Сцинтилляционный координатно-чувствительный детектор Советский патент 1988 года по МПК G01T1/20 

оо со 4;

ос

О1

Изобретение относится к ядерной физике и физике элементарных частиц, а именно к сцинтилЛяционньгм детектс - рам ионизирующего излучения, и предназначено для определения координаты сцинтилляции при прохождении моноэнергетических или релятивистских ;частиц через детектор, : Целью изобретения является улучшение координатного разрен1ения сцин- тилляционного координатно-чувстви- тельного детектора.

На чертеже изображена блок-схема сцинтилляционного координатно-чувст- вительного детектора.

Сцинтилляционный координатно- чувствительный детектор содержит сцинтиллятор 1 в виде протяженной полосы, фотоумножитель 2, находящий-- я в оптическом контакте со сцинтил- 1пятором 1, интегратор 3, формирователь с постоянным порогом, вход интегратора 3 соединен с выходом фотоумножителя 2, а выход подсоединен к входу формирователя 4, фотоумножитель 5j, также находящийся в оптичес- ом контакте с сцинтиллятором 1, ин- гегратор 6, формирователь 7 с посто- |инным порогом, времяамплитудный преобразователь (ВАП) 8, причем вход Интегратора 6 подсоединен к выходу фотоумножителя 5, а выход - к входу формирователя 7 с постоянным порогом Вьпсоды формирователей 4 и 7 подключе ,ны к входам ВАП 8, выход ВАП являет |ся выходом, устройства. ; На входы формирователей 4 и 7 с постоянным порогом поступают сигналы с анодов фотоумножителей 2 и 5, проинтегрированные с помощью интеграторов 3 и 6, Моменты срабатывания формирователей 4 и 7 с постоянным порогом зависят не только от момента прихода сигналов на формирователи 4 и 7, но и от амплитуды и длительности фронта этих сигналов и от величины порога формирователей с посто- янньш порогом.

Разность времен прихода импульсов на входы ВАП 8 преобразуется.им в амплитуду выходного сигнала. Таким образом, амплитуда сигнала с ВАП пропорциональна координате прохождения частицы через детектор. Для того чтобы устранить неопределенность, какой сигнал для ВАП является стартовым, а какой стоповым, в канал Стоп введена линия задержки с временем

0

5

0

5

0

5

0

задержки, большим или равным интервалу времени между срабатываниями формирователя 4 при сцинтилляциях соответственно в ближнем и дальнем от фотоумножителя 2 концах сцинтил- лятора. Такая линия задержки обычно является составной частью ВАП, применяемого для этой цели.

Существенным отличием предлагаемого технического решения по сравнению с известными- координатно-чувствитель- ными сцинтилляционными детекторами является введение В каналы регистрации между ФЭУ и формирователями с постоянным порогом интеграторов 3 и 6,

Смысл введения в схему интеграторов заключается в следующем. От динаты прохождения частицы через детектор зависит не только время прихода световых; вспышек на ФЭУ, но и их амплитуда Чем дальне от ФЭУ находится место прохождения частицы через детектор, чем меньше амплитуда сигнала. Если для определения времени прихода света на ФЭУ использовать в канале регистрации формирователи с постоянным порогом, то время срабатывания формирователя будет за- висе ть как от времени прихода световой вспышки на ФЭУ, так и от амплитуды этой вспышкИо Таким образом, время срабатывания формирователя с постоянным порогом несет в себе информацию о двух независимых способах измерения координаты, что повышает точность измерений.

При сцинтилляции в точке с координатой X в момент времени TQ момент срабатывания формирователя с постоянным порогом определяется выражением

5

0

5

т т -ь - к о V

А

(1)

где X - координата сцинтилляции;

V - скорость распространения светового сигнала в сцинтилля- торе; tф - длительность фронта импульса

после интегратора; d - порог формиррвате;7ей с постоянным порогом;

АдИ AJ, - амплитуда сигналов на входе формирователей с постоянным порогом при сцинтилляции в точке X О и X,

Последний член выражения (1) получается при условии линейного нараста31394185

ния фронта импульса на входе формирователя, что является хорошим приближением для большей части фронта сигнала и общепринято при выводе подобных соотношений.

В этом случае разность времени между моментами срабатывания формирователя при сцинтилляциях в точках X и X О равна

ftf

Т.

А.

Т. О е

(2)

X tфd.Ao ..

- V А/А:

Величина А есть Сложная функция координаты X, определяемая как геометрическим ослаблением света при удалении точки сцинтилляции от фото катода фотоумножителя, так и ослаблением света вследствие самопоглощения в сцинтилляторе. Эта зависимость при.размерах сцинтшшятора м хорошо аппроксимируется гиперболической зависимостью

. . Aft А, k --.

Тогда вследствие линейной зависимости ввд ажения (2) от координаты х разность времени между срабатыванием двух формирователей равна удвоенному

значению л t

At 2&t

-т.е.

1

,Ao

АО Ад

)

Линейная зависимость u.t от х проверена 1 экспериментально. В тех случаях, когда вследствие особых характеристик сцинтиллятора зависимость (3) не выполняется, результирующая формула, описывающая .величину fit, имеет более сложный вид (появляется нелинейная зависимость от координаты) .

