Устройство для регистрации ядерных излучений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, включающее в себя полупроводниковый детектор, ис ,точник высоковольтного питания детектора и предусилитель, состоящий из выходной секции, дифференцирующей цепочки и зарядочувствительной секции с полевым транзистором на входе, в состав которой входят сопротивление и емкость обратной связи, причем катод полупроводникового детектора и положительный вывод источника йысоковольтного питания детектора заземлены, по одному из выводов сопротивления и емкости обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе с вкодом дифференцирующей цепочки, подключенной выходом к входу выходной секции, выход которой является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности устройства , дополнительно введен источник питания зарядочувствительной секции,выходная С кция выполнена в виде неинвертируняцего усилителя-интегратора,при (Л чем анод полупроводникового детектора непосредственно подключен к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, выводы подачи положительного и отрицательного питания которой подключены к соответствующим выводам источника питания зарядочувствительно. секции, отрицательньй вьшод которого соедиОд нен с отрицательным выводом источниа ка высоковольтного питания детектора. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) С 01 Т 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ1 (21) 3581859/18-25 (22) 22.04.83 (46) 07.12.85. Бюл. Ф 45 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) А.И.Калинин и С.И.Мерзляков (53) 621.376.234 (088.8) (56) Балдин С.П., Вартанов Н.А., Ерыхайлов Ю.В., Иоаннесяну Л.М., Матвеев В.В., Сельдяков Ю.П. Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами. М., Атомиздат, 1974, с. 68-71.

ISPRA Nuclear Efectronic Symposium, 1969, с.34. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, включающее в себя полупроводниковый детектор, ис.точник высоковольтного питания детектора и предусилитель, состоящий из выходной секции, дифференцирующей цепочки и эарядочувствлтельной секции с полевым транзистором на входе, в состав которой входят сопротивление и емкость обратной связи, причем катод полупроводникового детектора и положительный вывод источии„„SU„„1107668 А ка Высоковольтного питания детектора заземлены, по одному из выводов сопротивления и емкости обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе с входом дифференцирующей цепочки, подключенной выходом к входу выходной секции, выход которой является выходом устройства, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности устройства,дополнительно введен источник питания зарядочувствительной секции,выходная с кция выполнена в виде неинвертирующего усилителя-интегратора,причем анод полупроводникового детектора непосредственно подключен к затвору входного полевого транзистора saрядочувствительной секции, выводы подачи положительного и отрицательного питания которой подключены к соответствующим выводам источника питания зарядочувствительно, секции, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом источни— ка высоковольтного питания детектора.

1107668

Изобретение оE?(ncHTCE(к области детекторов ядерных излучений и может быть использовано В физических экспериментах с использова (ием полупро—

ВОдникОВь!х 11етек ь Оров ядерных и злу чений.

Известно устройство для регистрации ядерных излучений, состоящее из полупроводниковог о детектора а незаземленными Выводами и зарядочувствитель?(ого предусилителя,. Один ВыВод полупроводникового детектора подключается к ВысОкОВО.lьтнОму истОч— нику питания детектора, а другой вывод — непосредственно к входу зарядочувствительной секции предусилителя .

Недостатком таких устройств явJI?IeT(:я -о,,:;то В качестве полупроВОДНИКО?30ГО ..(ЕТОКТО(3Я В НИХ НЕЛЬЗЯ использовать широкораспространенные полупроводниковые детекторы, один из ВыводOB которого заземлен. . Заземление од .Oãо из выводов детектора обусловлено необходимостью обеспечен IB Kopo((!a! 0 контакта с хладопрово?(ом., что особенно важно В детекторах больших объемов.

Наиболее б.IHзким по технической сущности к и 3обретению является устройство для регистрации ядерных излучений, вкл(очаю(цее в себя полу(ID 0 E3 (3 Il!! H K O 13 ((й 1 B Т Е К Т О Р, ИСТОЧНИК

Высоковольтного питания детектора

И ПРЕ;(У C(. Э?ТЕ? » . СОСТОЯЩИЙ ИЗ ВЫ ходной секции, дифференцирующей цепочки (;1?ð!(70÷óBCTBHòåëüíoé секции с полевым транзистором на входе, В состав которой входят сопротивление и емкость обратной связи, причем катод по3 упроводникового детектора и положительнь?й вывод источника Высоковольтного питания детектора заземлены, го одному из Выводов сопротивления и емкости обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора зарядочувств?(тельной секции, к Выходу кот .рой под— ключены их Вторые выводы Вместе с входом диффсренцирующей цепочки, пОдк31юче ИНОЙ 1(ыхО, (Ом к .((ходу Вь?ход" ((ой секции „выход которой является выходом устройства. . акое устройство Включает переходной конденсатор, ПОДК I!Or(0!(!(((i(ОД?(ИМ КОНЦОМ К ВХОДУ зарядочувствите:(»!!Ой секции, а другим — к спгпа;11 ?(ому ко(.цу детектора, с к От oрым (- ое? п(1!10 H т;1кже pе зil стОр

15 через который подается на детектор высоковольтное питание.

Емкость дифференцирующей цепочки шунтирована резистором и вместе с сопротивлением дифференцирующей цепочки образует схему компенсации полюса нулем".

Недостатком прототипа является ухудшение разрешения устройства по сравнению с аналогом вследствие тоI0Ä что во входной цепи предусилителя увеличивается паразитная емкость из-за включения переходного конденсатора, а также вследствие того, что вводится дополнительный источник шума — резистор, через который подается высоковольтное питание на детектор.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности устройства для регистрации ядерного излучения.

