СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР Советский патент 1996 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к ядерной спектрометрии, дозиметрии ионизирующих излучений и астрофизическому приборостроению и может быть применено в различных областях науки и техники, использующих измерения и дозиметрию проникающей радиации, а также на объектах ядерной энергетики.

Цель изобретения повышение надежности и точности стабилизации сцинтилляционного спектрометрического детектора.

На фиг. 1 изображена схема стабилизированного сцинтилляционного спектрометрического детектора; на фиг. 2 схема одного из элементов детектора функциональной схемы сравнения.

В описании используются следующие сокращения:
С сцинтиллятор;
ФЭУ фотоэлектронный умножитель;
ИВН источник высокого напряжения;
УЭС усилитель электрического сигнала (спектрометрический усилитель);
КУ ФЭУ коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя.

Устройство содержит последовательно соединенные С 1, ФЭУ 2, УЭС 3, схему 4 сравнения, ИВН 5, светодиод 6 для подсветки фотокатода ФЭУ 2, генератор 7 импульсов тока (светодиод и генератор в совокупности представляют реперный источник световых импульсов), а также последовательно соединенные радиоактивный источник 8, С 9, ФЭУ 10, УЭС 11, схему 12 сравнения, ИВЕ ФЭУ 13, причем схема 12 сравнения соединена с генератором 7 импульсов тока, а светодиод 6 соединен оптической связью с фотокатодом ФЭУ 10, С 1 и 9 предназначены для детектирования квантов ионизирующего излучения за счет возникновения в них сцинтилляций (световых вспышек), соответствующих актам взаимодействия квантов излучения с веществом С. ФЭУ 2 и 10 предназначены для преобразования световых сигналов С 1 и 9 и реперного источника световых импульсов в электрические сигналы. УЭС 3 и 11 служат для усиления электрических сигналов ФЭУ 2 и 10 до величины, необходимой для работы схем 4 и 12 сравнения, которые формируют сигнал, пропорциональный разности амплитуд сигналов УЭС 3 и 11 и постоянных уровней. Помимо этой основной функции схема 12 сравнения служит для формирования сигнала, пропорционального разности амплитуд сигналов световых импульсов и сигналов, соответствующих вершине радиоактивного реперного пика. Генератор 7 импульсов тока служит для формирования импульсов тока, пропускаемых через светодиод 6, который предназначен для создания световых импульсов подсветки фотокатодов ФЭУ 2 и 10. Наконец, радиоактивный источник 8 используется для создания радиоактивного реперного пика, который является опорным для работы всего устройства.

На фиг. 2 представлена функциональная схема 12 сравнения. Она содержит компараторы сигналов УЭС 11-14, 15, 16. Каждому компаратору соответствует интенсиметр 17, 18 и 19. Затем следует усилитель 20. 21 двухпороговый компаратор сигналов световых импульсов, управляемый импульсами синхронизации с генератора импульсов тока. 22 усилитель этого сигнала управления генератором импульсов тока.

Компараторы 14 16 служат для создания окон дискриминации, в которых импульсы, поступающие с УЭС 11, разделяются по амплитуде. Интенсиметры 17 19 служат для преобразования частоты импульсов в уровень постоянного тока. Усилитель 20 формирует выходной сигнал управления ИВН 13. Компаратор 21 служит для выделения сигналов световых импульсов и сравнения их по амплитуде с постоянным сигналом, совпадающим с порогом компаратора 15, т.е. соответствующим вершине радиоактивного реперного пика. При наличии рассогласования компаратор 21 вырабатывает импульсы полярности, соответствующей знаку рассогласования. Усилитель 22 служит для формирования и усиления сигнала управления генератором 7 импульсов тока.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исследуемое излучение, падая на С 1, вызывает в нем сцинтилляции, регистрируемые, преобразуемые ФЭУ 2; после усиления УЭС 3 эти сигналы поступают на выход устройства для исследования. Если параметры измерительного тракта, в частности КУ ФЭУ 2, остаются постоянными, амплитуда выходных сигналов соответствует определенной энергии исследуемого излучения. Однако в силу подверженности ФЭУ 2 температурному влиянию, радиационному и механическому воздействию, старению и другим факторам КУ его меняется, и при отсутствии стабилизации появляется ложная информация об исследуемом излучении. Стабилизация осуществляется следующим образом. На фотокатод ФЭУ 2 подаются световые импульсы светодиода 6, сигналы этих импульсов после УЭС 3 сопоставляются с постоянными сигналом в схеме 4 сравнения, которая вырабатывает сигнал ошибки при отклонении амплитуды сигналов световых импульсов от заданного уровня, а сигнал ошибки управляет ИВН 5, который изменяет КУ ФЭУ 2, чтобы амплитуда сигналов световых импульсов вновь достигла заданного уровня. Однако в силу различных, указанных выше, причин амплитуда сигналов световых импульсов может изменяться и при постоянстве параметров измерительного тракта. Это приводит к нарушению работы устройства стабилизация КУ ФЭУ 2 становится невозможна. К тому же и при наличии стабилизации сигналы исследуемого излучения могут претерпевать изменение в С 1, параметры которого динамичны, а стабилизацией он не охвачен.

Стабилизация устройства в указанных выше случаях осуществляется следующим образом.

