Одноплатний спектрометр SBS-30

 

Одноплатний спектрометр SBS-30 вмонтовано в комп’ютер VT-160 (може встановлюватися в любий комп’ютер, який сумісний з IBM) і управляється комп’ютером.

Призначення. Одноплатний спектрометр SBS-30 призначений для перетворення імпульсних сигналів від детектора іонізуючого випромінювання з наступним накопленням інформації для одержання амплітудних спектрів джерел іонізуючого випромінювання.

 

Вимірювальний пристрій зібрано за схемою, яка показана на рис. 5.1.

	Плата SBS-30 В комп’ютері

сигнал

 

 

Рисунок 5.1 – Вимірювальний пристрій

 

УВАГА!!! На платі SBS-30, що вмонтована у комп’ютер,

виробляється висока напруга (до 3000 вольт), тому

вмикати комп’ютер і запускати в роботу

програмний емулятор SBS-30 без викладача

категорично заборонено!!!

Програма SBS-30 призначена для створення комплексного математичного і програмного забезпечення спектрометричного аналізу.

Програмне забезпечення. Програма забезпечує такі можливості:

2.1 Вибір параметрів режиму роботи спектрометра:

а) значення вихідної напруги джерела живлення;

б) час піднімання напруги;

в) коефіцієнт підсилення;

г) зміщення нульового каналу;

д) дискримінатори нижнього і верхнього рівнів.

2.2 Вибір установок набору:

а) за живим, дійсним і поточним часом;

б) за кількістю відліків в максимальному каналі;

в) за інтегралом (за сумою відліків на проміжку каналів).

2.3 Запуск і зупинка набору спектра.

2.4 Перегляд спектра з можливістю вибору лінійного або логарифмічного масштабу, замальовка спектра, розтяг і стискування спектра як по вертикалі, так і по горизонталі, в тому числі і по часу набору;

2.5 Спостереження процесу набору спектра і його параметрів;

2.6 Збереження і загрузка спектра з диску;

2.7 Вихід в середовище операційної системи DOS без зупинки набору спектра;

2.8 Запуск програми обробки спектрів і передачі їй необхідних даних;

2.9 Встановлення всіх кольорів візуалізації програми.

 

Запуск програми. Для запуску програми емулятора потрібно ввійти в директорію “SBS“ і натиснути “Enter“. В даній директорії маркером помітити виконуючий файл, який виконується, “sbs.exe“ і натиснути “Enter“. На екрані з’являються вікна головного меню, які показано на рис.5.2.

Рисунок 5.2 – Вікно головного меню

 

Сюди входить: 1 - вікно головного меню, 2 - вікно данних, 3 - основне вікно спектра, 4 - робоче вікно спектра, 5 - вікно етикетки програми. У вікні головного меню розміщені назви пунктів меню: “Диск“, “Режим“, “Уставки“, “Набор“, “Обработка“, “Просмотр“.

Відмітити курсором меню “Диск“ і натиснути на “Enter“. На екрані з’являться наступні пункти підменю (рис.5.3)

 

Рисунок 5.3 – Підменю меню “Диск“

 

Підменю “Загрузить“ дозволяє завантажити існуючий спектр з файла. Для цього потрібно встановити маркер на відповідний файл і натиснути на кнопку “Enter“.

“Сохранить“ - можна зберегти спектр в файлі з вказаною назвою. Розширення файла завжди буде “SPR“, яке задається програмою автоматично.

“Дисковод“ - в цьому пункті можна змінювати потоковий дисковод на ті, з якими Ви будете працювати.

“Цвет“ - вибравши цей пункт меню, можна змінювати кольори програми, зберегти введені зміни в файлі або відновити раніше встановлені кольори програми.

“DOS“ - вибравши цей пункт меню і натиснувши на “Enter“, Ви можете вийти в операційну систему DOS, не зупиняючи роботи програми емулятора. Для повернення в програму потрібно набрати на екрані “Exit“.

“Выход“ - цей пункт меню дозволяє вийти з програми після закінчення роботи. Натиснувши на “Enter“, на екрані з’являється запитання: “Вы уверены, что хотите ВЫЙТИ из программы? “ і запропонує дві відповіді: “Да“ і “Нет“. Якщо спектр не був збережений, то знову з’явиться запитання: “Спектр сохранять? “ і запропонує дві відповіді: “Да“, “Нет“.

