Microsoft Word - S535 UPU Inspector User&#39

Лабораторная работа №3
ИЗМЕРЕНИЕ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА УРАНА С ПОМОЩЬЮ
ГЕРМАНИЕВОГО ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА (LeGe детектора)
Цель работы - определение изотопного состава урана в исследуемых материалах по специально разработанной методике с применением
германиевого гамма-спектрометра высокого энергетического разрешения.
В работе студенты изучают метод определения изотопного состава
урана на спектрометре Inspector с высоким энергетическим разрешением. U-Pu Inspector позволяет измерять изотопный состав образцов, содержащих уран и/или плутоний, без проведения калибровок по эффективности. Этот портативный прибор состоит из низкоэнергетического
германиевого детектора (LEGe), смонтированного на переносном криостате MAC, портативной спектрометрической рабочей станции InSpector, соединенной с персональным компьютером, на котором установлено программное обеспечение многогруппового анализа урана (MGAU ).
1.Описание спектрометрического тракта
Спектры автоматически набираются и записываются при помощи
системы Genie-2000, после чего они обрабатываются программой
MGAU. Программное обеспечение анализа, оптимизированное для
оценки состава плутония и урана, объединено с процедурами измерения
и анализа, сориентированными на данную задачу.
Рисунок.1.1 U-Pu Inspector
1
1.1 Детектор LEGe
Задачи, стоящие перед U-Pu Inspector, требуют для своего решения исключительных характеристик детектора на низких энергиях гамма-излучения. MGAU для урана использует диапазон энергий 84130 кэВ. В программе MGA для плутония используются рентгеновские
и гамма-лучи с энергией ниже 210 кэВ. В силу того, что в спектрах урана и плутония присутствуют несколько сложных мультиплетов важно,
чтобы в широком диапазоне загрузок сохранялись очень хорошее разрешение и форма пика.
Хорошее разрешение необходимо для обеспечения точности измерения изотопного состава в пределах 1%. С другой стороны, необходимость сохранять небольшое время измерения требует применения детектора с большой рабочей поверхностью. Этим требованиям удовлетворяет детектор LEGe, имеющий исключительные характеристики при
высоких скоростях счета. В U-Pu InSpector используется детектор с активной площадью 5 см2. Разрешение на 122 кэВ при загрузке до
50000 имп/с составляет 550-600 эВ (ПШПВ).
В реальных измерениях важно, чтобы в поле зрения детектора попадал только измеряемый образец. При традиционном подходе это достигается защитой детектора сзади и с боков и установкой перед ним
коллиматора. Однако, стандартные защиты и коллиматоры значительно
увеличивают общий вес аппаратуры. В LEGe детекторе U-Pu Inspector
применена защита из материала с высоким Z, закрывающая детекторный элемент со всех сторон, за исключением передней части (окна).
Защита смонтирована внутри детекторной камеры, для передней части
предусмотрена внешняя лицевая защита. При этом вес полностью защищенного детектора (заправленного жидким азотом) не превышает
8 кг. Защита изготовлена из сплава тяжелого металла. Так как линии
рентгеновского излучения материалов с высоким Z при MGA анализе
могут интерферировать с линиями плутония, то внутренняя часть защиты покрыта поглотителем с малым Z. Конструкция защиты обеспечивает получение чистых спектров урана и плутония без заметных шлейфов
обратного рассеивания (шлейф обратного рассеивания часто является
результатом неудачной конструкции защиты/коллиматора).
Кроме этого, детектор поставляется в комплекте с коллиматором
и фильтрующей сборкой. Коллиматор применяется для снижения активной поверхности детектора с 5 до 0,8 см2 с целью уменьшения загрузки при измерении материалов с высокой активностью. Фильтры
нужны для снижения скорости счета от 241Аm (60 кэВ и рентгеновское
излучение) в случае его большого содержания, например, при измерении старого плутония.
2
Коллиматор расширяет динамический диапазон и снижает мертвое время системы. Он также полезен при измерении небольших объектов, таких как отдельная таблетка в заполненном топливном стержне.
Коллиматор устанавливается в лицевую часть защиты и удерживается
фильтрующей сборкой. Фильтрующая сборка снабжена эластичной
вставкой, обеспечивающей соединение на трении с верхней частью детекторного узла, и ее следует устанавливать вплотную. Коллиматор
можно хранить на выступающей части ручки переноски криостата
МАС.
Фильтр состоит из трех оловянных дисков, толщиной примерно
0,8 мм каждый. Диски прикреплены к алюминиевой крышке при помощи шпильки, что позволяет, в случае необходимости, по одному устанавливать их перед детектором.
1.2 Многопозиционный криостат
Комбинация детектор-защита смонтирована на многопозиционном криостате (МАС). Емкость сосуда Дьюара составляет 2,5 л, при
этом обеспечивается хранение жидкого азота в течение двух дней. Специально сконструированные наполнительная и вентиляционная трубки
внутри сосуда Дьюара позволяют использовать и заправлять его полностью в любом положении, что удобно при работе в труднодоступных
местах.
Для удобства заправки МАС от источника несжатого жидкого
азота предлагается специальное заправочное устройство. Когда в него
заливают жидкий азот и закрывают, возрастающее давление выталкивает азот через гибкий шланг в трубку заполнения сосуда Дьюара. Дьюар
полностью заполняется двумя заправками устройства.
1.3 Многогрупповой анализ спектров плутония и урана
Программа многогруппового анализа MGA разработана для анализа гамма-спектров плутония с целью точного определения относительного содержания в образце плутония и других актиноидов. Она
требует только энергетической калибровки и может использоваться для
измерения плутониевых образцов практически любого размера и типа.
Время измерения обычно составляет всего несколько минут, а получаемая точность зачастую достигает 1%. Массы других актиноидов в образце, таких как 241Am, 237Np, 235U, даются по отношению к общей массе
плутония, кроме этого вычисляется отношение общего содержания урана к плутонию (totU/Pu). Версия MGA для U-Pu Inspector снижает объем
вводимой оператором информации и позволяет анализировать миллиграммы плутония во множестве негомогенных матриц.
