Устройство для измерения малых вариаций интенсивности потока ядерных частиц Советский патент 1985 года по МПК G01T1/16 

СО

00 00 00 изобретение относится к области ядерной электроники, а гуманно к изме рению ма.ппых вариаций интенсивности ядерного излучения, возникающих под действием внешних воздействий. Такие измерения обычно осуществляются путем определения возникающей при этси вариации аси гметрии в количестве событий, регистрируемых детектором ядерного излучения при наличии и отгде Н, сутствии воздействия; счет детектора при наличии воздействия; Nj - счет детектора при отсутствии воздействия. Известно устройство 11, содержа щее два детектора ядерных частиц, усилитель и стрелочной прибор, в ко тором для определения малых вариаций нптеисипности потока ядерных частиц измеряется разностный ток детекторов Оба детектора находятся в поле излучеггия одного и того же источника: одни в областгт, где интенсивность потока частиц изменяется под внешним воздействием, другой - вне этой области, )едостатком известного устройства является невысокая достоверность и точность измерений, обусловленная тем, что )1естабильность измерительной аппаратуры превьш1ает величины измеряемых вариаций интенсивности ядерного излучения. Наиболее близким техническим реше нием является разностный интенсиметр J2 , содержащий два детектора ядерных частиц, двухканальный усилитель-формирователь, интегратор, ктпоч источник питания, общую шину и измерительный блок. Недостатком данного устройства является невысокая достоверность и точность измереншт, обусловленная тем, что погрешность измерительного блока преврзгшает величины измеряемых вариащш интенсивности ядерного излу чения , Целью изобретения является повьш е кие достоверности и точности измерения малых вариаций интенсивности ядерного излучения, возникающих под влиянием внешних воздействий. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее два детектора ядерных частиц, двухканальный усилитель-формирователь, интегра тор, к.гпоч, источник питания, общую шину и измерительный блок, введены генератор импульсов, коммутатор, датчик внешнего воздействия в виде переключателя, а измерительный блок выполнен в виде двух счетчиков импульсов, счетные входы которых подключены к выходу генератора импульсов и к управляющекгу входу ключа, соединенного своим выходом с общей шиной и информационным входом - с выходом интегратора, причем детекторы ядерных частиц, подключенные к выводам противоположной полярности источника питания, соединены своим выходами с входом интегратора, выход которого подсоединен к входу дв гхканального усилителя-формировач еля, подключенного своими выходами к соответству 01Ц1{м входам коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих счетчиков импульсов, а управляющий вход коммутатора подключен через /датчик внешнего воздействия к общей шине. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения малых вариаций интенсивности потока ядерных частиц; на фиг. 2 - функция интеграла вероятности мгновенного значения флуктуирующего напряжения на конденсаторе интегратора; на фиг. 3 - зависимость коэффициента усиления от постоянной времени интегратора. Устройство для измерения малых вариаций интенсивности потока ядерных частиц содержит (фиг. 1) два детектора 1 и 2 ядерных частиц интегратор 3, двухканальный усилитель-формирователь 4, коммутатор 5, два счетчика 6 и 7 импульсов, генератор 8 импульсов, ключ 9 и датчик 10 внешнего воздействия. Выходы детекторов 1 и 2 ядерных частиц, расположенное соответственно в варьируемой зоне и вне ее, подсоединены своими выходами к входу интегратора 3, выход которого подключен к информационному входу ключа 9 и к входу двухка ального усилителяформирователя 4, подсоединенного своими выходами к соответствующим входам коммутатора 5, управляющий вход которого соединен через датчик 10 внешнего воздействия к общей шине и выходы - к управляющим входам счетчиков 6 и 7 импульсов, подключенных своими счетными входами к

31

выходу генератора 8 импульсов и к управляющему входу ключа 9, выход которого соединен с общей шиной.

Устройство работает следующим образом.