 

Ввід даних. Ввід чисел. Існують два способи вводу чисел. При першому способі крім того, що число можна вводити за допомогою кнопок цифр, поточну цифру (на якій знаходиться маркер) можна збільшити або зменшити за допомогою кнопок “стрілка вверх“ або “стрілка вниз“ відповідно. Керувати розміщенням маркера можна за допомогою кнопок “Home“, “End“, “стрілка вліво“, “стрілка вправо“. Слід підкреслити, ввід організовано так, що на екрані не може з’явитись число, яке більше або менше максимально або мінімально допустимого. Тому може виникнути така ситуація, що Ви натискаєте на кнопки цифр, а на екрані вони не з’являються. Ввід закінчується натисканням кнопки “Enter“. Відмова від вводу - “Esc“.

Другий спосіб вводу застосовується у випадку, коли число, яке вводиться, може приймати тільки визначене дискретне значення. При цьому способі вводу на екрані з’являється вертикальна масштабна шкала з кольоровим стовбчиком, що відповідає поточному значенню вводимого числа. На шкалі розміщено віконечко, в якому показано потокове значення. Змінювати числові значення можна за допомогою таких кнопок: “стрілка вверх“ - збільшити до наступного дискретного значення; <стрілка вниз> - зменшити до наступного дискретного значення; “PgUp“ - збільшити грубо; “PgDn“ – зменшити грубо. Ввід закінчується натисканням кнопки “Enter“. Відмова від вводу - “Esc“.

 

Ввід тексту. Текстова інформація вводиться за допомогою кнопок букв, цифр і знаків. Розміщенням курсора можна керувати кнопками “Home“, “End“, “стрілка вліво“, “стрілка вправо“. Кнопка “Del“ знищує потоковий символ, “Backspace“ - попередній. Кнопка “Ins“ перемикає режими “ввод/заміна“ (в режимі “заміна“ курсор менше, ніж в режимі вводу).

 

Задання режиму роботи спектра. Для задання режиму роботи спектра потрібно вибрати пункт головного меню “Режим“. При цьому на екрані з’являються меню з такими пунктами (рис. 5.4)

 

 

Рисунок 5.4 – Меню “Режим“

 

Скориставшись першими шістьма пунктами, можна задати значення вихідної напруги джерела живлення і час його збільшення, коефіцієнт підсилення, зміщення нульового каналу, дискримінатори верхнього і нижнього рівнів, кількість каналів спектру. Останні два пункти дають можливість зберегти в файлі даних потоковий режим роботи спектра (“Сохранить“) або відновити раніше збережений режим (“Восстановить“).

 

Вихідна напруга джерела живлення. Вибравши пункт меню “Напряжение“, на екрані з’являються ще два підменю “Значение“ і “Время наростания“. Вибравши пункт меню “Время наростания“, можна ввести число секунд, яке потрібне для безпечного піднімання напруги від нульового значення до потрібного. Пункт “Значение“ дозволяє ввести і встановити значення високої напруги на виході джерела живлення. Ввід значень відбувається в режимі масштабної шкали (див. Ввід чисел).

 

Коефіцієнт підсилення. Виберіть пункт меню “Усиление“. Значення коефіцієнта підсилення вводиться в режимі масштабної шкали (див. Ввід чисел).

 

Зміщення нульового канала. Вибравши пункт меню “Смещение“, можна ввести кількість каналів зміщення (див. Ввід чисел).

 

Дискримінатори нижнього і верхнього рівнів. Виберіть пункт меню “ДНУ“ або “ДВУ“ і встановіть маркер спектра за допомогою кнопок “Home“, “End“, “PgUp“, “PgDn“, “Стрілка вліво“ і “Стрілка вправо“ на потрібний канал і натисніть кнопку “Enter“. Для відмови від команди - “Esc“.

 

Кількість каналів спектра. Виберіть пункт меню “Каналы“, а потім виберіть в меню, яке з’явиться, кількість каналів спектра, яка Вам потрібна.

 

Задання установки набору. Для задання установки (граничного значення параметра набору, досягнувши якого набір зупиняється) потрібно вибрати пункт головного меню “Уставки“. При цьому на екрані з’являється підменю з такими пунктами (рис. 5.5)

 

 

 

 

 

Рисунок 5.5 – Меню “Установка“

 

Перших три пункта дозволяють задати установку по живому, дійсному або потоковому часу, “Набор“ - по найбільшій кількості відліків в каналі, “Интеграл“ - по сумі відліків на проміжку каналів. Пункт меню “Отмена“ знищує вибрану раніше установку.

ЗАУВАЖЕННЯ! Якщо Ви під час набору спектра вийшли в операційну систему DOS, і в цей час набір закінчився, то періодично (раз в півхвилини) подається звуковий сигнал, незалежно в якій програмі Ви перебуваєте.