MGAU, программа, аналогичная MGA, разработана для измерения изотопного состава урана и также реализована в U-Pu Inspector. Как
3
и MGA, программа MGAU не требует калибровки по эффективности и
обеспечивает получение точности в пределах 1-2 % всего лишь за несколько минут. Наилучшие результаты получаются при обогащении
урана порядка 10 % (при измерении обедненного и оружейного урана
точность снижается).
2. Обзор работы программного обеспечения
В разделе дан обзор типовых процедур измерения, которые применяются для измерения и анализа образцов урана и плутония.
Система U-Pu сконфигурирована таким образом, что после загрузки пиктограмма U-Pu InSpector
отображается в группе Genie-2000.
Программное
обеспечение
U-Pu
InSpector запускается двойным нажатием по этой пиктограмме. В первом появившемся окне (рис.3.1) вводится имя
пользователя и пароль.
В этом разделе подробно описаны
Рисунок.3.1 Окно входа в систему
функции, представленные в главном
меню системы Genie-2000 U-Pu InSpector (Рис.4.1).
Рисунок.4.1 Главное меню
2.1 Измерение образцов
Для измерения образцов в главном меню выбирается пункт «Измерение образцов», при этом появится выбора типов анализа (рис.4.2), в
котором приведен список типов анализа, определенных в системе. Обратите внимание на то, что если система настроена на проведение только одного вида анализа, то меню (рис.4.2) будет пропущено и сразу будет предложено окно установки параметров измерения (рис.4.3).
4
Рисунок.4.2 Окно выбора типов анализа
2.1.1 Выбор типа анализа
Перед тем, как приступить к измерению образца, необходимо
определить, какой алгоритм анализа следует применить к данному образцу. При выборе типа анализа системе сообщается, как именно она
должна обрабатывать образец. С системой Genie-2000 U-Pu InSpector
поставляются несколько стандартных последовательности анализа: анализ плутония с различными способами определения Pu-242, анализ урана, измерение обогащения урана и анализ урана или плутония.
Для выбранного типа анализа отображается окно установки параметров измерения (Рис.4.3). Если установлен системный флаг немедленного начала измерения с заданным по умолчанию живым временем
измерения, то это окно будет пропущено.
Рисунок.4.3 Окно установки параметров измерения
В окне установки параметров измерения выводится заданное по
умолчанию живое время измерения, которое может изменяться; остальные параметры (хранящиеся в файле, связанным с детектором) при первом использовании детектора устанавливаются равными нулю. Есть
5
возможность выбрать один из трех режимов (живого времени, реального времени или количества отсчетов). Если режим не выбирается, то
устанавливается режим набора по живому времени. В случае задания
количества импульсов первый канал не может быть больше последнего.
Указывается количество прогонов для образца. В каждом прогоне выполняется набор спектра, его запись и обработка (см. раздел 3.4.2, «Выполнение типового измерения»). При нажатии кнопки «Отмена» отображается окно выбора типа анализа. При нажатии «Принять» начинается измерение и отображается окно ввода параметров образцов.
2.1.2 Ввод параметров образцов
После того, как система начнет измерение, на экране появится окно ввода параметров образцов (Рис.4.4-4.7 для анализа плутония, урана,
плутония и урана или анализа по методу измерителя обогащения соответственно), где требуется ввести необходимые для анализа данные.
Рисунок.4.6 Параметры образца (анализ U)
Рисунок.4.7 Параметры образца (измеритель обогащения U)
6
Окно ввода параметров образцов может быть изменено администратором системы в связи с требованиями лаборатории или типа образца.
Параметры образца, отображаемые в каждом окне определяются
типом анализа. Эти параметры следующие:
Дата декларации: Это поле (если присутствует) по умолчанию
устанавливается равным текущей дате и времени. При необходимости
вводиться дата декларации измеряемого образца в принятом системой
формате. Дата декларации не должна превышать текущую дату.
Код образца: Вводиться код или идентификатор образца.
Имя оператора: По умолчанию принимается имя, под которым
пользователь зарегистрировался в системе. При необходимости вводиться новое имя оператора.
Минимальное число отсчётов: По умолчанию 20000. Если общее количество отсчетов в спектре меньше числа, указанного для этого
параметра, то MGA анализ не выполняется. Это необходимо в тех случаях, когда из-за слабой статистики спектра точность получаемых результатов может не соответствовать заданным критериям.
Декларированное обогащение: Если введено ненулевое значение, то в отчете оно сравнивается с вычисленным значением. Если поле
остается нулевым, то обогащение вычисляется обычным образом, но в
отчете указывается, что декларированного обогащения не введено и
сравнение не выполнялось.
Погрешность декларированного обогащения: Относительная
ошибка (%) для величины декларированного обогащения U-235.
Калибровочный файл: Пользователь может выбрать необходимый калибровочный файл измерителя обогащения урана из списка в соответствующем меню. Дополнительная информация в разделе «Калибровка измерителя обогащения урана».
Толщина Fe, мм: Толщина поглотителя из железа, используемая
в вычислениях по методу измерителя обогащения урана. В случае ввода
нулевой величины программа выдаёт предупреждающее сообщение.
Плотность Fe, г/см3: Плотность (г/см3) поглотителя из железа,
используемая в вычислениях по методу измерителя обогащения урана.
Толщина Al, мм: Толщина (мм) поглотителя из алюминия, используемая в вычислениях по методу измерителя обогащения урана.
Для прекращения измерения и возврата в главное меню нажмите
«Отмена». При выборе «Принять» система проверит все введенные
значение на соответствие критериям, заданным системным администратором. В случае обнаружения недопустимого значения появится соответствующее сообщение, и после подтверждения, вновь будет выведено
окно параметров образца, где есть возможность исправить ошибку. Ес-
7
ли все величины введены правильно, то система передаст их в процедуру анализа, запустит процесс набора спектра и вернется в главное меню.