Амплитуда А на выходе ВАЛ 8 пропорциональна интервалу времени Д t между срабатываниями формирователей 4 и 7 с постоянным порогом и определяется выражением

вочныи член, использующий амплитудную зависимость от координаты сцин тилляции. Второй член может увеличивать At на величину t,, которая при использовании сцинтилляторов длиной 50 см может даже превысить величину 2x/V.

Фотоумножители, используемые для

10 временных измерений, имеют короткий

фронт анодных импульсов и при исполь- 1 зовании даже формирователей с постоянным порогом не оказывается заметного влияния на -момент срабатывания

15 формирователя при уменьшении амплитуды импyJ ьca фотоумножителя из-за затухания свата в сцентилляторе.

С другой стороны в детекторе необходимо применять именно ФЭУ для

20 временных измерений,так как используется временная информация и ходим малый временной разброс импульсов с ФЭУ.

Введение интеграторов увеличивает

25 длительность фронта импульсов на входах формирователей с постоянным порогом, в результате чего к измене- /-э нию задержки в срабатывании формирователя с постоянным порогом из-за

30 изменения координаты сцинтилляции- добавляется задержка в срабатывании формирователя с постоянным порогом из-за изменения амплитуды сигнала. Этот эффект проявляется только при

35 использовании для формирования временной отметки формирователя с постоянным порогом, формирователь со следящим порогом такого зффекта не дает.

40

Применение интеграторов увеличивает величину t и соответственно fit. При отсутствии интеграторов величина t не может превышать длительность 45 фронта сигнала с фотоумножителя. Для того, чтобы удлинить этот фронт, получить более низкую .эффективнзто ско- 1)

рость и, как следствие, лучшее координатное разрешение, в пр едлагаемом

50 устройстве применяются интеграторы.

Параметры интегрирования и пороги формирователей с постоянным порогом подбираются оптимальными с точки зрения координатного разрешения де2х -2tlid А.

(f2 - 1).

АХ

Первый член этого выражения опре-деляет координатную зависимость при

временных измерениях, второй - доба(2)

рость и, как следствие, лучшее координатное разрешение, в пр едлагаемом

устройстве применяются интеграторы.

Параметры интегрирования и пороги формирователей с постоянным порогом подбираются оптимальными с точки зрения координатного разрешения детектора.

В качестве примера реализации предлагаемого изобретения может быть предложено устройство с сцинтиллято- ром в виде протяженной полосы разме5

ром 22x5x2 см, изготовленной из стандартного пластмассового сцинтиллятор на основе полистирола, двух временных фотоумножителей ФЭУ-б, имеющих аноДный импульс с фронтом 2 не, и двух формирователей с постоянным порогом,

В качестве интегратора используют RC-цепочку с постоянной интегрирова- ния, равной 10 НС. Порог формирователей с постоянным порогом устанавливают на уровне 50% от амплитуды сигнала ,на входе формирователя при сцинтилляции в дальнем от соответст- вующего фотаумножителя конце сцинтиллятора. Детектор облучают электронам от источника стронций-90. Применение интеграторов улучшает координатное разрешение примерно на 30% (5,2- 3,5 см).

Более значительное улучшение координатного разрешения детекторов пр введении интеграторов может быть получено при,использовании сцинтилля- торов большей толщины и при регистрации сильноионизирующнх частиц.

Таким образом, использование изоб ретения позволит улучшить координат

6

ное разрешение детекторов при незначительных трудовых и материальных затратах примерно на 30%.

Формула изобретения

Сцинтилляционный координатно-чув- ствительный де тектор, состоящий из сцинтиллятора в виде протяженной полосы, двух временных фотоумножителей, находящихся в оптическом контакте с противоположными торцами сцинтиллятора, двух формирователей временной отметки, вход каждого coe-i динен с выходом одного из фотоумножителей, и времяамплитудного преобразователя, входы которого соединены с в ькодами формирователей временной отметки, отличающийся тем, что, с целью улучшения координатного разрешения, в него дополнительно введены два интегратора, входы интеграторов подключены к выходам фотоумножителей, а выходы - к входа - соответствующих формирователей временной отметки, в качестве которых используются.формирователи с постоянным порогом.

Изобретение относится к области ядерной физики и физике элементарных частиц, а именно к сцинтилляционным детекторам ионизирующего излучения, и предназначено для определения координаты сцинтилляции при прохождении моноэнергетических или релятивистских частиц через детектор. Цель - улучиюние координатного разрешения сцинтилляционного координат- но-чувствительного детектора. Детектор состоит из сцинтиллятора в виде протяженной полосы, двух временных фотоумножителей, находящихся в оптическом контакте с противоположными торцами сцинтиллятора, двз х формирователей временной отметки, вход каждого соединен с выходом одного из фотоумножителей, и время амплитудного преобразователя, входы которого соединены с выходами формирователей временной отметки. Б детектор дополнительно введены два интегратора, входы которых подключены к выходам фотоумножителей, а выходы - к входам соответствующих формирователей ёре- менной отметки-, в качестве которых используются формирователи с постоянным порогом. 1 ил. i СЛ