 

Час установки. Вибравши один із пунктів меню установок: “Живое время“, “Реальное время“ або “Текущее время“ вводите необхідну кількість годин, хвилин і секунд для набору спектра (див. Ввід чисел).

 

Установки по максимуму набору. Виберіть пункт меню “Набор“ і введіть число максимальної кількості відліків в каналі (див. Ввід чисел).

 

Установка по інтегралу. Виберіть пункт меню установок “Интеграл“. Потім послідовно задайте ліву і праву межу інтервалу. Для цього встановіть маркер спектра за допомогою кнопок “Home“, “End“, “PgUp“, “PgDn“, “Стрілка вліво“ і “Стрілка вправо“ на потрібний канал і натисніть кнопку “Enter“. Потім введіть число граничної кількості відліків (див. Ввід чисел).

 

Запуск і зупинка набору. Для керуванням набором спектра (розпочати, продовжити або припинити набір) потрібно вибрати пункт головного меню “Набор“. При цьому на екрані з’являється меню з такими пунктами (рис.5.6)

 

Рисунок 5.6 – Меню “Набор“

Розпочати набір спектра. Виберіть пункт меню набору “Начать“ і введіть характеристики проби в режимі меню, що має такі пункти:

Дата отбора

Время отбора

Масса мг

Объем пробы (воздуха) куб.м

Описание

Начать набор

Для задання потрібної Вам характеристики виберіть відповідний пункт меню. Введіть дані за правилами, що описані в вводі чисел. Для запуску набору потрібно вибрати відповідний пункт меню або натиснути кнопку “Esc“. На початку набору буфер спектра і таймер приймають нульове значення.

 

Продовжити набір спектра. Вибравши пункт меню набору “Продолжить“, можна продовжити раніше перерваний набір спектра

 

Зупинити набір спектра. Вибравши пункт меню “Остановить“, можна зупинити набір спектра.

 

Перегляд спектра. Виберіть пункт головного меню “Просмотр“. При цьому на екрані замість вікна головного меню з’явиться вікно інформації про призначення функціональних кнопок, а замість етикетки програми - інформація про кнопки перемикання масштабів. Кнопка “Esc“ – вихід в головне меню. Пересувати маркер в робочому вікні можна за допомогою таких кнопок: “Стрілка вліво“ і “Стрілка вправо“ - на сусідній канал; “Ctrl“-“Стрілка вліво“ і “Ctrl“+“Стрілка вправо“ - на декілька каналів (залежно від горизонтального масштабу); “Home“, “End“ - на перший, останній канал у вікні; “Ctrl“-“Home“, “Ctrl“+“End“ - на перший, останній канал спектра. “Перелистувати“ спектр можна за допомогою наступних кнопок: “PgUp“, “PgDn“ - вправо і вліво; “Ctr“+“PgUp“, “Ctrl“-“PgDn“ - вверх і вниз. “Стрілка вверх“, “Стрілка вниз“ - зміщує робоче вікно на одну лінію вверх і вниз.

Розтягнути і стиснути спектр в робочому вікні можна за допомогою слідуючих кнопок: “+“ і “-“ - горизонтально, “Ins“ і “Del“ - вертикально. Перемикання лінійного або логарифмічного масштабу в головному вікні - кнопкою “Пробел“, а вмикання і вимикання зарисовки - “Tab“. Оптимальний вертикальний масштаб (тобто такий масштаб, при якому ділянку спектра в робочому вікні повністю видно при максимальному вертикальному розтягу) встановлюється кнопкою “Enter“. Функціональні кнопки “F2“, “F3“, і “F4“ відповідно починають, продовжують і закінчують набір спектра (див. п. «Запуск і зупинка набору».). Кнопка “F5“ дозволяє перейти в режим зміни підсилення. Після її натискання потрібно підтвердити Ваші наміри кнопкою “F7“. Натискання будь-якої іншої кнопки - відказ від зміни підсилення. Підсилення встановлюється аналогічно, як і в пункті меню “Усиление“ (див. п. «Коефіцієнт підсилення»), але зміна відбувається зразу, а не після натискання кнопки “Enter“. Для очищення спектра Ви можете використати кнопку “F9“. В режимі зміни підсилення кнопки керування переглядом не діють, за виключенням “Стрілка вліво“, “Стрілка вправо“ - один канал вліво або вправо і “Ctrl“+“Стрілка вліво“, “Ctrl“+“Стрілка вправо“ - перелистування спектра. Вихід із режиму зміни підсилення відбувається при натисканні кнопки “Esc“.

