Устройство для регистрации ионизирующего излучения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРА'П.ИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО 1'ЗЛУЧЕНИЯ, содержа-•I'lee детектор и последовательно сое- • диненные импульсный линейный формирователь-интегратор и дискриминатор верхнего уровня, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости без сниже'ния стабильности порога и эффективности регистрации, в него дополнительно введены линейный формирователь укороченных импульсов, дискриминатор нижнего уровня и схема совпадения, при этом выход детектора соединен с входом формирователя укороченных импульсов, один из выходов которого соединен с входом ,формирователя-интегратора, а дру- 'гой выход - с входом дискриминатора -нижнего уровня, и выходы обоих' дискриминаторов соединены с входами схем совпадения.(Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

M51) G 01 Т 1 172

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ тор верхнего уровня, о т л и ч а ю(ц е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости без снижения стабильности порога и эффективности регистрации, в него дополнительно введены линейный формирователь укороченных импульсов, дискриминатор нижнего уровня и схема совпадения, при этом выход детектора соединен с входом формирователя укороченных импульсов, один из выходов которого соединен с входом формирователя-интегратора, а другой выход — с входом дискриминатора нижнего уровня, и выходы обоих дискриминаторов соединены с вхОдами схем совпадения. С> Юг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2512238/18-25 (22) 25. 07, 77 (46) 07.02.84. Вил. Р 5 (72) A.È. )(ернов, Н.С. Пронкин и В.В. Хахалин (53) 535.232.61(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 223916, кл." .01 Т 1, 17, 1967.

2. матвеев В.В., Хазанов Б.И.

Приборы лля измерения ионизирующих излучений. М., Атомиздат, 1972, с. 380-383, рис. 16.1а. (54)(57) УСТРОИСТВС1 ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ИОНИЗИРУЧИ!(ЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее детектор и последовательно соединенные импульсный линейный формирователь-интегратор и дискримина„„SU„, 673007 А

С:.

QO

С Э

С0

CO

673007

ga„gz г

35 где R2

ФКТ р », =Б» Т, (2! г»ш = — ех

65 л

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики.

Известны устройства регистрацииионизирующих излучений, работающие в счетном режиме (1 3.

Известно устройство (? для ре гистрации ионизирующего излучения, содержащее детектор и последовательно соединенные линейный формирователь-интегратор и дискриминатор верхнего уровня.

Помехоустойчивость известного устройства определяется величиной скорости счета импульсов шума и на выходе устройства при заданногл пороге регистрации Ещ в отсутствие регистрируемого йзлучения.

В известном устройстве помехоустойчивость, прежде всего к собственным (внутренним )шумам, создаваемым детектором и формирователеминтегратором, предопределена услсвиями, которые накладываются на цепи формирования сигнала для обеспечения стабильности порога регистрации относительно изменений временных параметров сигнала детектора. Эти условия сводятся к форглированию сигнала в соответствии с неравенством М ) /

А (i) где - эквивалентная постоянная вре мени формирователя-интегратора;

à — длительность импульсов тока детектора.

Но с ростогл пбстоянной времени с увеличивается обычно наиболее значительная по мощности составляющая т»ума устройства, именуемая параллельным шумом. Так, в случае формирователя-интегратора с одной дифференцирующей и одной интегрирующей ЙС-цепочками с одинаковыми постоянными времени и при выполнении условия полного сбора заряда импульса тока детектора эта составляющая выражается уравнением

Где 6 — среднЬквадратическое значение приведенного к энергии параллельного шума;

КŠ— коэффициент пропорциональности, устанавливающий связь среднеквадратического шума и энергии час-, тицы Е регистрируемого излучения. создающей на выходе детектора зарядовый сигнал равный среднеквадI ратическому зарядному шуму !

R - расчетное сопротиэление, равноценное ro величине тепловых шумов, выносимых током базы (затвора J транзистора, подсоединенного

5 к детектору, температурозависимым током самого детектора и тепловым шумом резисторов, включенных между выходом детекто10 ра и нулевой цепью устройства;

К вЂ” постоянная Больцмана; .

