CZ2010380A3 - Mössbaueruv spektrometr - Google Patents

Abstract

Mössbaueruv spektrometr obsahující radioaktivní záric (1) upevnený na kotve modulátoru (2), rídící jednotku (3), detektor (4), amplitudový analyzátor (5), registracní zarízení (6), synchronizacní rídící modul (7) a jednotku statistického zpracování dat (8). Výstup rídící jednotky (3) je spojen se vstupem modulátoru (2), výstup detektoru (4) je pres amplitudový analyzátor (5) pripojen k informacnímu vstupu registracního zarízení (6), první výstup synchronizacního rídícího modulu (7) je spojen se vstupem rídící jednotky (3) a druhý výstup synchronizacního rídícího modulu (7) je pripojen ke vstupu rozmítání registracního zarízení (6). Výstup registracního zarízení (6) je priveden na vstup jednotky statistického zpracování dat (8).

Description

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti měřící techniky v oblasti spektroskopie a týká se konstrukce Móssbauerova spektrometru, sloužícího k záznamu móssbauerovských spekter.

Dosavadní stav techniky

V existujících konstrukcích móssbauerovských spektrometrů popsaných v řadě publikací, např. „Recent improvements in instrumentation and methods of Móssbauer spectroscopy ” (G.M. Kalvius and E. Kankeleit, 1972, Móssbauer Spectroscopy and its Applications Proceeding of a Panel, Internation Atomic Energy Agency, Vinna 9-88), „Instrumentation far Móssbauer Spectroscopy'' (G. Longworth,. 1983, Advances in Móssbauer Spectroscopy, Elsevier, New York, 122-158) a patentů US3631247, US3612875, SU1158951, SU14022878, SU 1290883, PV2005-422 je využívána dopplerovská modulace energie fotonů záření gama v souladu se zadaným průběhem relativní rychlostí pohybu radioaktivního zářiče vůči zkoumanému vzorku a registrace intenzity záření gama v souladu s tímto průběhem.

Popsané známé spektrometry obsahují radioaktivní zdroj upevněný na kotvě modulátoru, řídící jednotku modulátoru, zkoumaný vzorek, kolimátor, detektor, amplitudový analyzátor, registrační zařízení a synchronizační zařízení. Spektrometry dovolují měřit rozdělení počtu registrovaných fotonů záření gama v souladu s rychlostí pohybu radioaktivního zářiče. Výsledkem měření je tedy mossbauerovské spektrum s určitou statistickou kvalitou a využitelnou fyzikální informací. Statistická kvalita spektra se zvyšuje periodickou kumulací dat, tj. prodloužením doby měření nebo snížením počtu měřících kanálů na úkor energetického rozlišení. Tato statistická kvalita je klíčová pro správnou fyzikální interpretaci měření.

Nedostatkem známých řešení je to, že ke zvýšení statistické kvality výstupních dat jsou využívány pouze periodická kumulace dat nebo snížení počtu měřících kanálů. Snížením počtu měřících kanálů dochází ke snížení energetického rozlišení spektrometru. Kumulativní zpracování dat se jeví jako neekonomické, protože prodlužuje dobu měření a tím zvyšuje finanční náklady na měření.

Úkolem předpokládaného vynálezu je návrh nové jednotky statistického zpracování dat, která výrazně zvýší statistickou kvalitu výstupních dat, zkvalitní fyzikální interpretaci Móssbauerovských spekter a tím sníží časové a finanční nároky experimentu bez potřeby snížení počtu měřících kanálů, tj. bez snížení energetického rozlišení spektrometru.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší vynález, kterým je Móssbauerův spektrometr obsahující radioaktivní zářič upevněný na kotvě modulátoru, řídící jednotku, zkoumaný vzorek, kolimátor, detektor, amplitudový analyzátor, registrační zařízení, jednotku statistického zpracování dat a synchronizační řídící modul, přičemž výstup řídící jednotky je spojen se vstupem modulátoru, výstup detektoru je přes amplitudový analyzátor připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení, první výstup synchronizačního řídícího modulu je spojen se vstupem řídící jednotky a druhý výstup synchronizačního řídícího modulu je připojen ke vstupu rozmítání registračního zařízení, výstup registračního zařízení je přiveden na vstup jednotky statistického zpracování dat.

Podstatou vynálezu je zařazení jednotky pro statistické zpracování dat do procesu měření. Tato jednotka obsahuje statistický filtr a zpětnovazební řízení statistického filtru. Jednotka je určena pro zvýšení statistické kvality výstupních dat, zkvalitnění fyzikální interpretace mossbauerovských spekter a snížení časových a finančních nároků experimentu.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklad provedení vynálezu je dokladován na připojeném výkrese (viz. obr. ljpredstavujícím základní schéma spektrometru. Na obr. 2 je zobrazen postup zpracování dat podle algoritmu statistického filtru.

