Устройство определения времени начала всплеска плотности потока ионизирующего излучения

 

УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ , НАЧАЛА ВСПЛЕСКА ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ; ИОНИЗИРУ10Р1ЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее детектор, выход которого соединен с тактовым .вводом счетчика.импульсов, первым входом системы предварительного запоминания и с первым входом . формирователя порога, второй вход Изобретение относится к измерению рентгеновского и гамма-излучения в экспериментальной космической физике и может быть использовано для исследования случайных импульсных процессов, например, при решении задач по обнаружению всплесков излучения плотности , потока фотонов с целью излучения природы явления, определения коорди- . нат источников на небесной сфере в космической рентгеновской и гамма .астрономии.. . которого соединен с первым выходом .таймера, а выход - с первым входом компаратора, второй выход таймера с вторым входом системы предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой схемы , второй вход которой соединен с выходом RS-триггера, а выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства, а R-вход триггера соединен с входом установки устройства в исходное состояние, о тличающееся тем, что, с целью улучшений временного разрешения устройства обнаружения всплеска плотности потока ионизирующего излучения и уменьшения объема системы пред (Л варительного запоминания, в устройство введен счетчик времени, тактовый вход которого соединен с третьим выходом таймера, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого соединен свходом сброса счетчика времени и счетчика импульсов, причем выход счетчика импульсов соединен с 4 S-входом RS-триггера. dt) Основными задачами устройств регистрации излучения в рентгеновской и гамма-астрономии являются задачи обнаружения всплеска излучения и задачи измерения его параметров, например, времени реального начала всплеска , однако, в силу недостаточного временного разрешения устройств обнаружения всплекса, подавляющее большинство коротких (с длительностью от единиц до десятков миллисекунд) всплесков пропускается, а для измере

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ю" 1

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3425564/18-25 (22) 26.02.82 (46) 15. 12.89. Бюл. У 46 (72) А.Д. Веревкин, Б.В. Поленов, М.А. Сабиров и В.M. Соловьев (53) 535.231.13(088.8} (56) Заявка Великобритании Н 1411207,, кл. G,01 Т 1/20, Н ОЗ В 1/00, опублик.

1975.

Патент США У 3859532, G 01 Т 1/17, опублик. 1975.

Зенченко В.М., Кузнецов А.В., Эстулин И.В., Верден Ш., Ниель Н-., Харле К. Предварительные результаты поиска гамма-всплесков íà AMC "Венера 11" и "Венера 12" прибором

"Снег-2МЗ" "Космические йсследования", 1979, т. ХЧХХ, вып. 5, с. 820. (54) (57) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ,.НАЧАЛА ВСПЛЕСКА ПЛОТНОСТИ ПОТОКА, ИОНИЗИРУ10ЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее детектор, выход которого соединен с

TBKToBbIM входом счетчика. импульсов, первым входом системы предваритель- ного запоминания и с первым входом формирователя порога, второй вход :

Изобретение относится к измерению рентгеновского и гамма-излучения в. экспериментальной космической физике и может быть использовано для йсследования случайных импульсных процессов, например, при решении задач по обнаружению всплесков излучения плотности,потока фотонов с целью излучения природы явления, определения координат источников на небесной сфере в космической рентгеновской и гаимаастрономии.

„„SU„„1044176 (51)4 G 01 Т 1/17

2 которого соединен с первым выходом таймера, а выход — с первым входом компаратора, второй выход таймера— с вторым входом системь: предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой схемы, второй вход. которой соединен с выходом RS-триггера, а выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства, а R-вход триггера соединен с входом установки— устройства в исходное. состояние, о тл и ч а ю .щ е е с я тем, что, с целью улучшений временного разрешения устройства обнаружения всплеска плотности потока ионизирующего излуе чения и уменьшения объема системы предварительного запоминания, в устройство введен счетчик времени, тактовый вход которого соединен с третьим С выходом таймера, а выход — с вторым входом .компаратора,-выход которого соединен с входом сброса счетчика Р а времени и счетчика импульсов, причем выход счетчика импульсов соединен с р