Для однодетекторных систем в это время нельзя начать другое измерение, однако есть возможность выполнять другие задачи, не требующие
детектора.
До прекращения измерения анализ выполняется как самостоятельная задача. Выбранный тип анализа определяет используемый алгоритм и тип формируемого отчета (если задан). Соответствующий отчет отображается на экране, если в .ASF файле установлен флаг вывода
на экран (для нескольких прогонов отображается отчет только о последнем). Независимо от того, формируется отчет или нет, по окончании набора спектр автоматически записывается на жесткий диск.
2.2 Анализ данных из МКА
Этот режим анализа, вызываемый из главного меню, используется
для инициализации и выполнения процедур измерения образца. Последовательность выполнения идентична описанной в разделе «Измерение
образцов» за тем исключением, что этап набора спектра (окно установки параметров измерения) пропускается. После этого хранящийся в
анализаторе спектр передается в компьютер и обрабатывается.
2.3 Управление детекторами
Функция «Управление детекторами» обеспечивает просмотр состояния детектора, ручное управление программируемыми узлами и
просмотр ранее набранного спектра.
Начальное окно управления детекторами (Рис.4.8) отображает состояние каждого детектора. Информация о состоянии обновляется автоматически при первом появлении окна, при выборе кнопки «Обновить» или при нажатии клавиш ALT+U. Состояния могут быть следующие:
Рисунок.4.8 Окно статуса детекторов
Доступен: Детектор не используется и готов к выполнению любой функции.
Занят: Детектор занят набором данных. Поле «Тип» содержит
8
код типа анализа для измеряемого образца, а поля «Задано» и «Прошло»
предоставляют информацию о том, как долго будет продолжаться
набор.
Используется: Детектор занят программным обеспечением, но не
набором данных.
Отключён: Детектор отключен и недоступен.
Не доступен: Либо детектор занят другим процессом, либо есть
ошибка, закрывшая доступ.
Для доступа к меню управления детектором (Рис.4.9) для конкретного детектора (раздел 4.3.1) используйте кнопку «Выбрать» (или
нажмите ALT+S).
2.3.1 Меню управления детектором
В следующих подразделах описаны функции, обеспечиваемые
меню «Управление детектором» (Рис.4.9).
Рисунок.4.9 Меню управления детектором
Остановить измерение
При помощи этой функции можно вручную прекратить набор, не
дожидаясь нормального завершения. Поскольку эта операция приводит
к потере результатов текущего измерения, то система попросит дать
подтверждение.
Отчёт о последнем измерении
Функция предназначена для просмотра результатов последнего
анализа, выполненного при помощи выбранного в данный момент детектора.
Показать спектр
Режим отображения текущего спектра с выбранного детектора.
После загрузки спектра в окно МКА в нижней части экрана, система
возвращается в меню управления детектором.
Показать параметры
9
Если выбранный в данный момент детектор занят измерением образца, то эта функция позволяет просмотреть все действующие параметры измерения и анализа. Для возвращения в меню управления детектором после просмотра параметров, нажмите «Отмена» или ESC. Если детектор не выполняет измерения, то отображается сообщение «Текущие параметры не доступны», после подтверждения выполняется
возврат в меню управления детектором.
Показать протокол
Все значительные события фиксируются в своеобразном дневнике, называемом файлом регистрации или протоколом, причем для каждого детектора поддерживается отдельный файл. Отображаемый файл
регистрации соответствует выбранному детектору. В этом файле хранятся все записи для данного детектора, начиная с момента последней
очистки файла. Функция «Показать протокол» позволяет просмотреть
содержимое файла.
Очистить протокол
Функция предназначена для удаления или архивации файла протокола для выбранного в данный момент детектора.
Изменить статус
Эта функция обеспечивает переключение состояния выбранного в
данный момент детектора между
«Доступен» и «Отключён». Она использует диалог Рис.4.10, в котором
состояние детектора определяется
Рисунок.4.10 Окно «Изменить статус
состоянием флага «Отключить»
Управление электроникой
Эта функция (Рис.4.11) предназначена для управления аппаратными средствами анализатора выбранного детектора в системах с программируемой входной электроникой. Если будет произведена попытка
выполнить какую-то функцию, не поддерживаемую аппаратурой, то появится соответствующее сообщение и вернется меню управления электроникой. Меню предлагает только типовые функции управления; полная настройка аппаратуры выполняется через программу набора и анализа спектров.
10
Рисунок.4.11 Окно «Управление электроникой»
Высокое напряжение - Вкл/Выкл/Сброс: Обеспечивает включение и
выключение связанного с детектором источника высокого напряжения.
Если программируемый высоковольтный источник был отключен по
внешнему условию (сигнал блокировки от предусилителя или перегрузка), то можно сбросить состояние ошибки, воспользовавшись окном
диалога Рис.4.12.
Рисунок.4.12 Окно управления высоковольтным источником
Цифровой стабилизатор - Вкл/Вкл/Удержание: Система управления
цифровым стабилизатором InSpector (Рис.4.13) позволяет включить его,
выключить или перевести в режим удержания.
Рисунок.4.13 Окно управления цифровым стабилизатором
Диспетчер питания
Функция «Диспетчер питания» (Рис.4.14) позволяет выбрать один
из режимов работы InSpector, установить задержку перед включением
набора спектра и указать, через какое время InSpector должен переключаться в режим ожидания.
11
Рисунок.4.14 Окно диспетчера питания
Режим: Список выбора позволяет установить один из режимов
питания InSpector: Save, Full, AC.
В режиме Save (энергосбережение батарей) расход энергии батарей минимизируется за счет отключения некоторых схем InSpector. После получения команды начала набора спектра система переключается в
режим Full и спустя время задержки начинается набор. Этим обеспечивается установление указанного высокого напряжения и выход электроники на стабильный тепловой режим. По окончании набора система
возвращается в режим Save.
В режиме Full (полное расходование батарей) питание от батарей
прибора постоянно подается на все схемы системы.