Т вЂ” абсолютная температура.

15 В Уравнении (В ) c»1 KE л

Для отыскания поглехоустойчивости устройства следует определить полный среднеквадратический шум

»

Р (31

Ь .4 где 62 — среднеквадратическое значе25 ние приведенного к энергии последовательного шума.

В вышеупомянутом случае, в котог огл имеет место уравнение (2), по»кольку различные формирования сравнивают часто с формированием именно в этогл случае, — последовательный шум 62 описывается в виде

4ЯТР d

6=К С 2 =C 2 (g) — расчетное сопротивление, равноценное по величине тепловых шумов дробовому шуму коллекторного тока

40 транзистора (или тока ка- нала полевого транзистора), подсоединенного к детектору;

ОдТ С см+ 0сВ Св

Слагаем»ии суглгларной емкости С являются С >< — выходная емкость детектора; С©„- выходная емкость схемы; С вЂ” емкость цепи связи детектора и схеигт; С„„ — монтажная ем50 кость детектора и схемы.

В выражентти (4). »»2" lCE4KTR2 °

Суммирование шумов в виде (3) справедливо для тех многочисленных применений устройств регистрации, когда можно пренебречь взаиглной зависимостью .источников шума устройства, отображаегльтх составляющими

61 . 6Р

На выходе известного устройства регистрации развивается поток им60 пульсов шума, средняя скорость счета которых может быть определена из следующей зависимости:

67 3007

A где =и — количество импульсов що шума в единицу времейи, соответствующее величине порога

Епор

A — независящий от безразмерный коэффициент

Зависимость (.; неоднозначн относительно постоянной времени С .

Однако для реальных ее величин скорость счета импульсов шума и с. ростом т только увеличивается вследствие преобладающего влиячия экспоненциального сомножителя, а в последнем — составляющей шума т„.

Таким образом, в известном устройстве .регистрации приходится решать противоречивое требование: для повышения стабильности порога регистрации необходиго увеличивать постоянную времени 7 формирователяинтегратора, для повышения помехоустойчивостгг, наоборот, умень- гать.

Недостатки. известного устройства, содержащего формирователь-интегратор с постоянной времени согласно неравенству (I), проявляются, в частности, при использовании детекторов излучения, формирующих импульсов тока сравнительно большой длительности. Такими следует считать, например, пропорциональные (сцинтилляпионные, полупроводниковые и др.) д еeтTеeкKтTоoр ы, у которых преобладавшая доля энергии одиночного сигнального импульса тока заключена не на участке импульса, соответствующем фронту нарастания, а на временном интервале в пределах импульса, длительность которого намного больше длительности фронта, т.е. спектральная плотность одиночного сигнального импульса тока этих детекторов существенно неравномерна в сравнении с спектральной плотностью "белого" шума в выходной цепи детекторов.

Если устройство работает в условиях повышенных температур, приводящих к резкому возрастанию шума, то упомянутый недостаток будет сказываться еще сильнее.

В случае регистрации низкоэнер.гетических излучений, характеризующихся малыми отношениями энергии к порогу регистрации, приходится поступаться эффективностью регистрации для сохранения требуемой помехоустойчивости в устройстве, Целью изобретения является повышение помехоустойчивости без снижения стабильности порога и эффективности регистрации.

Цель достигается тем, что, в устройство дополнительно введены линейный формирователь укороченных импульсов, дискриминатор нижнего. уровня и схема совпадений, при эт г1 выход детектора соединен с входом формирователя укороченных импульсов, один из выходов которого соединен с входом формирователя-интегратора, а другой выход — с входом дискриминатора нижнего уровня, и выходы обоих дискриминаторов — с входами схемы совпадений.