S-входом RS-триггера. 3

Основными задачами устройств регист- О : рации излучения в рентгеновской и гамма-астрономии являются задачи обнаружения всплеска излучения и задачи измерения его параметров, напри» мер, времени реального начала всплеска, однако, в силу недостаточного временного разрешения устройств обнаружения всплекса, подавляющее боль шинство коротких (с длительностью от единиц до десятков миллисекунд) всплесков пропускается, а для измере1044176 ния времени реального начала всплеска (особенно для всплесков,с большой длительностью фазы нарастания) приходится использовать систему предвари- 5 тельного запоминания с большим объемом памяти. Эти недостатки устройств регистрации можно в значительной степени устранить, уменьшив время принятия решения о начале всплеска излу- g чения.

Известен детектор перегрузки от космического излучения, который содержит сцинтилляционный счетчик, подключенный к каналу прохождения сигна- 15 ла. В канал входит вентиль прохождения сигнала. Времязадающий канал от.крывает вентиль на заданный период времени, в течение которого регистрируются импульсы сигнала. Если интен- д0 сивность сигнала превышает уровень, устанавливаемый блоком- сравнения, запускается идущий мультивибратор, который запирает на заданный период канал прохождения сигнала и время- 25 задающий канал.

Недостатками этого устройства является наличие фиксированного уровня, с которым сравнивается интенсивность сигнала, и малое временное разрешение устройства. Первый недостаток не позволяет использовать данное устройство в реальных условиях

1 измерений рентгеновского и гамма-излучения в космическом пространстве, поскольку плотность потока фонового излучения неизвестна и переменна во времени, так как она зависит от состояния. активности Солнца и активации космического .аппарата потока запряжен- 40 ных частиц. Второй недостаток не позволяет обнаруживать всплески излучения малой длительности.

Известно также устройство, в котором используется источник излу- 45 чения, имеется сигнальный канал, обеспечивающий передачу сигнальных импульсов, поступающих с выхода детектора излучения к выходному устройству, Управление сигнальным каналом осущест-50 вляется с помощью синхроимпульсов, сформированных в канале синхрониза- ции. Синхроимпульсы задают определен ный временной интервал",в течение которого измеряются сигнальные импуль- сы. Устройство содержит элементы, . 55 подключенные к выходу детектора для формирова*ия сигнала. Сигнал формиру- ; ется при условии, что выходной сигнал

t с детектора превышает заданный уровень ° Имеется схема задержки, обеспечивающая одновременную задержку синхроимпульсов в канале синхронизации и сигнальных импульсов, распространяющих в сигнальном канале. Недостатки данного устройства аналогичны недостаткам устройства, описанного вышее.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату и технической сущности является устройство, содержащее детектор (включающий в себя, например, сцинтилляционный счетчик и схемы отбора и формирования сигналов) выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов, первым входом системы предварительного запоминания и с первым входом формирователя порога, второй вход которого соединен с первым выходом таймера, а выход — с первым входом компаратора, а второй выход таймера — с вторым входом системы предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходом

RS-триггера, а выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства, à R-вход триггера соединен с входом установки устройства в исходное состояние. При этом также выход счетчика импульсов соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен с S-входом триггера, вход, сброс счетчика импульсов соединен с первым выходом таймера. В этом устройстве фоновое излучение преобразуется детектором в поток фоновых импульсов, который поступает на входц формирователя порога, счетчика импульсов и системы предварительного запоминания. За каждый интервал времени, определяемый таймером и равный 32с, в узле формирователя порога устанавливается средняя частота фоновых импульсов, и», а на его выходе — пороговое значение, определяемое выражением:

A =. и ат + х„С, ат, (1) где х — процентная точка нормаль6 ного распределения, определяющая вероятность ложного обнаружения всплеска;

ДТ вЂ . интервал времени, определяется таймером и равный

0,25с.

10441

При этом в счетчике импульсов фиксируется приращение счета Dn ; от начала интервала dT и, если неравенство ап;>,А (2) по истечении интервала дТ не выполняется, счетчик импульсов сбрасывается и начинает фиксировать приращение

Дп;„ в следующем временном интерва- ле dT. Если неравенство (2) выполняется, RS-триггер вырабатывает сигнал о начале всплеска и информация о фоновой обстановке и временной эволю-. ции всплеска до момента его обнаружения, записанная в системе предварительного запоминания, через открытую сигналом RS-триггер ключевую схему, поступает в телеметрическую систему космического аппарата с целью переда- 20 чи .на Землю для дальнейшей обработки.

Недостатком этого устройства является то, что время принятия решения о начале всплеска плотности потока ионизирующего излучения с момента его 25 реального начала, определяемое выражением:

А

Ф

ns+ пф (4) .(3) 4пф

30 где N — объем счетчика импульсов.

Можно показать, что при заданной вероятности ложного обнаружения всплес ка, т.е. при заданном значении х, и нри одинаковом с прототипом значе35 нии средней частоты фоновых п< данный порог В дает одинаковую с прототипом достоверность обнаружения всплеска.

На чертеже представлена схема устройства определения времени начала

40 всплеска плотности потока ионизирующего излучения..Она содержит детектор 1, счетчик 2 импульсов, формирователь 3 порога, таймер 4, компаратор 5, систему 6 предварительного

45 запоминания, ключевую схему, 7, RS-триггер 8 и счетчик 9 времени.

Выход детектора 1 соединен с тактовым входом счетчика импульсов 2 и

50 с первым входом формирователя 3 порога, а второй вход формирователя 3 порога соединен с первым выходом таймера 4. Выход формирователя 3 порога .соединен с первым входом компаратора 5, а выход компаратора 5—

55 с входом сброса счетчика 2 импульсов. Второй выход таймера 4 соединен с вторым входом системы 6 предварительного запоминания, первый вход где п — частота импульсов во время всплеска, может достигать больших значений. Например, при п ф = 512 имп/ х с, = 8, йТ = 0,5с и скачкообразном всплеске с п = 512 имп/с начало коВ торого совпадает с началом интервала

ЬТ, время принятия решения о начале всплеска для указанного устройства составляет около 0,35с. При указанных выше параметрах устройства обнаружения и параметрах фонового излучения всплески излучения, длительностью меньшей 0,25 с и с той же частотой импульсов и, обнаружены не будутс

Целью изобретения является улучшение временного разрешения устройства обнаружения всплеска ионизирующего излучения в космическом пространстве и уменьшение объема системы предварительного запоминания. указанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее детектор, выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов, первым входом системы предварительного запоминания и с первым входом . формирователя порога, второй вход которого соединен с первым выходом таймера, а выход -. с первым входом

76 6 компаратора, а второй вйход тайме ра — с вторым входом системы предварительного запоминания, выход которой соединен с первым входом ключевой системы, второй вход которой соединен с выходОм RS òðèããåðà, а.выход ключевой схемы соединен с информационным выходом всего устройства,-. а R-вход триггера соединен с входом установки устройства в исходное состояние, дополнительно введен счетчик времени, тактовый вход которого соединен с третьим выходом таймера, а выход — с вторым входом компаратора, выход которого соединен с входами сброса счетчика импульсов и счетчика времени, причем выход счетчика импульсов соединен с S-входом RS-триг- гера.

В этом случае компаратор сравнивает время между первым и К-ым импульсами (К=1, ..., N), поступающими с детектора, со значением порога, вы- раженного в единицах времени, вырабатываемого формирователем порога и определяемого следующим выражением:

1044176

8 и „= (К-1), где С- период следования импульсов с третьего выхода таймера 4. Значение порога В и интервала t „ непрерыв- 45 но сравнивается в компараторе .5, при. этом в счетчике 2 импульсов подсчитывается число импульсов, поступивших с детектора 1. Если интервал 1 < превышает значение порога В, на выходе компаратора 5 формируется импульс, который сбрасывает показания счетчика 9 времени и счетчика 2 импульсов в нулевое состояние. После этого процесс измерения временных интервалов и подсчета пришедших с детектора 1 импульсов начинается заново. Если значение интервала t при К = N меньше значения порога В, то положительный которой соединен с выходом детектора