В режиме AC (питание от сети) питание InSpector осуществляется
через порт батарей А. Если к этому порту подключен сетевой адаптер,
то он обеспечивает питание прибора. При пропадании напряжения в сети диспетчер питания автоматически переключается на порт В, обеспечивая питание от подключенной к нему батареи. При восстановлении
напряжения в сети система переключается обратно на порт А.
Задержка включения: В режиме питания Save время задержки
включения набора обеспечивает установление указанного высокого
напряжения и выход электроники на стабильный тепловой режим. Для
выхода внутренних электронных узлов режим на 0,1 % от своего окончательного значения требуется время менее пяти минут.
Задержка отключения: Этот параметр определяет время, в течение которого InSpector может находиться в неактивном состоянии (не
набирая спектра и не ведя обмен с компьютером) перед переключением
в режим ожидания. В режиме ожидания все схемы, за исключением
диспетчера питания, отключены до получения следующей команды от
управляющего компьютера. Если в этом поле указано 0 минут, то прибор в режим ожидания не переключается.
Конфигурация входа
Данная функция используется для выбора любого файла описания
МКА (*.MID). При ее активизации основные параметры текущей кон-
12
фигурации отображаются в окне «Проверка конфигурации входа»
(Рис.4.15). Окно выбора альтернативного детектора позволяет выбирать
любой файл, созданный при помощи редактора входов МКА. Заметьте,
что если при загрузке другого детектора в окне МКА имеется открытый
источник данных, то система спросит, нужно ли перед выполнением закрывать его.
Рисунок.4.15 Окно проверки конфигурации входа
Для выбора текущей конфигурации нажмите кнопку «Принять».
При нажатии на «Другой» отображается окно выбора альтернативного
детектора, позволяющее выбрать любой файл, созданный в редакторе
входов МКА. После этого отображается окно проверки конфигурации
входа, позволяющее проверить параметры выбранной конфигурации.
Если вновь выбранная конфигурация отличается от загруженной, то текущий файл описания выгружается из рабочей базы данных и загружается вновь выбранная конфигурация. Если в момент загрузки новой
конфигурации в окне МКА открыт источник данных, то система предложит сначала закрыть его.
2.6 Управление системой
Меню «Управление системой» (Рис.4.29) обеспечивает доступ к
ряду функций обслуживания и настройки, каждая из которых описана в
следующих разделах.
13
Рисунок.4.29 Меню «Управление системой»
2.6.1 Переанализировать файл данных U-Pu Inspector
Функция предназначена для повторного анализа данных для образцов, ранее уже обработанных системой U-Pu InSpector. В первую
очередь она предназначена для устранения ошибок или для выполнения
повторного анализа без обеспечения полного доступа к параметрам и
алгоритмам, использованным в первоначальном анализе.
Выбор файла для анализа
При выборе этой функции появляется список типов анализа. После того, как указан тип анализа, будет предложен список источников
данных (рис.4.30). Выберите источник данных, для которого необходимо провести повторный анализ, и нажмите «Принять». После этого появится окно (рис.4.31), где указываются файлы последовательности и
параметров анализа, которые будут использованы при проведении повторного анализа. Нажмите «Принять» и появится диалог параметров
образца, где Вы можете принять или отклонить отображаемые параметры. При нажатии «Принять» будет проведён анализ и появится отчет,
который можно просмотреть на экране или распечатать.
Рисунок.4.30 Окно выбора источника данных для повторного анализа
14
Рисунок.4.31 Окно ввода файлов последовательности анализа и параметров
2.6.2 Переанализировать любой файл данных
Эта функция предназначена для повторного анализа любого файла
данных, включая различные САМ спектры.
Выбор файла для анализа
Окно Рис.4.32 позволяет выбрать файл для обработки. С помощью
стандартного диалога поиска и открытия файлов выбирается спектр, который нужно повторно обработать. После выбора файла появится диалог, где можно оставить или указать заново файлы последовательности
и параметров анализа, которые будут использованы при проведении повторного анализа. Нажатием клавиши «Принять» вызывается диалог
параметров образца, где могут быть приняты или отклонены отображаемые параметры. При нажатии «Принять» будет проведён анализ и появится отчет, который можно просмотреть на экране или распечатать.
Рисунок.4.32 Окно выбора файла для повторной обработки
15
2.6.3 Отчёт по измерениям
Этот режим позволяет сформировать отчет для спектра, обработанного ранее U-Pu InSpector. При выборе этой команды выводится
список типов анализа. После определения типа анализа отображается
список источников данных. Выберите источник данных, затем нажмите
«Принять», при этом появляется отчет, который можно просмотреть на
экране или распечатать.
2.6.4 Отчёт по множественным прогонам
Этот режим позволяет включить результаты анализа от разных источников данных в один отчет. Обычно используется для формирования
отчета о нескольких прогонах измерения образца, но может быть также
использован для объединения результатов нескольких отдельных анализов в один отчет. Заметьте, что спектры без результатов не влияют на
среднее и стандартное отклонение.
Выбор файла для анализа
При выборе этой команды отображается список типов анализа.
После определения типа анализа выводится список источников данных.
Выбирается первый источник данных, который нужно включить в отчет, затем нажмите «Принять». Пока система ищет выбранный файл, на
экране отображается сообщение «Проверка». Выбирается последний
источник данных, который нужно включить в отчет, затем снова
нажмите «Принять». После проверки файла появляется отчет, который
можно просмотреть на экране или распечатать.
2.6.5 Показать спектр
При выборе этого режима отображается список источников данных. Выбирается источник данных для отображения в окне МКА. В
окне InSpector появится сообщение «Нажмите «Принять» для прекращения просмотра». После нажатия «Принять» открывается меню управления системой.
2.6.6 Набор и анализ спектров
При выборе этого режима запускается приложение набора и анализа гамма-спектров, обеспечивающее полный доступ ко всем функциям управления и анализа InSpector.