На фиг. 1 изображена структурная

10 схема описываемого устройства. устройство содержит детектор излучения

1, линейный формирователь укороченных иглпульсов 2, импульсный линейный формирователь-интегратор 3, 15 дискриминатор верхнего уровня 4, дискриминатор нижнего уровня 5 и схему совпадений 6.

На фиг. 2 представлен дифференциальный аппаратурный спектр 7 источника регистрируемого излучения в виде зависимости количества поступающих в рабочую область детектора частиц за единицу времени от их энергии. Кривые 8 и 9 — приведенные к энергии зависимости потоков шумов выбросов в каналах дискримина- торов соответственно нижнего и верхнего уровней. Энергетические уровни

10-11 соответствувт порогам ре истрации Е Н и Е 8 в каналах дискриминаторов 5 и 4.

При поступлении на детектор 1 регистрируемого излучения на выходах дискриминаторов 5, 4 схемы совпадений 6 будут .развиваться потоки импуЛьсов, соответственно равные

n<<>>+ d n <

"се+ " е се и а.сое н + ишн (7) (8) 40 исое

45 где и .ирис„ — потоки импульсов юе сигнала, соответствующие областям спектра излучения с энергией частиц Е Е и

Ен Ее;

n . .n — - потоки иг пульсов шушн шь и Е ма на выходах, соотш сое

50 ветственно, дискриминаторов 5, 4 схемы совпадений 6.

Сигнальный поток импульсов и се на выходе устройства определяется порогом регистраг ии ЕЕ в канале дискриминатора верхнего уровня 4, который является также порогом устройства по сигналу, Сигнальный потбк иггпульсов ои н имеется только на выходе дискриминатора нижнего уровня 5. Величина этого потока соответствует нестабильности порога регистрации дискриминатора,5.

Шумовые потоки импульсов в каж65 дом канале nù„ è ищ< описываютб7,3007

В2 н2 (Z3) рассмотрение этого

30 уравнений (2), (4) к каждому каналу дает

Совместное неравенства и применительно соотношения н (12) Редактор О. Юркова Техред И.Асталош Корректор А, Ильин

Заказ 1081/3 Тираж 71 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, !4осква., Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ся зависимостями, анало .ичными рассмотренной (5) в прототипе.

Среднеквадратические шумы 6н потока шумовых выбросов 8 (см. фиг.2 в канале нижнего уровня потока 9 в канале верхнего уровня можно представить в виде выражения (3):

2 2 н= н + н

1 2 в= в бв

1 2 где 6„„и 6 — составляющие: параллельного и последовательного шума в канале нижнего уровня;

6 и Й вЂ” соотавляющие параллельВ1 62 ного и последовательного шума в канале верхнего уровня.

В каждом из потоков и „ и пщВ будут присутствовать две группы им- 20 пульсов, Соответствующих выбросам обеих составляющих шума.

Одна из отличительных особенностей предлагаемого устройства состоит в различии эквивалентных постоян- 25 ных времени н формирователя 2 и

,Вформирователя 3 (. (( н 6 (11) В результате канал нижнего уровня оказывается значительно помехоустойчивее канала верхнего уровня отно сительно выбросов, создаваемых источниками параллельного шума, в канал верхнего уровня — намного помехоустойчивее канала нижнего уровня относительно выбросов, создаваемых источниками последовательного шума, Сопоставление уровней (7) и (8) с учетом соотношенйй (Х2), (I3) показывает, что сигнальный поток импульсов а: в известном и предлагаемом устройствах одинаковый по величине, а шумовые потоки импульсов существенно разнятся ащ „ <( шв

Это означает, что помехоустойчивость к полному собственному внутреннему ) шуму в предлагаемом устройстве нэмного вьпае помехоустойчивости известного устройства при заданном пороге регистрации ионизирующего излучения. Повышение помехоустойчивости достигается без снижения стабильности порога и эффективности регистрации.

Указанные достоинства предлагаемого устройства будут и в отношении к внешним шумам, помехам, у которых спектральная плотность по выходу детектора отличается от спектральной плотности одиночного сигнального импульса тока детектор ..