Устройство для регистрации рентгеновского и гамма-излучения Советский патент 1990 года по МПК G01T1/20 

ИтоПретеиие относится к ре.нтге- попг:к(1Й 5 гамма-астрои омии и может ыть использовано в экспериментах практике по исслеяованит и регист- , ации ррлтгеновского и гамма-излучений.

Целью изобретения является увеличение Эффективности полного поглощения для гамма-квантов и улучшение Ю ормы линии спектрограммы, т.е. увеичение площади под гшком полного оглощения к площади всего распеделения в устройстве с сцинтилля- ионным детектором типа фосвич,

Сущность изобретения состоит в том, что амплитуды сигналов,обусловленных поглощением одновременно R обоих слоях фосвича,преобразуются в зависимости от измеренного фронта нарастания20

сигналов, в амплитуды импульсов, образующих пик полного поглощения устройства .

На фиг.I показана структурная схема предпагаемого устройства;, на 25 фиг.2 показан первый вариант преобразователя амплитуды спектрометрического сигнала; на фиг.З - второй вариант преобразователя амплитуды спектрометрического сигнала.

Устройство для регистрации рентгеновского и гамма-излучения содержит сцинтилляционный детектор типа фосвич 1, спектрометрический усилитель 2, устройство для хранения амплитуды спектрометрического сигнала 3, анализатор формы импульса А, дискриминатор формы импульса 5, преобразователь амплитуды спектрометрического сигнала 6,.многоканальный амплитудный анализатор 7.

Преобразователь 6 амплитуды спектрометрического сигнала (первый ва- риант) состоит из источника опорного напряжения 8, дифференциального усили-,с теля 9, усилителя-нормярователя 10, перемножителя напряжения 11, сумматора 52 и нормально включенного линейного ключа и логической схемы ИПИ-НЕ .

Преобразователь 6 амнпитуды спект-- рометрического сигнапа (второй вариант) состоит из аналого-цифрового преобразователя 3., запоминающего устройства иифроаналогового пре35

40

-.55

образователя

перемножители напря

жений 16s сумматора 17 и нормально включенного линейно-о юшча и логической схемы И п И.11И--ПК.

,

Ю

20

25 0

-,с

35

40

55

Устройство работает следуиппим образом. Рентгеновские и гамма-кванты с энергией К взаимодействуют с сцинтиллируюшим веществом детектора типа фосвич, спои которог о имеют разные постоянные времени высвечивания .

Импульс, обусловленный поглощением всей энергии гамма-кванта или ее. части веществом детектора, будет иметь время ффонта нарастания Т в диапазоне Т1 i Т 4 Т2, где Т1, Т2 . времена фронтов нарастания импульсов, обусловленных поглощением энергии только соответственно первым или вторым слоем,

Сигналы,обусловленные комптоновс- ким взаимодействием в одном слое и поглощением рассеянного кванта в другом, фотопоглощением гамма-кванта в одном слое и поглощения флуоресцентного кванта в другом, а также рождением пары в одном слое и поглощении одного из аннигиляционных квантов в другом, имеют время фронта на растания в диапазоне от Т5 до Т2 в зависимости от долей поглощенной энергии по слоям.

Если А - есть амплитуда сигнала на выходе спектрометрического усили- те.ля, соответствующая энергии Е, пег™ лощенной веществом типа фосвич, а Т - измеренное время фронта нарастания этого сигнала, и если X - доля амплитуды А спектрометрического сиг-.- напа, соответствующая энергии, поглощенной, например, во втором слое фосвича, то X f /Т/ /1/, т.е, X - есть функция Т.

При этом величина . А .k-A-X /2/, где k - отнощение конверсионных эф- фективностей первого слоя ко второму, , представляет собой амплитуду импульса, соответствующего поглощению в первом слое типа фосвич того же количества энергии, какое поглотилось во втором слое.

Тогда, используя выражение /I/ и /2/, (ожно написать

А А/1-Х/+А A-(l-X/+k--A-X - А Cl-X (1-k) А /l-f(T) (1-k)/,

(З )

где А - представляет собой амплитуду импульса от гамма-кванта с той же энергией Е, которая бы поглотилась только веществом, образующим первый слой, типа фосвич.

Таким оПрязом, спектрометрические сигналы, обусловленные поглощением энергии гаммя- квантов одноврег мепно в двух слоях фосвича и с пре- образованной амплитудой по формуле /3/, образуют сигналы, форьо1рующие спектр поглощения энергии первого слоя фосвича.