Внимание Окно приложения «Набор и анализ гамма-спектров»
необходимо закрыть собственными средствами. Закрыв его из окна UPu Inspector, возникает риск повреждения файла данных.
2.6.9 Настройка уран-плутониевого инспектора
Эта функция отображает окно (рис.4.35), где Вы можете просмотреть или отредактировать текущие параметры настройки U-Pu InSpector.
16
Рисунок.4.35 Меню «Настройка уран-плутониевого инспектора»
Предлагать установить образец
Если помечен выключатель «Предлагать установить образец», то в
начале каждого цикла измерения система будет отображать диалог
«Поместите образец на детектор». Этот диалог позволяет также изменить установленное по умолчанию время набора.
Живое время измерения по умолчанию
Времена по умолчанию, используемые системой при наборе калибровочных и фоновых спектров, отображены в верхней части диалога.
Если используется режим «Предлагать установить образец», то при
необходимости эти времена можно изменить.
В противном случае не будет возможности изменить времена измерения, поэтому при наборе спектров будут использованы времена, заданные по умолчанию.
Закрывать детектор после измерения
Детекторные входы автоматически открываются в окне МКА при
первом обращении к ним. По умолчанию работа системы организована
таким образом, что детекторы остаются открытыми после использования. Выбором режима «Закрывать детектор после измерения» системе
дается команда закрывать детекторы после окончания набора, при этом
они становятся доступными для других задач. Обратите внимание на то,
что это неприменимо в случае многократных прогонов.
Проверять конфигурацию входа
Если помечен выключатель «Проверять конфигурацию входа» то
при запуске программного обеспечения U-Pu InSpector система выводит
диалог «Проверка конфигурации входа»
17
Имя директории для архивации файлов
Здесь задаются имена диска и директорий для архивации данных,
калибровок и файлов протокола.
Сохранение изменений
После внесения изменений в параметры нажмите «Принять», при
этом они будут сохранены и использованы.
2.8 Тестовое измерение
Этот режим предназначен для проведения тестового измерения с
помощью текущего детектора (если в системе определено несколько детекторов, то будет предложено выбрать нужный; в противном случае
окно выбора детектора пропускается). При запуске этого измерения система загружает в МКА живое время измерения (1,000,000 секунд) и
окно (рис.4.38) отображает следующие величины:
Дата/время начала измерений: дата и время начала набора
Детектор: код детектора
Живое время, секунд:
прошедшее живое время на момент отображения окна
Реальное время, секунд: прошедшее полное время на момент отображения окна
Мёртвое время, %: мертвое время на момент отображения окна
Рисунок.4.38 Окно «Тестовое измерение»
Для обновления содержимого окна информацией из МКА выберите
«Обновить». Кнопка «Очистить» применяется для остановки, очистки и
перезапуска МКА и отображения в окне новой информации. Кнопка
«Отмена» возвращает в главное меню.
3 Калибровка
Перед началом измерения образцов систему необходимо откалибровать, выбрав в главном меню пункт «Калибровка». При выборе данного режима появляется окно Рис.4.16.
3.1 Измерить калибровочный спектр
Для калибровки детектора LEGe необходимо набрать калибро-
18
вочный спектр:
1. В меню калибровки выберите пункт «Измерить калибровочный
спектр» (Рис.4.16). Система предложит поместить калибровочный источник в соответствующее положение перед детектором (Рис.4.17). Будет также отображено живое время, установленное по умолчанию командой «Настройка уран-плутониевого инспектора», которое, в случае
необходимости, можно изменить
Рисунок.4.16 Главное меню калибровки
Рисунок.4.17 Установка живого времени измерения калибровочного спектра
2. Кнопка «Принять» начинает набор и обеспечивает доступ к окну «Параметры калибровки», Рис.4.18, а кнопка «Отмена» возвращает в
главное меню.
Рисунок.4.18 Окно «Параметры калибровки»
3. В окне «Параметры калибровки» выберите файл сертификата. В
нормальных условиях U-Pu InSpector требует только энергетической
19
калибровки. Для продолжения выберите «Принять», при этом откроется главное меню и, пока идет процесс калибровки, возможно использовать систему для выполнения других функций. При выборе «Отмена»
набор спектра прекращается, и система возвращается в главное меню.
По окончании набора калибровочный спектр автоматически записывается, а детектор становится доступным для других задач. Записанный спектр в дальнейшем используется как источник данных для других калибровочных операций.
3.2 Полная калибровка по энергии и форме
При первом запуске системы, не прокалиброванной на заводе, а
также после внесения серьезных изменений (например, замена или ремонт детектора), должна быть выполнена полная калибровка по энергии
и форме.
В меню калибровки выберите пункт «Полная калибровка по энергии и форме», при этом появится окно (рис.4.19), которое будет содержать информацию о последнем набранном детектором калибровочном
спектре, включая связанный с ним файл сертификата.
Рисунок.4.19 Запуск полной калибровки по энергии и форме
При необходимости выберите из списка другой файл сертификата. Для подтверждения введённых данных нажмите «Принять», при
этом на время выполнения инициализации на экране появится сообщение «Подождите пожалуйста…». Через несколько секунд появится окно
Рис.4.20.
Начальное окно энергетической калибровки (Рис.4.20) расположено вверху окна МКА, в котором содержится калибровочный спектр.
Окно позволяет вручную задать калибровку по энергии следующим образом:
20
Рисунок.4.20 Начальное окно энергетической калибровки
1. Нажатием по окну МКА перейдите в него. При работе с клавиатурой,
нажатием CTRL+ESC вызывается список окон, при помощи стрелок
выделяется окно МКА, затем нажмите ENTER.
2. Мышью зацепите курсор МКА (при этом указатель превратится в
курсор данных, короткую вертикальную черту) и переместите его на
вершину пика, соответствующего первой энергии, указанной в окне
диалога в верхней части экрана. Для перемещения курсора с помощью клавиатуры используются правая и левая стрелки.