Příklady provedení vynálezu

Spektrometr obsahuje řídící jednotku 3 se systémem elektrodynamické zpětné vazby, ke které je sériově připojen dopplerovský modulátor 2. Na kotvě modulátoru 2 je uchycen radioaktivní zářič L K detektoru 4 je sériově připojen amplitudový analyzátor 5, jehož výstup je připojen k informačnímu vstupu registačního zařízení 6. Synchronizační vstup registračního zařízení 6 je pak propojen se synchronizačním řídícím modulem 7, který synchronizuje činnost řídící jednotky 3 a registračního zařízení 6, a tím řídí vlastní proces akumulace experimentálních dat. Tato data jsou v závěru měřícího procesu zpracována jednotkou 8_statistického zpracování dat.

Při měření formuje řídí jednotka 3 periodický lineární referenční signál rychlosti. Modulátor 2 realizuje pohyb radioaktivního zářiče 1 se stejným zákonem změny rychlosti. Fotony záření gama emitované radioaktivním zářičem 1 jsou registrovány detektorem 4. Ze spektra detektorem 4 registrovaných fotonů záření gama jsou amplitudovým analyzátorem 5 selektovány signály odpovídající gama rezonančním fotonům záření gama. Signály z výstupu amplitudového analyzátoru 5 jsou přivedeny na inkrementující vstup registračního zařízení 6. Synchronizační řídící modul 7 provádí časové přepínání registračních kanálů registračního zařízení 6 synchronně s lineárním referenčním signálem rychlosti řídící jednotky 3. Ve výsledku každý kanál registračního zařízení 6 odpovídá určité hodnotě okamžité rychlosti radioaktivního zářiče 1 a následně energii registrovaných fotonů móssbauerovkého záření gama. Energetické rozdělení počtu registrovaných fotonů mossbauerovského záření gama představuje Mossbauerovo spektrum zkoumaného vzorku, které ze z výstupu registračního zařízení 6 vysílá na vstup jednotky 8_ statistického zpracování dat.

Jednotka 8_statistického zpracování dat provádí filtraci pomocí statistického filtru, kdy jsou odhadnuty statisticky významné frekvence metodou periodogramu. Periodogram je definovat vztahem:

2πΝ

-π < λ < π, kde Ν je počet pozorování, x_t reprezentuje experimentální data, 2 je frekvence a t je index experimentálních dat. Z periodogramu je odhadnuta statisticky významná informace a

-. 3 zavedena mez významnosti a, kdy frekvence s amplitudou In nižší než je mez významnosti a považujeme za odstranitelný šum. Mez významnosti a je zpětnovazebně řízena korelačním testem na bílý šum, kdy hypotéza je založena na rovnosti teoretického a experimentálního korelačního koeficientu. Teoretický korelační koeficient je dán vztahem:

i ^γ(ίτ)

J__L-Ý Al_r²) 2 fÁ9 = kde n je počet pozorování a Γ gamma funkce. Experimentální korelační koeficient je dán vztahem:

⁶Σ^χ< r = i--í=l-----------h(w²-1) ’ kde x_f a X/._T reprezentují experimentální data vzájemně časově posunuta a n počet pozorování. Test na korelační koeficient nám tedy zajišťuje podmínku, že pro dané nastavení hladiny významnosti a filtrujeme pouze bílý šum.V souladu s teorií je takto dosaženo vyšší statistické kvality výstupních dat. Postup zpracování dat probíhá v souladu vyobrazeného algoritmu statistického filtru (viz. obr.2).

Průmyslová využitelnost

Mossbauerův spektrometr podle vynálezu je použitelný jak ve výzkumných laboratořích, a to v oblasti fyziky, chemie, mineralogie i biologie, tak i ve výukových laboratořích vysokých škol a průmyslových odvětvích křížení a kontrole technologických procesů. Za účelem zvýšení výstupní statistické kvality experimentálních dat jsou tato data zpracována jednotkou 8 statistického zpracování dat, která zvyšuje statistickou kvalitu výstupních dat, vede ke zkvalitnění fyzikální interpretace móssbauerovských spekter, snižuje časové a finanční nároky měření.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Móssbauerův spektrometr obsahující radioaktivní zářič (1) upevněný na kotvě modulátoru (2), řídící jednotku (3), detektor (4), amplitudový analyzátor (5), registrační zařízení (6) a synchronizační řídící modul (7), přičemž výstup řídící jednotky (3) je spojen se vstupem modulátoru (2), výstup detektoru (4) je přes amplitudový analyzátor (5) připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení (6), první výstup synchronizačního řídícího modulu (7) je spojen se vstupem řídící jednotky (3) a druhý výstup synchronizačního řídícího modulu (7) je připojen ke vstupu rozmítání registračního zařízení (6), vyznačující se tím, že výstup registračního zařízení (6) je přiveden na vstup jednotky (8) statistického zpracování dat.
2. 2. Móssbauerův spektrometr podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotka (8) statistického zpracování dat je do spektrometru zařazena pro filtraci dat pomocí statistického filtru.
3. 3. Móssbauerův spektrometr podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotka (8) statistického zpracování dat je realizována jako programový blok spouštěný na počítači.
4. 4. Móssbauerův spektrometr podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotka (8) statistického zpracování dat je realizována jako elektronický modul provedený pomocí logických elektronických obvodů.