CZ302779B6

CZ302779B6 - Mössbaueruv spektrometr

Info

Publication number: CZ302779B6
Application number: CZ20100380A
Authority: CZ
Inventors: Procházka@Roman; Mašlán@Miroslav; Tucek@Jirí; Tucek@Pavel; Pechoušek@Jirí
Original assignee: Univerzita Palackého v Olomouci
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-11-02
Also published as: CZ2010380A3

Abstract

Mössbaueruv spektrometr obsahující radioaktivní záric (1) upevnený na kotve modulátoru (2), rídicí jednotku (3), detektor (4), amplitudový analyzátor (5), registracní zarízení (6), synchronizacní rídicí modul (7) a jednotku statistického zpracování dat (8). Výstup rídicí 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 rídicího modulu (7) je spojen se vstupem rídicí jednotky (3) a druhý výstup synchronizacního rídicího 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 měřicí 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 - Procee15 ding of a Panel, Internation Atomic Energy Agency, Vienna 9—88), „Instrumentation for Móssbauer Spectroscopy“ (G. Longworth, 1983, Advances in Móssbauer Spectroscopy Elsevier, New York, 122-158) a patentů US 3631247, US 3612875, SU 1158951, SU 14022878, SU 1290883, PV 2005-422 je využívána dopplerovská modulace energie fotonů záření gama v souladu se zadaným průběhem relativní rychlostí pohybu radioaktivního zářiče vůči zkoumané20 mu vzorku a registrace intenzity záření gama v souladu s tímto průběhem.

Popsané známé spektrometry obsahují radioaktivní zdroj upevněný na kotvě modulátoru, řídicí jednotku modulátoru, zkoumaný vzorek, kolimátor, detektor, amplitudový analyzátor, registrační zařízení a synchronizační zařízení. Spektrometry dovolují ment rozdělení počtu registrovaných fotonů záření gama v souladu s rychlostí pohybu radioaktivního zářiče. Výsledkem měření je tedy móssbauerovské spektrum s určitou statistickou kvalitou a využitelnou fyzikální informací. Statistická kvalita spektra se zvyšuje periodickou kumulací dat, tj. prodloužením doby měření nebo snížením počtu měřicích 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 měřicích kanálů. Snížením počtu měřicích kanálů dochází ke snížení energetického rozlišení spektrometru. Kumulativní zpracování dat se jeví jako neekonomické, protože prodlužuje dobu měření a tím zvyšuje finanční náklady na měře35 ní.

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 měři40 cích kanálů, tj. bez snížení energetického rozlišení spektrometru.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší vynález, kterým je Mossbauerův spektrometr obsahující radioaktivní zářič upevněný na kotvě modulátoru, řídicí jednotku, zkoumaný vzorek, kolimátor, detektor, amplitudový analyzátor, registrační zařízení, jednotku statistického zpracování dat a synchronizační řídicí modul, přičemž výstup řídicí jednotky je spojen se vstupem modulátoru, výstup detektoru je přes amplitudový analyzátor připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení, první výstup synchronizačního řídicího modulu je spojen se vstupem řídicí jednotky a druhý výstup synchronizačního řídicího moduluje 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 móssbauerovských spekter a snížení časových a finančních nároků experimentu.

Popis obrázků na výkrese

Konkrétní příklad provedení vynálezu je dokladován na připojeném výkrese (viz. obr. 1) představujícím základní schéma spektrometru. Na obr. 2 je zobrazen postup zpracování dat podle algoritmu statistického filtru.

Příklady provedení vynálezu

Spektrometr obsahuje řídicí jednotku 3 se systémem elektrodynamické zpětné vazby, ke které je sériově připojen dopplerovský modulátor 2. Na kotvě modulátoru 2 je uchycen radioaktivní zářič 1. K detektoru 4 je sériově připojen amplitudový analyzátor 5, jehož výstup je připojen k informačnímu vstupu registračního zařízení 6. Synchronizační vstup registračního zařízení 6 je pak propojen se synchronizačním řídicím modulem 7, který synchronizuje činnost řídicí jednotky 3 a registračního zařízení 6, a tím řídí vlastní proces akumulace experimentálních dat. Tato data jsou v závěru měřicího procesu zpracována jednotkou 8 statistické zpracování dat.

Při měření formuje řídicí jednotka 3 periodický lineární referenční signál rychlosti. Modulátor 2 realizuje pohyb radioaktivního zářiče i se stejným zákonem změny rychlosti. Fotony záření gama emitované radioaktivním zářičem Ijsou 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 inkrementuj ící vstup registračního zařízení 6. Synchronizační řídicí modul 7 provádí časové přepínání registračních kanálů registračního zařízení 6 synchronně s lineárním referenčním signálem rychlosti řídicí jednotky 3. Ve výsledku každý kanál registračního zařízení

6 odpovídá určité hodnotě okamžité rychlosti radioaktivního zářiče I a následně energii registrovaných fotonů móssbauerovského záření gama. Energetické rozdělení počtu registrovaných fotonů móssbauerovského záření gama představuje Móssbauerovo spektrum zkoumaného vzorku, které se 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 (=1

-//A

-π <λύπ, kde N je počet pozorování, xt reprezentuje experimentální data, Λ je frekvence a t je index experimentálních dat. Z periodogramu je odhadnuta statisticky významná informace a zavedena mez významnosti a, kdy frekvence s amplitudou l\ nižší než je mez významnosti a považujeme za odstranitelný šum. Mez významnosti aje zpětnovazebně řízena korelačním testem na bílý šum. kdy hypotéza je založena na rovnosti teoretického a experimentálního korelačního koeficientu. Teoretický korelační koeficient je dán vztahem:

η-·¹ ^Λ(γ)=τ7^^(1_γ2)2·’ n-4 kde «je počet pozorování a Γ gamma funkce. Experimentální korelační koeficient je dán vztahem:

r = l—, n(n²-l) kde X/ a x, _r 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 io 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 statistic20 kého zpracování dat, která zvyšuje statistickou kvalitu výstupních dat, vede ke zkvalitnění fyzikální interpretace móssbauerovských spekter, snižuje časové a finanční nároky měření.

Claims

1. Mossbauerův spektrometr obsahující radioaktivní zářič (1) upevněný na kotvě modulátoru

30 (2), řídicí jednotku (3), detektor (4), amplitudový analyzátor (5), registrační zařízení (6) a synchronizační řídicí modul (7), přičemž výstup řídicí 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 řídicího modulu (7) je spojen se vstupem řídicí jednotky (3) a druhý výstup synchronizačního řídicího modulu (7) je připojen ke vstu35 pu rozmítání registračního zařízení (6), vyznačující se tím, že výstup registračního zařízení (6) je přiveden na vstup jednotky (8) statistického zpracování dat.

2. Mossbauerův spektrometr podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotka (8) statistického zpracování dat je do spektrometru zařazena pro filtraci dat pomocí statistického

40 filtru.

3. Mossbauerův spektrometr podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotka (8) statistického zpracování dat je realizována jako programový blok spouštěný na počítači.

45 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.