Спектрометр энергий заряженных частиц

 

СПЕКТРОМЕТР ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий соединенные последовательно полупроводниковый детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор, отличающийся тем, что, с целью снижения знергетического порога чувствительности , в него введены детектор электронов с микроканальныкш пластинами и коллектором, источник ускоряющего напряжения, второй импульсный усилитель, узел временного отбора, при этом вход микрокангшьных пластин .детектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения, коллектор - с входом второго импульсного усилителя, выход которого и второй выход первог9 импульсного усилителя соединены с входами устройства .временного отбора, а выход этосл го узла - с входом -управления амплитудного анализатора. с гъ-/ - кк.чт( « ГТ ю г 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК -, g(59 601 T 1 36. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР . .пО делАм изОБРЕтении и ОтнРытий (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1 .1 ;„ дМ ф (21) 3277154/18-25. (22) 17,04.81 (46) 23 05.83. Бюл. В 19 (72) Л.С. Горн, Б.И. Хазанов и О.Л. Вайсберг (53) .537 ° 232.61(088.8) (56) 1. Болюнова А.Д., Веревкин A.Ä., Гальперин Ю.И. и др. Йзмерение заряженных частиц средних и высоких :энергий. Космические иеследования, . 1970 i. У111 9 1, 126-135.

2. Гальперин Ю.И, Горн Л.С.„

Хазанов Б.И. Измерение радиации в космосе. М., Атомиэдат, 1972, с.117.

3. Горн Л.С., Хазанов Б.И. Спектрометрия ионизирующих излучений на космических аппаратах. М., Атомиэдат, 1979 . с..182 (прототип) . (54)(57) CliEKTPOMETP ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий соединенные

„„SU„„ 970980 А последовательно полупроводниковый детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор, о т л и ч аю щ и и сятем, что,,с целью снижения энергетического порога чувствительности, в него введены детектор электронов с микроканальными пластинами и коллектором, источник ускоряющего напряжения, второй импульсный усилитель, узел временного отбора, при этом вход мнкроканальных пластин .детектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения, коллектор — с входом второго импульсного усилителя, выход которого и второй выход первого импульсного усилителя соединены с входами устрой- Е ства .временного отбора, а выход этого узла - с входом .управления амплитудного анализатора.

970980

Изобретение относится к измерению ядерных излучений и рентгеновских лучей и может быть .использовано в космических исследованиях для измерения энергетических распределений заряженных частиц средней энергии.

Известны сцинтилляционные энергетические спектрометры потоков заряженных частиц.в космическом пространстве, характеризующихся монотон.ным характером энергетических распределений и отсутствием четко выде- ленных линий. Они содержат фотоэлектронные умножители, подходящие сцинтилляторы, усилители и амплитудные анализаторы fl),(23

Такие спектрометры обладают достаточной чувствительностью к заряженным частицам и позволяют опреде- лить характер распределений в значительном диапазоне энергий. Однако сцинтиляционные спектрометры заряженных частиц обладают высокой чувствительностью к видимому и ультрафиолетовому излучениям Солнца, что затрудняет их использование на космических аппаратах..Для защиты

Ьт этих излучений сцинтиллятор при ходится покрывать металлиэированной . светонепроницаемой пленкой, толщина которой. может составить 0,3 мг/см и более. Этому значению р.олщины соответствует пробег протонов с энергией около 100,кэВ, что и определяет энергетический порог чувствительности прибора, т.е. минимальное значение энергии, которое может быть измерено. Практически лороговое значение оказывается еще более высоким из-за малой конверсионной эффективности сцинтиллятора при детектировании заряженных частиц с энергией .порядка десятков килоэлектронвольт.

Наиболее близо* к предлагаемому спектрометр энергий заряженных Час тиц с монотонным энергетическим . распределением, содержащий полупроводниковый детектор,.импульсный усилитель и амплитудный анализатор 3 1. Такой спектрометр по сравнению оо сцинтилляционным спектрометром .менее чувствителен к видимому и ультрафиолетовому излучениям .и обладает линейной характеристикой преобразования энергия — амплитуда сигнала, из-эа чего сзижеи энергетический порог. чувствительности. Однако этот важнейший параметр по-прежнему оказывается высоким, что является зна-.

:чительным недостатком такой аппаратуры.

