
5	Pb-X	84.9	11.76 ± 0.59	6.52 ± 0.28	1.59 ± 0.28
6	Bi-X	87.3	4.15 ± 0.33	2.51 ± 0.17	0.00 ± 0.28
7	²³⁴Th	92.6	3.71 ± 0.45	0.09 ± 0.19	0.90 ± 0.34
8	²²⁶Ra	186.2	2.84 ± 0.35	0.20 ± 0.12	0.05 ± 0.29
9	Ge + n	198.3	0.07 ± 0.33	0.00 ± 0.13	1.19 ± 0.40
10	²³²Th	238.6	3.06 ± 0.32	0.05 ± 0.13	0.73 ± 0.38
11	²³²Th	241.0	0.26 ± 0.20	0.06 ± 0.16	0.07 ± 0.28
12	²²⁶Ra	295.2	0.41 ± 0.19	0.12 ± 0.17	0.25 ± 0.26
13	²³²Th	338.3	0.86 ± 0.28	0.08 ± 0.09	0.27 ± 0.25
14	²²⁶Ra	351.9	1.04 ± 0.23	0.08 ± 0.10	0.20 ± 0.47
15	²³²Th	463.0	0.15 ± 0.13	0.01 ± 0.08	0.01 ± 0.23
16	Annihil	511.0	7.34 ± 0.29	6.82 ± 0.21	14.88 ± 0.42
17	Pb + n	569.6	0.15 ± 0.22	0.09 ± 0.09	0.41 ± 0.19
18	²³²Th	583.2	1.19 ± 0.20	0.01 ± 0.11	0.05 ± 0.29
19	²²⁶Ra	609.3	1.16 ± 0.16	0.04 ± 0.11	0.32 ± 0.18
20	¹³⁷Cs	661.7	0.20 ± 0.11	0.00 ± 0.10	0.13 ± 0.19
21	Cu + n	669.6	0.04 ± 0.11	0.00 ± 0.08	0.22 ± 0.15
22	²³²Th	727.3	0.28 ± 0.13	0.04 ± 0.06	0.08 ± 0.13
23	²³⁸U	766.4	0.02 ± 0.10	0.00 ± 0.08	0.07 ± 0.13
24	²³²Th	795.0	0.11 ± 0.13	0.00 ± 0.06	0.06 ± 0.13
25	Pb + n	803.1	0.35 ± 0.12	0.22 ± 0.07	0.76 ± 0.16
26	Fe + n	847.0	0.01 ± 0.16	0.00 ± 0.06	0.00 ± 0.13
27	²³²Th	860.6	0.15 ± 0.10	0.00 ± 0.07	0.00 ± 0.18
28	²³²Th	911.2	0.73 ± 0.13	0.03 ± 0.07	0.10 ± 0.14
29	Cu + n	962.1	0.02 ± 0.09	0.00 ± 0.06	0.04 ± 0.13
30	²³²Th	964.8	0.18 ± 0.09	0.00 ± 0.07	0.00 ± 0.14
31	²³²Th	969.0	0.42 ± 0.12	0.03 ± 0.07	0.00 ± 0.12
32	²³⁸U	1001.0	0.21 ± 0.10	0.00 ± 0.06	0.09 ± 0.20
33	Cu + n	1115.5	0.00 ± 0.07	0.02 ± 0.08	0.04 ± 0.14
34	²²⁶Ra	1120.3	0.26 ± 0.09	0.00 ± 0.07	0.00 ± 0.14
35	⁶⁰Co	1173.2	0.06 ± 0.07	0.00 ± 0.07	0.00 ± 0.11
36	⁶⁰Co	1332.5	0.00 ± 0.06	0.00 ± 0.05	0.12 ± 0.12
37	⁴⁰K	1460.8	0.84 ± 0.11	0.28 ± 0.06	1.37 ± 0.17
38	²²⁶Ra	1764.5	0.25 ± 0.08	0.04 ± 0.03	0.42 ± 0.13
39	²³²Th	2103.5	0.12 ± 0.05		0.05 ± 0.09
40	²²⁶Ra	2204.2	0.05 ± 0.06		0.20 ± 0.10
41	²²⁶Ra	2447.9	0.02 ± 0.05		0.08 ± 0.10
42	²³²Th	2614.5	0.70 ± 0.09		1.41 ± 0.14

Таблица 2. Непрерывная составляющая фона спектрометра

№ п/п	Энергия, кэВ	Скорость счета 1/ксек/кэВ
№ п/п	Энергия, кэВ	Детектор ORTEC GEM 30185	Детектор CANBERRA GL 3830	Детектор CANBERRA GC 13021
1	100	2.136 ± 0.038	1.091 ± 0.022	1.977 ± 0.040
2	200	2.164 ± 0.040	1.245 ± 0.022	2.645 ± 0.046
3	300	1.380 ± 0.032	0.855 ± 0.018	1.973 ± 0.040
4	400	0.766 ± 0.024	0.518 ± 0.014	1.291 ± 0.032
5	500	0.502 ± 0.018	0.358 ± 0.012	0.898 ± 0.026
6	600	0.411 ± 0.016	0.300 ± 0.012	0.858 ± 0.026
7	800	0.244 ± 0.012	0.167 ± 0.008	0.411 ± 0.018
8	1000	0.166 ± 0.010	0.125 ± 0.008	0.305 ± 0.016
9	1200	0.126 ± 0.010	0.098 ± 0.006	0.243 ± 0.014
10	1500	0.075 ± 0.006	0.063 ± 0.004	0.180 ± 0.012
11	2000	0.044 ± 0.006	0.000 ± 0.000	0.106 ± 0.008
12	2500	0.033 ± 0.004	0.000 ± 0.000	0.094 ± 0.008

Вернуться на главную страницу...