Цель достигается тем, что в устройство для регистрации ядерных излучений, включающее в себя полупроводниковый детектор, источник высоковольтного питания детектора и предусилитель, состоящий из выходной секции, дифференцирующей цепочки и зарядочувствительной секции с полевым транзистором на входе, в состав которой входят сопротивление и емкость обратной связи, причем катод полупроводникового детектора и положительный вывод источника высоковольтного питания детектора заземлены, по одному из выводов сопротивления и емкости обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе со входом дифференцирующей цепочки, подключенной выходом к входу вы.ходной секции, выход которой является вь?ходом устройства. Кроме того, дополнительно введен источник питания зарядочувствительной секции, выходная секция выполнена в виде неинвертируемого усилителя-интегратора, причем анод полупроводникового детектора подключен к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, выводы подачи положительного и отрицательного питания которой подключены к соответствующим выводам источника питания зарядочувствительной секции, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом

1107668 4 ра через вывод подачи отрицательного литания эарядочувствительной секi ции 2, а затем через сопротивление

4 обратной связи, равное . При

5 этом источник питания зарядочувствительной секции и сама секция находятся под высоким потенциалом относительно кор уса устройства.

В известных устройствах аналогичip ного назначения переходная емкость

Т между зарядочувствительной и выходной секциями шунтируется резистором для компенсации полюса нулем.

Это необходимо, чтобы на выходе устройства получить короткий но однополярный сигнал.В предлагаемом устройстве этот резистор поставить нельзя иэ-эа того, что зарядочувствительная секция находится под высоким потенциалом источника питания.

Для того, чтобы обеспечить компенсацию полюса нулем в предлагаемом устройстве, выходной усилитель выполнен в виде неинвертирующего усили25 теля-интегратора и на выходе получается короткий однополярный импульс с постоянной спада детектора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Схема содержит полупроводниковый детектор 1, зарядочувствительную сек цию 2 предусилителя, емкость 3 обрат ной связи зарядочувствительной секции, сопротивление 4 обратной связи зарядочувствительной секции, входной полевой транзистор 5 зарядочувствительной секции, источник 6 высоковольтного питания детектора, источник 7 питания зарядочувствительной секции,дифференцирующую цепочку 8, выходную секцию 9 и выход

10 устройства, Катод полупроводникового детектора

1 и положительный вывод источника 6 высоковольтного питания детектора заземлены, по одному из выводов сопротивления 4 и емкости 3 обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора 5 зарядочувствительной секции 2, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе с входом дифференцирующей цепочки 8, подключенной выходом к входу выходной секции 9, выход которой является выходом устройства 10. Анод полупроводникового детектора 1 подключен к затвору входного полевого транзистора 5 зарядочувствительной секции, выводы подачи положительного и отрицательного питания которой подключены к соответствующим выводам отдельного источника 7 питания зарядочувствительной секции, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом источника

6 высоковольтного питания детектора.

Устройство работает следующим образом.

Импульс тока, возникший в полупроводниковом детекторе 1 под воздействием ядерного излучения, интегрируется зарядочувствительной секцией 2 на емкости 3 обратной связи, равной Со. Сигнал с выхода зарядочувствительной секции 2 поступает через дифференцирующую цепочку

8 на выходной усилитель — интегратор 9, .а затем на выход устройства

10. Питание зарядочувствительной секции осуществляется от источника

7 питания. Высоковольтное питание

u„(P)= Е где То = К Со, а Š— постоянная, определяемая величиной собранного заряда.

Коэффициент передачи переходной цепи между секциями равен „, (р) — P C n 8 sx г

"+ PCnEp ex

Коэффициент передачи выходной секции з(Р) равен

1 Р (9, +я )

W (o)=

Рс R

Использовав эти три выражения, легко найти. выражение для формы сиг5D нала на выходе устройства U (Р) о Crap 1 Ьх 4+PC (, х)

ЧЦу1= Е + 1о "+ P Cheap 15x ест, Выполнив сокращение при условии т.=с(, + g,) 55 можно получить источника высоковольтного питания

Вышеизложенное можно проиллюстрироватв следующим образом.

Сигнал на выходе зарядочувствительной секции в операторной форме имеет видЦ; (P) на детектор поступает от источника

6 высоковольтного питания детекто%

+ k

<+ Pc„,„ „

1107668 чить

Корректор M.Ìàêñèèèøèíåö

Заказ 8124/1 Тираж 747

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Из последнего выражения обратным преобразованием Лапласа можно полуТаким образом, на выходе устройства форма сигнала совпадает с формой сигнала на выходе прототипа.

Для оценки технико †экономическ целесообразности построения настоящего устройства сравним его с базовым образцом, в качестве которого примем типичную систему детектор-предусилитель, состоящую из германиевого детектора среднего объема (30-40 см ) с емкостью около 30 пФ и предусилителя, имеющего на выходе переходную емкость, два резистора по 1 ГОм каждый (один в цепи обратной связи, другой — для питания детектора) и полевой транзистор с зависимостью шума от емкости (0,02 + 0,05)кэВ/пФ.

Редактор О.Юркова Техред Т.дубичнак (Значение 0,02 кзВ/пФ относится к лучшим зарубежным транзисторам, которые нашей промышленностью не вы5 пускаются). Энергетическое разреше- i ние в таких системах составляет (2-2,5) кэВ.

В предлагаемом устройстве нет переходного конденсатора на выходе

10 зарядочувствительной секции, поэтому суммарная входная емкость уменьшается примерно на 6 пФ, кроме того, исключается шум одного резистора, равный 0,2 кэВ. Суммарное улучшение

15 разрешения составляет (0,02 — 0,05) +

+ 0,2 = (0,32 — 0 5) кэВ, что на фоне (2-2,5) кэВ составляет около

20Х. Такое существенное улучшение вполне оправдывает некоторое услож2п нение схемы за счет введения дополнительного источника питания зарядочувствительной секции, а также изменения схемы выходного каскада предусилителя.