Количественно энергетический порог чувствительности определяют соотношением

Емин -6 яш где Й,„ — средний квадратический шум ППД.

При этом частота шумоэых импульсов (флуктуационных выбросов), амплитуда которых превосходит Е,„ „„, не (превышает 1 имп/с.Для типичного значения бец,-7 10 кэВ <ìèí =40"60 кэВ. . Испольэуемое в ряде спектрометров, устанавливаемых на космичееких аппаратах, пассивное охлаждение ППД, т.е. соединение-. детектора. с хладопроводом, связанным с конструкциями космического аппарата, находящимися в тени,, хотя и достаточно сложно, .позволяет снизить значение Емнн всего до 25-30 кэВ.

Цель изобретения — снижение энер15 гетического порога чувствительности. укаэанная цель достигается тем, . что в спектрометр энергий заряженных частиц, содержащий соединенные последовательно полупроводниковый щ детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор, введены де-. тектор электронов.с микроканальными пластинами и коллектором, источник ускоряющего напряжения, второй импульсный усилитель, узел временного отбора. Вход микроканальных пластин детектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения, коллектор — с входом второго импульс,ного усилителя, выход которого и вто.Рой выход первого импульсного усилителя — со входами устройства вре,менного отбора, а выход этого узла соединен с входом управления амплитудного анализатора.

Ç5 На чертеже дана структурная схема предлагаемого спектрометра энергий заряженных частиц. Спектрометр содержит полупровод.никовый детектор 1, импульсные уси40 лители 2 и 3, амплитудный анализатор

4, устройство 5 временного отбора, детектор 6, электронов с микроканальными пластинами и коллектором 7 и источник 8 ускоряющего напряжения.

45. . Спектрометр работает следующим образом. Когда заряженная частица попадает в полупроводниковый детектор .1, на его выходе развивается сигнал, -амплитуда которого пропорциональна энергии ча ц (энергии, переданной чувствительному объему детектора). Кроме того, поверхность

ППД 1 под действием этой. заряженной частицы эмиттирует вторичные электроны. Из кремния под действием ионов

55 .с,энергией Ен более 3 .кэВ вылетает по крайней мере несколько таких вторичных электронов и число их растет с энергией E . Вторичные электроны ускоряются полем, созданным источни60 ком 8 напряжейия, попадают в микроканальные пластины 6 н, вызывают появление сигнала в цепи коллектора

7. Импульсы с ППД усиливаются усилителем 2, а импульсы детектора электронов — усилителем 3, и устройством

970980

Составитель В. Недопекин

Редактор Б. Федотов, ТехредМ.Кузьма .. Корректор O.

Заказ 6453/2 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 временного отбора выделяются случаи одновременного срабатывания обоих детекторов. Сигнал .а выхода устройства временного отбора разрешает проведение анализа .импульса

ППД амплитудным анализатором 4. Если же сигнал на выходе ППД,1 обусловлен шумом детектора, он не сопровождается сигналом в цепи коллектора 7,устройство временного отбора 5 не. срабатывает, и такой импульс из анализа устройством 4 исключается.

Такое построение спектрометра позволяет существенно снизить энергетический порог чувствительности при. уменьшении частоты фоновых импульсов.

Если в спектрометре использован усилитель 2 с постоянной времени формирования ф = 1 мкс, то интегральная частота шумовых импульсов

f и"н" " 1/2 T = 1,6 -10 з имп/с. При энергетическом пороге Е =о частота импульсов, амплитуда которых превы« шает порог f" = 0,2f "" = 2,5

I <104 имп/с, где 0,2 — значение интегральной функции ошибок, когда аргумент равен единице..Частота фоновых сигналов детектора электронов с микроканальными пластинами г ..з не превышает 10 имп/с. Частота слу,чайных совпадений, т.е . фоновых импульсов в измерительном канале спехтрометра n =2t+ п а f " Р, при V =

10 7 с n+0,05 имп/с.

10 Следовательно, в предлагаемом спектрометре .по сравнению с прототипом энергетический порог чувствительности снижен в 6 раэ при уменьшении. частоты фоновых сигналов на порядок.

Практическое применение предла-. гаемого спектрометра позволит ttony-. чить больший объем научной информации (в частности, представляющие р большой научный интерес при.магнитосферных исследованиях участка спектров заряженных частиц от нескольких кэВ до..30.кэВ) практически без увеличения стоимости эксперимента.