После усиления импульса от сцин- тилляционного детектора 1 спектрометрическим усилителем 2, амплитуда сигнала фиксируется устройством хранения амплитуды спектрометрического сигнала 3, время нарастания сигна- ла преобразуется в напряжение анализатором формы импульса 4, например как на фиг.2, и сравнивается с диапазоном дискриминатора формы импульса 5, диапазон которого выбирается из конкретных условий эксперимента. Если время фронта нарастания выходит за пределы диапазона дискриминатора формы импульса 5, то вырабатывается сигнал запрета на обработку амплитуды спектрометрического сигнала амплитудным анализатором 7 и преобразование ее преобразователем 6, амплитуды спектрометрического.сигнала согласно формуле /3/. Если нап- ряжение на выходе анализатора формы импульса 4 заключено в пределах диапазона дискриминатора формы импульса 5, то на вход амплитудного анализатора 7 поступает сигнал с преобразо- вателя амплитуды спектрометрического, сигнала 6, в котором произошла коррекция a mлитyды импульса от детектора 1 согласно формуле /3/,

.

На фиг,2 показан вариант преобразователя амплитудного спектрометрического сигнала согласно функциональной зависимости /3/, где реализуется

«. Т

линейное приближение X i; --™--.

i 1

Схема работает следующим образом. На один из входов дифференциального усилителя 9 подается напряжение с источника опорного напряжения 8, пропор циоиальное величине Т,, а на другой вход.поступает сигнал.от анализатора 4, пропорциональный величине Т, где Т - измеренное время фронта напряже- ния импульса с ..детектора 1, Выходиой сигнал с дифференциального усилителя

9,прппорциональиый величине Т-Т,, поступает на усилитель-нормирователь

10,коэф(И1шент передачи которого оп

с

ю f5 20 25 30

40

сд

45

5

К - 1

ределяется oTHoufemieM, где

1 J - Т,

К, Т, Т, измерены при определенных условиях функционирования устройства, например при нормальных условиях. Сигнал с усилителя-нормирователя 10, поступающий на один из входов пере- множитеЛя напряжений 11, будет таким образом пропорционален величине

Т Т /k-I/ /--- 7 о На другой вход пере , множителя напряжений 11 поступает

сигнал от устройств а 3, пропорциог нальный амплитуде А того же импульса с детектора 1, Если от дискриминатора 5 не приходит сигнал запрета, то уровень напряжения на выходе логической схемы IUM-HE, поступающий на управляющий вход линейного ключа, поддержи1;ает его в замкнутом состоянии, так что чере:1 него поступает сигнал с перемножителя напряжений 11, величина которого определяется произведением

т - т

А (k-1) ( )

i j- I- ,

на один из входов сумматора 12, на другой вход которого приходит сигнал от устройства 3, пропорциональный амплитуде А импульса детектора 1,

Таким образом, на выходе сумматора 12 появляется сигнал, поступаюпщй на вход анализатора 7, представляет соя бой результат реализации функциональной Зависимости /3/ при линейТ - Т

ном приближении X -. Если

Тг- TI

дискриминатором 5 вырабатывается сигнал запрета, то уровень напряжения, на выходе логической схемы ШШ- НЕ становится таким, что ключ размыкается и на вход анализатора 7 посг тупает сигнал с устройства 3 через сумматор 12, В этом случае амплитуда импульса с детектора 1 не подвергается преобразованию.

На фиг,1 показан вариант преобразователя амплитуды спектрометрического сигнала 6 согласно функциональк ной зависимости /3/, где используется экспериментально установленная связь X f/T/, представленная В виде набора значений , хранящихся в запоминающем устройстве.

Схема работает следующим образом,j Сигнал от анализатора 4,амплитуда

которого пропорциональна измеренному фронту нарастания иктульса от детектора 1S поступает на анапого-цифрогч вой преобразователь 13, цифровой код, полученный в,результате преобразо- ваиняэ поступает на шину адреса за- поьФшающего устройства 1А, Считыва- 1ше содержимогр памяти происходит с поступлением управляющего сиг- нала на шину управления при появлении сигнала Конец преобразования, вырабатываемого аналого-цифровым преобразователем 13, если нет сигнала запрета от дискриминатора 5 и на вы- коде логической схемы ИЛИ-НЕ в этом случае уровень напряжения соответствует логической единице. Если сигнал запрета от дискриминатора 5 пос гушш, то управляип1его сигнала на итине управления не возникает, раз№1- кается линейный ключ, сигнал, от устройства 3 проходит через сумматор П на вход анализатора 7 без коррекции,

В ячейках запоминающего устррйст- ва 14 хранятся дискретные значения f.-/1/ экспериментально установленной функции Х- f/T/, умноженные на величину . Код, записанный по соответствующему адресу в ячейках эаггамииавдего устройства 14, считывается на шину данных ци4ч оанапогово- преобразователя 15, который линей- но преобразует дан№тй код соотйетст венно в напряжение, поступающее на один из входов перамножителя напряжений 16, на другой вход которого газдается сигнал от устройства 3, пропорциональный амплитуде импульса от

-

детектора I Результат перемножения

поступает через нормально замкнутый ключ на один из входов сумматора 17ч, на другой вход которого приходит сигнал от устройства 3. Таким образом, сигнал с амплитудой, преоб- разаванной согласно выражению /3/, поступает с выхода сумматора 17 на вход анализатора 7,

Ф.ормула изобретения

1. Устройство дпя регистрации рентгеновского и гамма-излучения, содержащее последовательно соединенные между собой сцинтилляционный.