Запуск програми обробки спектра. Для запуску програми обробки спектра потрібно вибрати пункт головного меню “Обработка“. При цьому на екрані появляється підменю з такими пунктами

 

 

Вибравши пункт “Имя программы“, задайте назву файла програми, а при необхідності і назву каталогу по стандартним правилам операційної системи DOS. Запустити програму з вказаною назвою можна, вибравши пункт меню “Запуск программы“.

Порядок виконання роботи

У В А Г А: Дотримуйтесь правил техніки безпеки при роботі з приладами, які живляться високою напругою.

Будьте обережні при роботі з сипкими радіоактивними речовинами.

3.1 У викладача отримати еталони. Відкрити свинцеву хатинку і поставити еталони на датчик. Закрити хатинку.

3.2 Ввімкнути блок високого живлення. Ввімкнути комп’ютер.

3.3 Після загрузки і перевірки пам’яті комп’ютера, курсором потрібно відмітити директорію “SBS“ і натиснути на “Enter“.

3.4 У переліку файлів знайти файл sbs.exe і натиснути на “Enter”.

3.5 На екрані з’являється головне меню програми. В головному меню вибрати вікно “Уставки“. Для одержання короткої інформації про цей пункт меню слід натиснути на “F1“. Вихід із підказки - кнопка “Esc“. Відмітивши вікно “Уставки“, натисніть на “Enter“.

3.6 У вікні, що з’явилось, курсором відмітити “Реальное время“ і натиснути на “Enter“. На екрані з’являється вікно

 

Перші дві цифри - години, другі дві цифри - хвилини і треті дві цифри - секунди. Курсор переміщається за допомогою кнопок “Стрілка вліво“, “Стрілка вправо“. Встановлюєте час, який Вам вкаже викладач, і натискаєте на “Enter“.

3.7 Повернувшись в головне меню, курсором відмічаєте вікно “Набор“ і натискаєте на “Enter“. На екрані з’являється вікно з пунктами

Начать

Продолжить

Остановить

 

Вибираєте пункт “Начать“ і натискаєте на “Enter“. В центрі екрану з’являється шапка, яку заповнювати не потрібно. Натискаючи на кнопку “Стрілка вниз“, переміщаєте курсор на вікно “начать набор“ і натискаєте на “Enter“. Набір спектра розпочався.

3.8 В правому вікні даних можна спостерігати за: вихідним завантаженням, установкою, набором і часом. Для перегляду за набором спектра на екрані потрібно в головному меню ввійти у вікно “Просмотр“, відмітивши його курсором, і натиснути на “Enter“.

3.9 При перегляді спектра слід користуватись описом пункта (перегляд спектра).

3.10 Після закінчення набору спектра на екрані з’являється вікно з музичним супроводом і інформацією, що набір спектра закінчено і пропозиція натиснути на “Esc“. Натиснувши на дану кнопку, Ви повертаєтесь в головне меню програми.

3.11 В головному меню курсором відмічаєте вікно “Обработка“ і натискаєте на “Enter“. На екрані з’являється вікно з написом

 

 

 

Ніяких змін робити не потрібно. Натисніть на “Enter“. Після цього на екрані з’являється “шапка“: “Введите параметры пробы“. Заповнюєте “шапку“ і натискаєте на “Esc“. У лівій верхній частині екрану з’являється спектр з аналізатора. В нижній лівій частині - “шапка“, яку Ви заповнили, і деякі параметри спектру, який виведено на екран. У верхній правій частині екрану вказано функції обробки і кнопки, при натисканні яких виконується та чи інша функція:

 

C - калибровка;

О - обработка;

F - фон;

L - сглажен/не сглажен спектр.

 

Внизу екрана розміщена “строка подсказки“ з функціональними кнопками:

F1 - коротка справка;

F6 - зміна каталогу;

F7 - з якого каталогу читати спектр;

F8 - в який каталог записати спектр;

F10 - при натисканні даної кнопки в нижній правій частині екрана з’являється додаткове вікно з частиною спектра і маркером.

 

Переміщати маркер можна за допомогою кнопок “стрілка вправо“, “стрілка вліво“. Виділену частину спектра можна згладити при натисканні на кнопку “L“, збільшити або зменшити масштаб можна за допомогою кнопок “стрілка вверх“ або “стрілка вниз“. При натисканні на “F10“ замість “шапки“ з’являються параметри:

М А Р К Е Р

Номер канала:

Ко-во отсчетов:

Энергия:

У даній “шапці“ відображається номер канала, на якому знаходиться маркер, кількість зареєстрованих імпульсів в даному каналі і значення енергії в відміченому каналі. Переміщаючи маркер, можна спостерігати за зміною енергіїї і кількості відліків по каналам.