Световые импульсы светодиода 6 с помощью оптической связи одновременно подаются на фотокатод ФЭУ 10; на этот ФЭУ поступают также импульсы от радиоактивного источника 8 через С 9. После усилителя 11 сигналы световых импульсов выделяются на компараторе 21, управляемом импульсами синхронизации генератора 7 импульсов тока. Компаратор 21 находится в режиме готовности во время прохождения импульсов тока через светодиод 6. В остальное время компаратор 21 отключен импульсом синхронизации генератора 7 импульсов тока. Таким образом, на компараторе 21 выделенные сигналы световых импульсов сравниваются по амплитуде с постоянным уровнем напряжения. Это уровень соответствует порогу компаратора 15, на который настраивается вершина радиоактивного реперного пика. При наличии рассогласования компаратор 21 выдает импульсы, которые служат основой для формирования сигнала управления генератором 7 импульсов тока. Указанный сигнал предварительно преобразуется и усиливается на усилителе 22. Управляемый генератор 7 импульсов тока, изменяя ток в цепи светодиода 6, подстраивает амплитуду сигналов световых импульсов до необходимого уровня путем регулирования интенсивности последних. В результате амплитуда сигналов световых импульсов оказывается стабилизированной по радиоактивному реперному пику. Причем при изменении характеристик С 9 изменяется сигнал от радиоактивного источника 8, что вызывает изменение амплитуды сигналов световых импульсов. При этом изменяются аналогично характеристики С 1 (С 1 и 9 идентичны), а значит и сигналы исследуемого излучения. Но за счет изменения амплитуды сигналов световых импульсов изменяется КУ ФЭУ 2, а в результате уровень сигналов исследуемого излучения восстанавливается.

Для обеспечения высокой точности компарирования сигналов световых импульсов ФЭУ 10, УЭС 11 охвачены стабилизацией по радиоактивному реперному пику. С этой целью сигнал рассогласования, вырабатываемый схемой 12 сравнения, при отключении вершин радиоактивного реперного пика от постоянного уровня напряжения, совпадающего с порогом компаратора 15, после усиления на усилителе 20, управляет ИВН 13, который, в свою очередь, регулирует КУ ФЭУ 10. Сигнал рассогласования формируется как алгебраическая сумма постоянных токов интенсиметров 17-19, каждый из которых выдает постоянный ток, уровень которого пропорционален интенсивности (частоте) импульсов соответствующего компаратора 14-16. Когда сигналы, соответствующие по амплитуде вершине радиоактивного реперного пика (максимальная интенсивность), находятся на уровне компаратора 15, на общем выходе интенсиметров 17-19 получается нулевой сигнал. В противном случае имеется сигнал ошибки, который после усиления на усилителе 20 управляет КУ ФЭУ 10 чрез ИВН 13.

В описанном устройстве используется радиоактивный источник, содеpжащий 241 Am, C из NaI(Tl), ФЭУ 139 и фосфидогаллиевый светодиод ЗЛ102В. Оба С идентичны, т.е. выполнены из материалов, прошедших единый цикл обработки.

Изобретение относится к ядерной спектроскопии, ядерному и астрофизическому приборостроению и рассчитано на длительную автономную работу в условиях значительных изменений температуры окружающей среды. Цель - повышение надежности и стабильности работы спектрометра. Устройство состоит из спектрометрического сцинтилляционного детектора, имеющего систему стабилизации спектрометрического тракта по реперному источнику света, реперного источника света, радиоактивного источника, второго сцинтилляционного детектора со спектрометрической стабилизацией тракта по радиоактивному источнику, который находится в контакте со сцинтиллятором второго детектора, причем сцинтиллятор второго детектора, причем сцинтиллятор второго детектора идентичен сцинтиллятору первого. Устройство управления излучением реперного источника света состоит из схемы сравнения второго детектора и управляемого генератора электрических импульсов, подаваемых на реперный источник света. Поставленная цель достигается за счет того, что осуществляется автоматическая стабилизация реперного источника света по радиоактивному источнику, при этом учитывается изменение свойств сцинтиллятора при изменении температуры окружающей среды. 2 ил.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР, содержащий два сцинтилляционных спектрометрических канала регистрации излучения, причем первый канал регистрации излучения состоит из последовательно соединенных сцинтиллятора или радиатора черенковского излучения, фотоэлектронного умножителя, спектрометрического усилителя и устройства стабилизации спектрометрического тракта по реперному источнику света, второй канал регистрации состоит из последовательно соединенных сцинтиллятора, фотоэлектронного умножителя спектрометрического усилителя и блока высоковольтного питания фотоэлектронного умножителя, реперный источник света, находящийся в оптическом контакте со сцинтилляторами обоих каналов регистрации излучений, подключенный к генератору электрических импульсов, и радиоактивный источник излучения, находящийся в контакте со сцинтиллятором второго канала регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности стабилизации спектрометрического тракта, во второй канал регистрации введена схема сравнения, первый вход которой соединен с выходом спектрометрического усилителя второго тракта регистрации, а первый выход соединен с входом высоковольтного источника питания фотоэлектронного умножителя второго тракта регистрации, второй вход и второй выход соединены с генератором электрических импульсов, причем сцинтиллятор второго тракта регистрации идентичен сцинтиллятору первого тракта.