Детектор типа фосвич, спектрометры ческий усилитель, анализатор формы лг-тульса. Дискриминатор формы импульса, амплитудный анализатор, отли5 0

5 д

5

0

j

50

55

чающееся тем, что, с целью ув1аличения эффективности полного поглощения гамма-квантов и .отношения площади под пиком полного поглощения и Площади всего распределения, в него введены устройство хранения амплитуды спектрометрического сигнала и преобразователь амплитуды спектрометрического сигнала, причем вход устройства хранений амплитуды спектрометрического сигнала соединен с вьшодом спектрометрического усилителя, а выход - с одним из входов преобразователя амплитуды спектрометрического , сигнала, другой вход которого соеди- .нен с выходом анализатора формы.имт. пульса, а третий вход соединен с выходом дискриминатора формы импульса, , а :выход его соединен с многоканальным - амплитудным анализатором,

2. Устройство поп,1, отличающееся тем, что преобразователь амплитуды спектрометрического сигнй- ла состоит из источника опорного напряжения, .дифференциального усилителя, усилителя-нормирователя, перемножителя напряжений, сумматора, линейного ключа, логи-ческой схем ИЛЙ-НЕ, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с, источником опорного напряжения, а его неинвертирующий вход соединен с выходом анализатора форны импульса,а ход соединен с входом усилйтеля-нор- мирователя, выход которого соединен - с одним из входов перемножителя напг ряжения, другой вход которого соединен с выходом устройства хранения амплитудь спектрометрического снГгна- ла, а выход его соединен с входом нормально включенногб линейного ключа, управлякшщй вход которого едгднен с выходом логической схеьв 1 , ШЛД-НЕ, вход которой соединен с ны- / ходом дискриминатора форкы импульса, а выход нормальнсг включенного линейного ключа Соединен с одним из бходов сумматора, другой вход которого соединен с выходом устройЬтеа хранения амплитуды спектрометрического сигнйла, а выход сумматора соединён с входом многоканального аиппитудйо- го анализатора.

I 3, Устройство по nil, ojt л.и ч а- ю-щ в е с и тем, что преобразова-г тель амплитуды спектрометрического сигнала состоит И9 аМалого-ци о-

вого пр-еоПразователя, запомннак тего устройства, 1и фропналогового преобразователя, перемножителя напряжений, сумматора, линейного ключа, логической схемы н логической схемы ИЛИ-НЕ, причем аналоговый пход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом анализатора формы импульса, а цифровой выход его соединен с адресной шиной запоминакщего устройства, и выход Конец преобразования анало- го-ций ового преобразователя соединен с одним из входов логической cxei« И( другой вход которой соединен с выходом логической ИЛИ-НЕ, вход которой соединен с выходом диск- риютнатора формы импульса, выход логической схемы И соединен с управляющим входом запоминающего устройст-

ва, тина данных которого соединена с входом цифроаналогового преобразова-, теля, аналоговый выход которого соединен с одним из входов перемножителя напряжений, другой вход которого соединен с выходом устройства хранения амплитуды спектрометрического сигнала, а его выход соединен с входом нормально включенного линейного ключа, управляющий вход которого соединен с вьтходом логической схемы ИЛИ-НЕ, а выход нормально включенного ключа соединен с одним из входов сумматора, другой вход которого соединен с выходом устройства хранения амплитуды спектрометрического сигнала, а выход сумматора соединен с входом многоканального амппитудио- го анализатора.

Изобретение относится К области регистрации рентгеновского и гамма - излучений, в частности к рентгеновской и гамма астрономии. Целью изобретения является увеличение эффективности регистрагщи гамма-квантов , в пике полного поглощения и улучше- . ние формы линии спектрограмхл, т.е.. увеличение отношения площади под пиком полного поглощения к площади всего распределения в устройстве с сцинтилляционным детектором типа фосвич. Цель достигается за счет анализа фор1« 1 переднего фронта иьг- пульса от детектора по времени нарастания, что позволяет из сигнала выделить составпяюцие от первого и второго слоя детектора. Затем сигнал, соответствующий второму слою детектора, домножается на отношение конверсионных эффективностей первого слоя ко второму, суммнруется с сигиа- лом от первого слоя и подается на ыногоканальнь1й амплитудный анализд- тор, Таким образом сигнал от гамма-кванта, поглощенного в обоих слоях детектора, приводится к виду, как если Ш он был поглощен только в первом слое детектора. Для этого введены устройство хранения амплитУ- ды спектрометрического сигнала и преобразователь амплитуды спектромет- рического сигнала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. СО 00 ;о 4:ii Од

OfffS/s..

V

ffmoflS

фи6.1

ffmS/T.S

--- -

tf

/fffl.7

(pU№.

/foffftf npfoS/f030 CfM/Jf «w/rAj -л Ш 4

/4

Y

ОтблЪ сриг.З

Y

J: