Дискриминатор формы импульсов органического сцинтилляционного детектора

 

Область использования: экспериментальная ядерная физика и ядерная электроника, в частности, для измерения нейтронных спектров на фоне гамма-излучения или спектров гамма-излучения в присутствии потока нейтронов при помощи детекторов на основе органических сцинтилляторов. Суть изобретения: для повышения точности раздельных измерений нейтронов и гамма-излучения в смешанных полях, в дискриминатор формы импульсов, построенный по принципу сравнения зарядов, накопленных за различные интервалы времени, и содержащий присоединенные к входу блок управления и последовательно соединенные линию задержки, токовый усилитель и токовый ключ, накопительные емкости короткого и длинного зарядов, разрядники накопительных емкостей, компаратор напряжений с регулируемой чувствительностью входов и выходной формирователь, введены старт-стопный преобразователь, на выходе которого получается распределение импульсов по форме, а также D-триггер, запоминающий знак сравнения зарядов компаратором напряжений, а в качестве разрядника накопительной емкости короткой компоненты использован резистор. 3 ил.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и ядерной электронике, в частности к измерению нейтронных спектров на фоне гамма-излучения или спектров гамма-излучения в присутствии потока нейтронов при помощи детекторов на основе органических сцинтилляторов. Целью данного изобретения является повышение точности раздельных измерений гамма-квантов и нейтронов в смешанных полях. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 пример выполнения блока управления; на фиг.3 эпюры сигналов тока и напряжения в характерных точках схемы, нумерация которых соответствует номерам узлов на фиг. 1, при использовании в качестве старт-стопного преобразователя время-амплитудного преобразователя. Дискриминатор формы импульсов фиг.1 содержит блок временной привязки 1, вход 2 которого является первым входом устройства, а выход 3 подключен к блоку управления 4, линию задержки 5, вход 6 которой является вторым входом устройства, а выход 7 через усилитель тока 8 связан с первым входом 9 токового ключа 10, управляющий вход 11 которого соединен с первым выходом 12 блока управления 4, а первый выход 13 и второй выход 14 токового ключа 10 через накопительные конденсаторы соответственно короткого 15 и длинного 16 зарядов соединены с общей шиной устройства, параллельно накопительным конденсаторам 15 и 16 присоединены разрядники соответственно короткого 17 и длинного 18 зарядов, причем в качестве разрядника короткого 17 заряда используется резистор, компаратор напряжения 19 с регулируемой чувствительностью входов, первый 20 и второй 21 входы которого подключены к соответствующим выходам токового ключа 10, и выходной формирователь 22, управляющий вход 23 которого соединен со вторым выходом 24 блока управления 4, а первый 5 и второй 26 выходы являются первым и вторым выходами всего устройства, причем управляющий вход 27 разрядника длинного заряда 18 соединен с третьим выходом 28 блока управления 4, D-триггер 29 и старт-стопный преобразователь 30, причем синхронизирующий С-вход 31 D-триггера и стартовый вход 32 старт-стопного преобразователя 30 присоединены соответственно к четвертому 33 и первому 12 выходам блока управления 4, информационный вход 34 D-триггера 29 и стоповый вход 35 старт-стопного преобразователя 30 присоединены к выходу 36 компаратора напряжения 19 с регулируемой чувствительностью входов, выход 37 D-триггера 29 присоединен ко входу 38 выходного формирователя 22, а выход 39 старт-стопного преобразователя 30 является третьим выходом устройства. Блок управления 4 (фиг.2) может быть выполнен в виде совокупности одновибраторов и схем комбинационной логики. Отличаются одновибраторы только параметрами времязадающих цепей. Дискриминатор работает следующим образом. Поступивший с первого входа устройства на вход 2 блока временной привязки сигнал запускает блок управления 4, причем каждый одновибратор блока управления 4 запускается по фронту входного импульса, и длительность его выходного импульса не зависит от длительности входного. Поступивший на второй вход устройства, задержанный линией задержки 2 и усиленный усилителем тока 8, сигнал поступает на первый вход 9 токового ключа 10. Так как в исходном состоянии к первому выходу токового ключа подключены параллельно соединенные накопительный конденсатор короткого заряда 15 и резистор 17, в накопительном конденсаторе короткого заряда 15 происходит интегрирование выходного тока усилителя тока 10. Затем сигнал с первого выхода 12 блока управления переключает токовый ключ 10, чем отключает от источника сигнала накопительный конденсатор короткого заряда 15 и подключает накопительный конденсатор длинного заряда 16, в котором интегрируется оставшаяся часть импульса тока. В это же время происходит экспоненциальный разряд накопительного конденсатора короткого заряда 15 через резистор 17. Экспоненциальный спад импульса короткого заряда (эпюра 20 на фиг.3) и нарастание импульса длинного заряда (эпюра 21 на фиг.3) гарантируют конечное время до сравнения мгновенных значений напряжения импульсов. Чувствительность входов компаратора напряжений устанавливается таким образом, чтобы ожидаемое время достижения равенства сигналов находилось в пределах времени сбора длинного заряда. Старт-стопный преобразователь 30 запускается по стартовому входу 32 сигналом с первого выхода 12 блока управления. Остановка преобразования производится по стоповому входу 35 фронтом импульса с выхода 36 конденсатора напряжения 19, в момент превышения импульса напряжения длинного заряда над коротким. Так как соотношение длинного и короткого зарядов зависит от вида регистрируемой детектором частицы, то тем же будет определяться момент остановки преобразования, и на выходе 39 старт-стопного преобразователя 30 можно наблюдать распределение импульсов по форме. Дискриминация импульсов по форме осуществляется записью состояния компаратора 19 в момент поступления на синхронизирующий С-вход 31 D-тригера 29 фронта управляющего импульса с четвертого выхода 33 блока управления 4. Если сравнение амплитуд на выходах компаратора 19 произошло до поступления фронта управляющего сигнала с четвертого выхода 33 блока управления 4, на выходе 36 компаратора 19 в момент прихода фронта установилось состояние логической единицы, которое запоминается D-триггером 29 и поступает на информационный вход 18 выходного формирователя 17, при этом выходной формирователь 17 по поступающему на его управляющий вход 23 сигналу со второго выхода 24 блока управления 4 выдает импульс на первый выход 25 устройства. Если же сравнение амплитуд компаратором 19 в момент прихода фронта импульса 33 на синхронизирующий вход 31 D-триггера 29 еще не произошло, то запоминается состояние логического нуля, и выходной формирователь 22 направляет сигнал на второй выход 26 устройства. Изменение порога дискриминации осуществляется регулировкой задержки прихода фронта импульса с четвертого выхода 33 блока управления 4 на синхронизирующий С-вход 1 D-триггера 29, в пределах от начала импульса, поступающего с первого выхода 12 блока управления 4 на стартовый вход 33 старт-стопного преобразователя 30, до его окончания. Настройка дискриминатора формы производится с учетом наблюдаемого распределения импульсов по форме, что повышает точность установки порога дискриминатора формы и, как следствие, повышает точность раздельных измерений гамма-излучения и нейтронов в смешанных полях. Устройство было реализовано в виде блока, включающего все указанные в структуре узлы. В качестве старт-стопного преобразователя в этом блоке использовался как время-амплитудный преобразователь, так и 7-разрядный время-кодовый преобразователь, построенный по принципу прямого счета импульсов с частотой 60 МГц. Оба преобразователя занимают примерно 100 кв. см печатной платы и используют 10 корпусов микросхем серии К500, несколько транзисторов и 3 операционных усилителя типа КР574УД1. При регистрации смешанного излучения детектором стильбен блок позволяет осуществлять подавление гамма-излучения в нейтронном канале на 3 порядка при потере не более 5% нейтронов в диапазоне энергий нейтронов 1-14 МэВ и гамма-излучения 0,15-8 МэВ.