Детекторы 1 и 2 ядерных частиц находятся под воздействием одного и того же источника ядерного излучения, так что нестабильность самого источника во времени оказывается практически исключенной. Разностный тОк с выхода детекторов 1 и 2 ядерных частиц поступает на вход.интегратора 3, напряжение на выходе которого в каждый момент времени будет определяться разностью зарядов, пришедших с выходов обоих детекторов . 1 и 2 ядерных частиц, и постоянной времени 1 интегратора 3. Напряжение на выходе интегратора 3, флуктуирующее относительно нуля, поступает на вход двухканального усилителя-формирователя А, стабильность рабочей точки которого поддерживается за счет введения глубокой отрицательной обратной связи с его. выхода на вход с постоянной времени, много большей постоянной времени интегратора 3 и периода внешнего воздействия. На выходах двухканального усилителя-форми рователя 4 в моменты, когда входное флуктуирующее напряжение переходит через нуль устанавливаются соответственно потенциалы +0,2 В и -10 В для положительного значения входного напряжения и -10 В и +0,2 В для отрицательного значения. Выходы двухканального усилителя-формирователя 4 через коммутатор 5, управляемый сигналом с выхода датчика 10 внешнего воздействия, подключены к управляющим входам счетчиков 6 и 7 импульсов

На счетные входы счетчиков 6 и 7 импульсов постоянно поступают импульсы с выхода генератора 8 импульсов. Период импульсов, поступающих от ге.нератора 8 импульсов, меньше постоянной времени интегратора 3. То.гда пратически на каждое изменение полярности напряжения на выходе интегратора 3 будет приходиться не менее одного импульса от генератора 8 импульсов. В зависимости от полярности напряжения на выходе интегратора 3 эти импульсы будут считаться счетчиком 6 или 7 импульсов. С помощью коммутатора 5 синхронно с появлением и исчезновением сигнала с выхода датчика

334

10 внешнего воздействия управляющие входы ечетчиков 6 и 7 импульсов меняются местами. Это позволяет исключить возможную асимметрию в счете счетчиков 6 и 7 импульсов, не связанную с измеряемой вариацией. При зтом измеNfe-N /ряемая асимметрия х --в счете

Мб-К,

импульсов счетчиками 6 и 7 импульсов

., , I Srtit оказывается усиленной в k-y-;:;:- по

сравнению с асимметрией начальной вариации потока ядерных частиц в области, регистрируемой детектором 1 ядерных частиц. .

В вьшгеприведенных выражениях: Nj, N7 - число импульсов сосчитанных соответственно счетчиками 6 и 7 импульсов;

- количество ядерных частиц в

секунду, регистрируемых в каждом из детекторов 1 и 2 ядерных частиц;

о - постоянная интегрирования интегратора 3.

В основу получения усиления положено следующее. Если имеются два детектора ядерных частиц, один из которых расположен в варьируемом потоке и регистрирует т, ±&глчастиц в секунду, а другой - в постоянней потоке и регистрирует т частиц в секунду, то разностный ток от двух включенных навстречу друг другу Детекторов ядерных частиц создаст наёмкости интегл

ратора ct)RC напряжение (т,,

где О - емкость интегратора;

Q - заряд, возникающий в детектое ядерных частиц при регистрации одной частицы. Если n, mj, то среднее

°i, значение напряжения у ±-umt j

однако существует флуктуация этого апряжения относительно среднего, так как величины hi, и т имеют статистический разброс. Величина этой флуктуации определяется в виде m,-m2 и может быть большой по сравению с эффектом urn , однако проявение эффекта на ее фоне оказывается силенн.ым по сравнению с проявленим его на ).. Оценим это усилие. ассмотрим вклад в флуктуирующее

51

напряжение дУ в момент времени1 0, создйваемый статистическим разбросом частиц, пришедших в интервале времени j-t-Ь времени тому назад. Этот вклад вызван флуктуацией ( гп + лгр ui/Y2rnJ-(: событий. Среднеквадратичное значение потенциала, связанного с