3. Вернитесь в начальное окно энергетической калибровки, затем,
нажав кнопку «Курсор» или клавиши ALT+К, скопируйте канал курсора в текстовое поле «Канал». Если номер канала введен верно, то
выберите «Обновить» (или с нажмите ALT+О на клавиатуре) для
обновления калибровочного списка.
4. Выделите в списке пик с высокой энергией, затем повторите пункты
1-3. Для продолжения нажмите «Принять».
5. Пока система выполняет начальную калибровку, на экране появится
сообщение «Подождите пожалуйста». По окончании будет отображен график калибровочной зависимости. Если полученный результат
Вас не устраивает, нажатием «Отмена» вернитесь в окно (рис.4.20) и
повторите предыдущие шаги с правильными значениями. При получении приемлемого результата выберите «Принять» для продолжения.
6. Если в предыдущем пункте выбрано «Принять» для продолжения, то
система будет выполнять полную калибровку по энергии и форме, во
время которой на экране будет сообщение «Подождите пожалуйста».
По окончании вычислений результаты будут выведены в виде графика (рис.4.21).
Органы управления в этом окне позволяют выполнить следующие
функции:
21
a. Кнопками «Энергия» и «Форма» осуществляется переключение
между кривыми калибровки по энергии и форме.
b. Кнопками «+» и «-» изменяется порядок полинома. Не увеличивайте порядок полинома больше 1.
c. Текстовое поле «Пик» и кнопка «Удалить» предназначены для
удаления оторвавшейся точки из списка точек, использованных
для подгонки кривой.
d. При помощи кнопки «Печать» (или комбинации клавиш ALT+П)
можно получить распечатку кривых.
Рисунок.4.21 Результаты полной калибровки
7. После проверки кривых калибровки есть два варианта выбора:
a. Согласиться с кривыми, при этом система сохранит результаты,
распечатает отчет и вернётся в главное меню. Полная калибровка
по энергии и форме на этом закончится.
b. Отклонить кривые, при этом результаты аннулируются, и открывается меню калибровки.
3.3 Перекалибровка по энергии
Повторная калибровка применяется для подстройки или проверки
калибровки детектора, для которого ранее была выполнена полная калибровка по энергии и форме. Ее можно отнести к каждодневным процедурам, так как она часто применяется для компенсации незначительных отклонений в системе (например, вследствие колебаний температуры). Заметьте, что при использовании этой функции перекалибровка по
форме не выполняется.
Начните с набора калибровочного спектра. После набора нового
калибровочного спектра в меню калибровки выберите пункт «Перекалибровка по энергии», при этом появится диалог выбора файла серти-
22
фиката, аналогичный (рис.4.19). После выбора файла сертификата
кнопкой «Принять» запускается процесс перекалибровки по энергии.
По завершении будет отображено окно калибровочной кривой
(рис.4.21), обеспечивающее просмотр результатов.
3.4 Калибровка измерителя обогащения
Данная функция позволяет выполнить калибровку для анализа
урана в режиме измерения обогащения.
Калибровка начинается с набора нового калибровочного спектра,
воспользовавшись процедурой, описанной в разделе «Измерить калибровочный спектр». После набора нового калибровочного спектра запускается функция калибровки измерителя обогащения, при этом отобразится окно, в котором нужно указать, будете ли обновляться существующая калибровка по обогащению урана (хранящуюся в специальном
калибровочном файле). При ответе «Да» отображается список существующих калибровок по обогащению урана. Выберите подлежащую
обновлению калибровку и нажмите «Принять» для продолжения. При
ответе «Нет» отображается окно, аналогичное изображенному на
рис.4.22, позволяющее ввести параметры для выполнения калибровки
по обогащению урана.
Параметры, приведенные в этом окне, описаны в разделе «Ввод
параметров образцов». Декларированное обогащение U-235 в данном
случае является обязательным, так как оно необходимо для получения
калибровочного коэффициента. Для прекращения калибровки и возврата в меню калибровок (рис.4.16) нажмите «Отмена». Для запуска калибровки нажимается клавиша «Принять». Пока система выполняет калибровку по обогащению, выводится сообщение «Подождите пожалуйста».
Через несколько секунд калибровка по обогащению завершается, и печатается отчет о калибровке.
Если создается новая калибровка по обогащению, то система запросит имя файла, в котором будут храниться коэффициенты калибровки по обогащению. Если файл с таким именем уже существует, система
перезаписать его. Нажмите «Да» для перезаписи файла новой калибровкой или «Нет» для возврата в окно ввода имени файла.
23
Рисунок.4.22 Параметры калибровки измерителя обогащения
3.5 Настройка калибровки
Для доступа к окну параметров калибровки (рис.4.23) в главном
меню калибровки выбирается пункт «Настройка». Пользователи с уровнем доступа оператора (или выше) могут изменять параметры и сохранять эти изменения (Принять) или отказываться от них (Отмена).
Рисунок.4.23 Окно настройки калибровки
4. Измерение образцов и анализ
4.1 Поставляемые типовые последовательности анализа
В зависимости от типа образца U-Pu InSpector выполняет три специфических вида анализа. Каждая из процедур анализа использует параметры из файла конфигурации системы. Для большинства приложений достаточно заданных по умолчанию значений.
24
Определены следующие виды анализа:
Анализ урана: Эта процедура предназначена для анализа образцов урана. При измерении урана в присутствии плутония следует использовать процедуру анализа урана или плутония.
Измеритель обогащения урана: Процедуру «Анализ урана» нельзя
применять в тех случаях, когда дочерние продукты распада U-235 и U238 не находятся в равновесии с родительскими нуклидами или излучение в области 89-100 кэВ слишком сильно ослабляется контейнером образца. Если имеется одно из этих условий, то для анализа образцов
можно использовать метод «Измерителя обогащения». Процедура основана измерениях в фиксированной геометрии и, следовательно, перед ее
применением необходимо выполнить калибровку измерителя обогащения.