Формула изобретения

ДИСКРИМИНАТОР ФОРМЫ ИМПУЛЬСОВ ОРГАНИЧЕСКОГО СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА, содержащий блок временной привязки, вход которого является первым входом устройства, а выход подключен к входу блока управления, линию задержки, вход которой является вторым входом устройства, а выход через усилитель тока связан с первым входом токового ключа, управляющий вход, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, а первый и второй выходы токового ключа через накопительные конденсаторы соответственно - короткого и длинного зарядов, подключенных к общей шине устройства, при этом параллельно вышеуказанным накопительным конденсаторам подключены соответственно разрядники короткого и длинного зарядов, компаратор напряжений с регулируемой чувствительностью входов, первый и второй входы которого подсоединены соответственно к первому и второму выходам токового ключа и выходной формирователь, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а первый и второй выходы являются соответственно первым и вторым выходами устройства, причем управляющий вход разрядника длинного заряда соединен с третьим выходом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности раздельного измерения гамма-излучения и нейтронов в смешанных полях, в него введены D-триггер и старт-стопный преобразователь, причем синхронизирующий вход D-триггера и стартовый вход старт-стопного преобразователя присоединены соответственно к четвертому и первому выходам блока управления, информационный вход D-триггера и стоповый вход старт-стопного преобразователя присоединены к выходу компаратора напряжений с регулируемой чувствительностью входов, выход D-триггера присоединен к входу выходного формирователя, в качестве разрядника накопительного конденсатора короткого заряда использован резистор, а выход старт-стопного преобразователя является третьим выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3