Я

этой флуктуацией - mlT к моменту

.1

уменьшится S /С раз. Таким образом, будет иметь место среднеквадратичньм вклад di в значение лУ от интервала времени, отстоящего на i от момента t 0. За время до i 0 эти вклады складываются квадратично

tufl

-я it

di

Отсюда абсолютное среднеквадратичное

будет равно

- Nrni

v

О

((

ое (

24Tv

Измеряемые через равные промежутки времени мгновенные значения флуктуирующего напряжения на емкости интегратора должны подчиняться нормальному закону распределения:

-(Э€-)

2Z

о - относительное значение

где

2V

мгновенного напряжения флуктуации;

.И - начальная асимметрия 2

вариации потока частиц На фиг. 2 приведена функция интеграла этого распределения от-оо

(g-aef ig

-(.«.o-2-kl

- со

которая позволяет получить асимметрию X суммы количества событий с e. и iV . О

X 2А-1.

Отсюда можно определить коэффициент усиления :

.

К 3« Зэе

-зе

, . р

1 gi (

°а

31333

Если иметь загрузки детекторов ядерных частиц m-v шт/с, тоо ю с позволяет получить коэффициенты усиления К 160-1600. Экспериментальные значения- отношений получаемой асимметрии X к исходной асимметрии ЭГ, 0,910 и зависимость коэффициента усиления К f(C) от постоянной времени о интегратора приведены на фиг.З.

Введение ключа 9, периодически разряжающего емкость интегратора 3, позволяет получить возможность оперативного определения точности получаемого результата, так как точность измерений при этом определяется полным числом сосчитанных импульсов от генератора 8 имп льсов.

Если после каждого импульса от генератора 8 импульсов через ключ 9 (фиг. 1) разряжать емкость интегратора 3, то коэффициент усиления будет иметь вид:

К

где Т - период следования импульсов

от генератора 9 импульсов. В этом случае при поступлении импульса от генератора 8 импульсов бу-. дет определяться знак напряжения на выходе интегратора 3, накопившегося за период между импульсами. Для этого постоянная времени интегратора должна быть много больше периода Т. При этом статическая ошибка измерения прямо связана с количеством импульсов О, сосчитанных за время измерения, и

имеет вид був-

а величина относи п

гельной статистической погреип-юсти в измерении искомого эффекта

.

т

ImTn

Использование изобретения позволяет измерять асимметрию в счете двух детекторов ядерного излучения порядка 10 -10 доли полного счета каждого детектора с помощью простой счетной техники. При этом отпадает необходимость в использовании дорогостоящего и прецизионного оборудования, такого, как аналогоцифровые преобразователи, электронно-вычислительные

устройства с памятью большой емкости, устройства ввода-вьшода информации в цифровых кодах, которые обычно используются для измерения малых асимметрий в счете детекторов ядерных частиц. Требования к стабильности и точности измерительной аппаратуры

снижаются в ( раз по сравнеьию с существующими устройствами аналогичного назначения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ВАРИАЦИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее два детектора ядерных частиц, двухканальный усилитель-формирователь, интeгpatop, ключ, источник питания, шину и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения достоверности и точности измерения, в него введены генератор импульсов, коммутатор и датчик внешнего воздействия в виде переключателя, а измерительный блок выполнен в виде двух счетчиков импульсов, счетные входы которых подключены к выходу генератора импульсов и к управляющему входу ключа, соединенному своим выходом с общей шиной, а информационным входом - с выходом интегратора, причем детекторы ядерных частиц, подключенные к выводам противоположной цолярности источника питания, соединены своими выходами с входом интегратора, выход которого подсоединен к входу двухканального усилителя« формирователя , подключенного своими выходами к соответствукицим входам коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих счетчиков импульсов, а управляющий вход коммутатора подключен через датчик внешнего воздействия к общей шине.

f%M 0--

+ 0,26

J L

Ипр

Bi.

-0

+ Ш

Фиг.1 (/J,t,f;rfj