Анализ плутония: Это общая процедура для анализа большинства плутониевых образцов. В ней вычисляется эффективная толщина
поглотителя (эквивалент Cd и стали), эффективная толщина плутония
(наблюдаемая детектором), форма кривой эффективности детектора и
относительное содержание изотопов плутония. Ошибки выводятся для
доверительного интервала 1 СКО. Все параметры фиксируются в файле
параметров по умолчанию MGA (MGA.DEF) и для большинства операций не требуют модификации.
Анализ урана или плутония: Процедуру следует использовать в
том случае, когда неизвестно, является ли образец чистым ураном или
плутонием (возможно, смесь урана и плутония). После набора спектра
программа пытается выполнить обе процедуры анализа (сначала
MGAU, затем MGA). Параметры определены в файле параметров по
умолчанию MGAMGAU.DEF, содержимое которого эквивалентно файлу MGA.DEF.
4.2 Выполнение измерения
4.2.1 Использование тестового измерения для оптимизации
геометрии
К геометрии измерения и положению образца не предъявляется
жестких требований. Тем не менее, определенные конфигурации способствуют повышению точности. При измерении образца нового типа
начните с проведения контрольного измерения. Это даст возможность
выбрать наиболее приемлемое расстояние источник-детектор, определить, нужен ли дополнительный коллиматор, и выбрать количество поглотителей.
В главном меню выберите «Тестовое измерение». Анализатор
сразу же начнет набирать спектр, а на экране появится окно тестового
измерения (рис.3.8).
25
Рисунок.3.8 Окно тестового измерения
В окне контрольного измерения отображается живое время, реальное время и величина мертвого времени в процентах. В процессе
набора эти показания можно обновлять с помощью кнопки «Обновить»
(автоматически они не обновляются). При обновлении выводятся новые
значения. Эта информация используется для оптимизации геометрии.
При изменении геометрии измерения (влияющем на мертвое время) для
запуска нового тестового измерения с новой геометрией нажмите кнопку «Очистить». По окончании, нажатием кнопки «Отмена» прекращается тестовое измерение и возвращаетесь в главное меню.
Указания по выбору оптимальной геометрии
Загрузка не должна превышать порога, начиная с которого она
начинает влиять на разрешение детектора. В силу этого рекомендуется
поддерживать мертвое время системы не более 30-40 процентов. Это
условие легко обеспечивается изменением расстояния источникдетектор и/или установкой коллиматора (устанавливается более тонким
концом в отверстие в защите спереди детектора). Коллиматор удерживается алюминиевой крышкой, служащей также для фиксации оловянных поглотителей. В нерабочем состоянии коллиматор хранится вместе
с детектором и крепится к передней части ручки сосуда Дьюара с помощью винта.
Использование коллиматоров
Поддерживайте мертвое время системы ниже 30-40 процентов,
при этом загрузка не превышает порога, начиная с которого она влияет
на разрешение детектора. Мертвое время наиболее просто установить
изменением расстояния источник-детектор и/или установкой коллиматора. Коллиматор полезен при измерении лишь маленькой части активного образца или когда подлежащий измерению источник окружен другими радиоактивными источниками. Во избежание избыточного фона в
последнем случае следует выбирать такую геометрию образецколлиматор-детектор, чтобы детектор видел только нужный образец.
Использование поглотителей
26
Для измерения урановых образцов поглотители, как правило, не
требуется, однако их следует применять при измерении плутония.
Старый плутоний обычно имеет сильное гамма-излучение с энергией 59 кэВ от Am-241. Наложение и увеличенное мертвое время могут
привести к тому, что активность Am-241 скроет остальную часть спектра. Недостаточная толщина поглотителя является причиной излишней
интенсивности пика 59 кэВ, что приводит к увеличению времени измерения и может служить причиной ухудшения разрешения детектора. С
другой стороны, этот пик используется при анализе, поэтому его нельзя
полностью убирать излишней толщиной поглотителя. Вследствие этого,
толщину поглотителя следует выбирать таким образом, чтобы интенсивность пика 59 кэВ была сравнима со средней интенсивностью группы пиков в области 100 кэВ.
4.2.2 Запуск типового измерения
После того, как в контрольном измерении определена оптимальная геометрия детектор-образец, в главном меню выберите пункт «Измерение образцов» для входа в меню измерения образца (рис.3.9), после
чего выберите алгоритм анализа.
Рисунок.3.9 Меню измерения образца
После выбора алгоритма анализа на экране появляется окно установки режима измерения образца (рис.3.10), где выбирается живое время измерения, реальное время измерения или заданное количество отсчетов в определенной области спектра. Для качественного выполнения
анализа большинства образцов урана или плутония достаточно 600 1000 секунд. старый спектр может быть стерт или продолжен набор уже
имеющийся в анализаторе. Время может быть сокращено, используя
спектр, набранный во время проведения контрольного измерения.
27
Рисунок.3.10 Окно настройки режима измерения образца
Путем ввода числа в поле «Число прогонов» укажите, выполнять
ли одиночное измерение (чего обычно достаточно), или серию идентичных измерений. Например, если Вы задали время измерения
1000 секунд и три прогона, то система выполнит три идентичных цикла
измерения по 1000 секунд и анализа, причем будут сохранены результаты каждого прогона. Это полезно при тщательной проверке отдельных
образцов и при контроле систематической ошибки системы. Вы получаете возможность выполнять идентичные повторяющиеся измерения,
сравнивать результаты и вычислять стандартное отклонение.
Для выполнения множественных прогонов с накоплением информации установите флаг «Прогоны с накоплением». Когда этот флаг
установлен, система выполняет один цикл измерения и анализа для указанного количества прогонов без удаления данных между отдельными
прогонами. Например, если задается время измерения 1000 секунд и три
прогона, и при этом флаг «Прогоны с накоплением» установлен, то система будет проводить измерение в течение 3000 секунд, при этом анализ будет выполнен после 1000, 2000 и 3000 секунд.
Для нескольких прогонов (суммарных или отдельных) на экран
выводится только последний отчет.
После того, как введена вся информация, процесс измерения
начинается автоматически.