3.12 Для проведення калібровки слід натиснути на кнопку “C“. На екрані з’явлається напис “Подождите“, а потім “Калибровка“.

Через деякий час на екрані з’являється таблиця:

 

№ канала

Площадь

Ош. Пл.

Гр. Л.

Гр. П.

ПШПВ

Е(а,b,c)

 

де вказано номера каналів з піками енергії, площа спектра в кожному каналі з піком, помилка площі (Ощ.Пл.), границя обчислення площі ліворуч (Гр.Л.), границя обчислення площі праворуч (Гр.П.), (ПШПВ) - половина ширини площі обчислення і значення енергії піка.

3.13 Для всіх радіоактивних елементів відома максимальна енергія піка спектра. В довідковій літературі можна знайти:

K⁴⁰ - 1460 КеВ;

Co⁶⁰ - 1173 КеВ;

Co⁶⁰ - 1333 КеВ;

Cs¹³⁷- 662 КеВ;

Zn⁶⁵ - 1114 КеВ;

U²³⁴ - 4760 КеВ;

U²³⁵ - 4400 КеВ;

U²³⁸ - 4180 КеВ.

Спектри -випромінювання Ra (B+C) приведено в додатку Н.

3.14 З таблиці знаходите значення енергії, яке близьке за значенням до енергії, що одержали після обробки. Підводите курсор до каналу, в якому будете записувати табличну енергію, і натискаєте на “Enter“. У віконечку, що з’явилось, набираєте табличне значення енергії і натискаєте на “Enter“. Переміщення курсора здійснюється за допомогою кнопок “стріла вниз“, “стрілка вверх“. Ввівши всі відомі значення, натискуєте на “Enter“. На екрані знову таблиця, в якій добавлено стовпці: {Е(osgi)} і {Откл.}. OSGI – образцовый спектрометрический гамма-источник.

Внизу екрана показано функції інтерполяції. Одержати коротку довідку про калібровку можна, натиснувши на “F1“. Вихід із довідки - “Esc“. Також внизу екрана є запитання: “Записать на диск (Y/N)? “ Відповідаєте “Y“ і натискаєте на “Enter“. На цьому калібровка закінчена. Програма автоматично повертається до спектра з аналізатора. Натиснувши одночасно на кнопки “Alt+X“, повертаєтесь у головне меню програми.

3.15 У викладача отримуєте пробу. Еталони з хатинки виймаєте, а пробу ставите на детектор. При тих же параметрах, що проводили калібровку, проводите набір спектра проби. Обробка спектра за програмою “bldnaj.exe“. Після того, як на екрані з’явиться спектр з аналізатора, натискуєте на кнопку “Oк“ і “Enter“. На екрані проходить ідентифікація найдених радіоактивних елементів в пробі з всіма відомими радіоактивними елементами.

3.16 Результат роботи програми: на екрані з’являється таблиця з вказаними елементами ізотопу. Натиснувши на “Enter“, на екран виводиться ще одна таблиця, в якій вказано: назви ізотопів, їх активність, фон і відсотковий вміст в даній пробі. Для продовження таблиці - натисніть на “Enter“. В самому кінці таблиці з’являється запитання: “вивести на печать (Y/N)?“. Ввімкнувши друкуючий пристрій (принтер) і вставивши папір, відповідаєте “Y“ і “Enter“. Якщо не виводити результатів, то натискаєте “N“ і “Enter“.

3.17 Після цього на екрані знову з’являється спектр з аналізатора. Натиснувши на “Alt+X“, повертаєтесь в головне меню програми.

3.18 Для виходу із програми потрібно курсором відмітити “Диск“ і натиснути на “Enter“. У вікні, що з’явилось, відмітити курсором “Выход“ і знову “Enter“. На запитання: “Вы уверены, что хотите выйти из программы?“, відповідаєте “Y“ і “Enter“. На запитання: “Спектр не сохранен. Сохранить?“. Відповідаєте “Y“ і “Enter“. У вікні, що з’явилось, набираєте імя файла, в якому буде збережено Ваш спектр і натискаєте на “Enter“.

3.19 На цьому роботу з спектрометром SBS-30 закінчено. Вимкнути живлення високовольтного блоку, пробу здати викладачеві.

 

Звіт

 

4.1 Навести основні метрологічні параметри гамма-спектрометра SBS-30.

4.2 За результатами вимірювання побудувати спектр гамма-випромінювання проби і визначити всі радіонукліди, які знаходяться в породі (пробі).

4.3 Розрахувати відсотковий вміст заданого радіонукліда.

 

Література

1 Коган Р.М., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Основы гамма-спектрометрии природных сред. М.: Атомиздат, 1976.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА Я-6