8. Основные характеристики спектрометров

К основным характеристикам спектрометров относятся: функция отклика спектрометра, форма линии спектрометра, разрешение спектрометра, эффективность регистрации спектрометра, светосила спектрометра, избирательность и чувствительность спектрометра. Функция отклика спектрометра. В результате регистрации спектрометром частицы с энергией Е на его выходе возникает и фиксируется сигнал, характеризуемый некоторой величиной Х, связанной с Е. Идеальной была бы ситуация, при которой величины X и Е связаны однозначной зависимостью. Тогда по совокупности сигналов Х можно было бы однозначно определить энергии и по ним оценить спектр, т.е. реальный спектр точно совпадал с аппаратурным спектром. В реальных условиях связь между сигналом Х и энергией Е неоднозначна по ряду причин. Важнейшей из них является статистический характер физических процессов в спектрометре, в результате чего амплитуды сигналов на выходе детектора связаны с энергией не однозначно. Например, при регистрации .-квантов, наличие трех процессов взаимодействия (фотоэффект, комптон-эффект и образование пар) приводит к тому, что амплитудное распределение для монохроматического излучения может состоять из плавной части с тремя

пиками. Поэтому распределение амплитуд на выходе спектрометра обычно описывается сложной функциональной зависимостью. Эта зависимость называется функцией отклика. Ее характеристики определяются типом детектора, видом излучения и техническими данными измерительной аппаратуры. Таким образом, условная плотность вероятности того, что в результате регистрации частицы с энергией Е сигнал будет равен Х, называется функцией отклика спектрометр(G(x,E)). Следовательно, измеренный спектр U(x) связан со спектром излучения с помощью соотношения Ux= ∫ G(x ,E)Ф(V dV) Функции U(x) и Ф(V) близки друг к другу только в случае, когда функция отклика спектрометра G(x,V) близка к δ- функции. В других случаях они различаются. Аппаратурная форма линии (АФЛ). Понятие аппаратурной формы линии связано с функцией отклика спектрометра. Если исследуется излучение со спектром Ф(V) в виде δ-функции, то получающийся при этом аппаратурный спектр Ф(x) называют аппаратурной формой линии спектрометра. Вид функции отклика а следовательно, и вид АФЛ определяется характером взаимодействия излучения с материалом детектора или внешним полем, а также характеристиками процесса преобразования сигнала. Разрешение спектрометра. С приятием АФЛ тесно связано понятие разрешения спектрометра по параметру V. Так, в спектрометрах энергии речь идет об энергетическом разрешении. Если спектр излучения содержит два параметра V (две линии) V1 , V2, то разрешением ΔV по параметру V называется минимальный интервал между линиями V1 , V2, при котором эти линии еще наблюдаются раздельно. Таким образом, разрешение связано с

размерами интервала, на котором АФЛ отлична от нуля, а именно оно равно

полной ширине аппаратурной линии на уровне половины ее максимума, т.е. энергетическое разрешение определяет, насколько близко могут находиться в

спектре две линии, которые спектрометр позволяет идентифицировать как

разные. На рисунке 2в показан случай двух близко расположенных линий. Как видно из рис. 2г, пики амплитудного распределения в этом случае частично перекрываются и идентификация линий по ним затруднена, а иногда и невозможна. В некоторых случаях, используя соответствующий

математический аппарат, такие плохо разрешенные линии можно разделить. Эффективность регистрации спектрометра ε - это отношение потока регистрируемых сигналов к потоку частиц, попадающих в чувствительный

объем детектора:

ε=

Где O_a = o ϖΩ - поток частиц, попадающих в чувствительный объем детектора; Ф - поток частиц из источника; ϖ - коэффициент, учитывающий поглощение и рассеяние излучения на пути источник - чувствительный объем детектора (он равен отношению числа частиц, попавших в чувствительный объем детектора, к числу частиц, испущенных в его направлении); Ω - относительный телесный угол. Эффективность ε определяет вероятность получения на спектрометре сигнала при попадании частиц в чувствительный объем детектора. Светосила спектрометра L-это отношение потока регистрируемых спектрометром сигналов к потоку частиц, испускаемых источником:

L = .

Величину εϖ часто называют физической светосилой, а Ω геометрической. Светосила L зависит от взаимного расположения источника и детектора и поглощения частиц на пути источник – чувствительный объем детектора.

Избирательность спектрометра - это отношение эффективности (или светосилы L) спектрометра для исследуемого излучения к эффективности (или светосиле) для сопутствующего (фонового) излучения. Хороший спектрометр должен иметь избирательность много больше единицы т.е. 〉〉1

Чувствительность спектрометра σ - это отношение потока регистрируемых спектрометром сигналов к плотности потока частиц у поверхности детектора: σ=Чувствительность характеризует площадь входного окна детектора в спектрометре, при которой эффективность ε спектрометра равна единице.