В начале набора (или во время первого измерения при нескольких
прогонах) система предложит идентифицировать измеряемый образец и
ввести некоторую дополнительную информацию (окно параметров измеряемого образца, рис.3.11), необходимую для проведения анализа.
Если указана дату, отличную от системной, то в отчете будет присутствовать вычисленный изотопный состав плутония с поправкой на рас-
28
пад на указанную дату. Не вводите будущие даты. Если известна дата
отбора образца, то следует ввести ее для более точных верификационных вычислений.
Рисунок.3.11 Окно параметров измеряемого образца
Если измерение выполняется в несколько прогонов, то к идетификатору образца, вводимому в поле «Код образца» программа добавит
номер прогона. В некоторых окнах видны и код образца и дополнительный номер, в других только – только код.
По завершении набора спектр автоматически сохраняется и обрабатывается. Результаты анализа выводятся на экран и записываются в
каталог, определенный алгоритмом анализа.
4.2.3 Анализ данных из МКА
Пункт главного меню «Анализ данных из МКА» позволяет обработать спектр, полученный в результате тестового измерения, без повторного набора командой «Измерение образцов». Все выполняется
аналогично команде «Измерение образцов» за тем исключением, что не
требуется ввода параметров набора и выполнения собственно измерения.
При выборе команды «Анализ данных из МКА» предлагается указать тип измерения. Отображается окно параметров измеряемого образца (рис.3.11). После ввода параметров выполняется анализ и система
выводит отчет на экран.
4.3 Управление системой
Для доступа к функциям управления системой (повторный анализ
спектра, формирование специальных отчетов, настройка системы) выберите в главном меню пункт «Управление системой», при этом появится меню обслуживания системы (рис.3.15).
29
Переанализировать файл данных U-Pu InSpector
Эта процедура используется для анализа любого файла данных,
полученного при помощи U-Pu InSpector. В основном она предназначена для исправления ошибок или выполнения повторного анализа ранее
набранного спектра. При запуске этого режима сначала выводится список типов анализа (рис.3.9). Выбирается тип анализа, после чего появится список файлов данных, которые были обработаны выбранным
алгоритмом. После этого может быть выбран другой файл алгоритма
анализа или параметров (рис.3.16). После заполнения полей этого окна
появится окно ввода параметров, и будет предоставлена возможность
указать новые параметры. После этого будет выполнена обработка и на
экран будут выведены результаты.
Переанализировать любой файл данных
Эта процедура идентична предыдущей за тем исключением, что
она обеспечивает доступ к любому файлу на диске, независимо от того,
был ли он ранее обработан U-Pu InSpector или нет. Вместо списка ранее
обработанных образцов система предлагает стандартный диалог открытия файлов, позволяющий найти файл на диске.
Отчёт по измерениям
Эта функция предназначена для формирования отчета на основе
файла, ранее обработанного U-Pu InSpector. Предлагается список типов
анализа, после него отображается список файлов, обработанных выбранным алгоритмом. После выбора файла в текстовом окне с полосами
прокрутки формируется отчет.
Отчёт по множественным прогонам
Этот режим применяется при статистическом анализе спектров,
набранных при многократном прогоне. В нем вычисляется среднее содержание каждого изотопа.
Показать спектр
30
Эта функция обеспечивает доступ к стандартному диалогу открытия файла, где Вы можете выбрать файл для отображения в окне МКА.
Набор и анализ спектров
Выход в окно набора и анализа спектров. Обратитесь к соответствующей главе Руководства оператора Genie-2000.
Архивировать данные
Эта функция предназначена для архивирования (перемещения)
файлов данных образцов на внешнее устройство (указанное в режиме
U-Pu InSpector Setup). Вы можете архивировать все файлы данных, или
ограничить список путем указания типа алгоритма и диапазона дат. При
выборе «Принять» производится копирование, после чего каждый
успешно скопированный источник данных удаляется из системы. Команда «Отмена» возвращает Вас в меню управления системой.
31
Порядок выполнения работы
1. Подготовка измерительного тракта к работе (выполняется вместе
с преподавателем всей подгруппой).
Проверка подключения всех блоков тракта.
Контроль захолаживания детектора.
2. Запуск управляющей программы и приведение системы в рабочее
состояние.
Работа с меню «Файл».
Включение высокого напряжения.
Работа с фильтром. Настройка полюс/ноль.
Работа с МКА. Запуск и набор спектра
3. Выполнение калибровки (выполняется преподавателем, либо
только при его личном участии).
Ознакомление с меню «Калибровка» и демонстрация преподавателем возможностей управляющей среды для калибровки по энергии.
Ознакомление с меню «Калибровка» и демонстрация преподавателем возможностей управляющей среды для калибровки по обогащению.
4. Ознакомление с выполнением измерения обогащения образцов.
Проведение измерения обогащения образца и сравнение его с заявленным.
5. Подготовка отчета по лабораторной работе и ее защита.
32
Список контрольных вопросов
1. Из каких блоков состоит измерительный тракт? Назовите назначение блоков.
2. Принцип работы полупроводникового детектора. Особенности детектора из особо чистого германия?
3. Чем обусловлено проведение измерений на охлажденном германиевом детекторе и как обеспечивается его захолаживание?
4. Какова последовательность приведения спектрометрического тракта в рабочее состояние?
5. Как и с помощью каких функций управляющей среды выполняется
поднятие высокого напряжения?
6. Как и с помощью каких функций производится подготовка спектрометрического тракта к набору спектра?
7. Как и с помощью каких функции управляющей среды создаются
библиотеки нуклидов?
8. Для каких целей создаются файлы сертификаты?
9. Как и с помощью каких функции управляющей среды создаются
файлы сертификаты?
10. Для каких целей выполняется калибровка детектора?
11. Как и с помощью каких функции управляющей среды производится калибровка по энергии?
12. Как и с помощью каких функции управляющей среды производится калибровка по обогащению?
13. Функция коллиматора при проведении измерений?
14. Какими характеристиками должен обладать детектор для измерения обогащения образцов урана?
33