1, а выход — с первым входом ключевой схемы 7. Второй вход ключевой схемы

7 соединен с выходом RS-триггера, а выход — с информационным выходом устройства. S-вход .триггера 8 соединен с выходом счетчика импульсов, а .R-вход — с входом установки устройства в исходное состояние, третий вы- 10 ход таймера 4 соединен с тактовым входом счетчика 9 времени, выход которого соединен с вторым входом компаратора 5, а вход сброса — с выходом компаратора 5. l5

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Сигнал, поступающий с входа установки устройства в исходное состояние на R-вход RS-триггера 8 устанавливаУ 20 ет его в состояние "0". Ионизирующее излучение преобразуется детектором 1 в поток импульсов, который поступает на входы формирователя 3 порога, счетчика 2 импульсов и систему 6 пред-25 варительного запоминания. В зависимости от частоты фоновых импульсов и формирователь 3 порога периодически устанавливает на первом входе компаратора 5 пороговое значение В. Пери- 3О од следования импульсов с первого вы хода таймера 4 определяет время„ в течение которого пороговое значение

В адаптируется к изменениям фоновой обстановки. На второй вход компаратора 5 со счетчика 9 времени поступает постоянно растущее напряжение (или код), которое в единицах времени равно расстоянию между первым и

К-ым импульсами таймера

40 (5) перепад напряжения с выхода счетчиВ ка 2 импульсов переводит RS-триггер

8 из состояния "0" в состояние "1", и информация о потоке фоновых импульсов и эвохпоции всплеска плотности потока ионизирующего излучения, записанная в системе б предварительного запоминания, через открытую перепадом напряжения с выхода RS-триггера 8 кпючевую схему 7 поступает на информационный выход устройства. Установка устройства в исходное состояние проводится по внешней команде после того, как информация о предыдущем всплеске списывается в телеметричес-. кую систему космического аппарата.

Таким образом, время, затраченное на принятие решения о наличии всплеска плотности потока ионизирующего излучения, в настоящем устройстве равно:

N (6) а выигрыш во времени принятия решения о начале всплеска плотности потока излучения (при равных вероятностях ложного обнаружения всплеска), по сравнению с известным устройством, составит

V = А/N (7)

Так, например при п = 512 Гц, 4Т = 0,5с, N = 256 и х, = 8, время принятия решения о наличии всплеска уменьшается приблизительно в 1,5 раза.

С другой стороны, для того, чтобы известное устройство давало то же время принятия решения о наличии всплеска, что и настоящее устройство, оно должно обеспечивать приблизительно в 2 раза большую частоту импульсов во время всплеска, что возможно сделать, увеличив приблизительно в 4 раза активную площадь детектора.

Настоящее техническое решение устройства определения времени начала всплеска плотности потока ионизиру ацего излучения обладает следующими преимуществ ами:

a) меньшим приблизительно в 1,5 раза временем принятия решения о начале всплеска плотности потока иони, зирующего излучения, возможность регистрировать всплески ионизирующего излучения меньшей. длительности. Поскольку настоящее устройство, имеет меньшее время принятия решения о на9

10441 76 чале всплеска, требуемый объем систе- . Для обеспечения той же разрешающей мы предварительного запоминания мо- способности по времени, что и у нажет быть также уменьшен без.потери стоящего устройства, у базового объ информации о начальной эволюции всплес- екта площадь детектора должна быть в ка; 4 раза больше. В устройствах детекб) при одинаковых технических ха- тирования гамма излучения средней рактеристиках с прототипом возмож- энергии обычно используются неоргани"ностью регистрировать всплески аппа- ческие сцинтилляционные кристаллы ратурой с приблизительно в два раза 1> СзТ диаметром 63 мм и толщиной 63мм, меньшими габаритами и в четыре раза Удельный вес кристалла 4 ° 5 Г. см-З", меньшей массой детектора; следовательно его вес около 0,884 кГ. в) ожидаемый экономический эффект Диаметр требуемого кристалла 126 мм, от использования настоящего изобре- его вес (при той же толщине) состатения для устройства, устанавливаейо- 15 вит 3 ° 536 кГ. Следовательно, эконого на борту космического аппарата, . мия только в весе кристалла составит состоит в экономии веса устройства. около 2,6 кГ.

Составитель

Редактор Л Письман Техред Л,Сердюкова Корректор M. Кучерявая

Ю

Заказ 8256 Тираж 483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101