Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики, к сцинтилляционным детекторам ионизирующего излучения, и предназначено для регистрации импульсного ионизирующего излучения в условиях медленно изменяющегося фона.
Известны устройства для регистрации одного вида излучения (например, нейтронов) на фоне другого вида (например, гамма-излучения), состоящие из двух сцинтилляционных детекторов, один из которых регистрирует один вид фонового излучения, гамма-излучения, а другой - суммарное излучение. Разность сигналов этих детекторов пропорциональна интенсивности одного вида излучения (в данном случае - потоку нейтронов).
В известном устройстве используются два ФЭУ, относительный коэффициент усиления которых не должен изменяться, что выполнить сложно (температурные уходы, нестабильность коэффициента усиления), кроме того, необходим подбор их чувствительности для получения полной компенсации фонового сигнала.
ФЭУ работают все время в активном состоянии, и поэтому возможна их перегрузка от фонового импульса.
Известно устройство для регистрации ионизирующего излучения, содержащее фотоэлектронный умножитель с управляющим электродом, усилитель, блок регистрации (управляющий электрод ФЭУ соединен с одним выходом блока управления), дифференцирующую цепочку на выходе ФЭУ, подключенную через усилитель к блоку регистрации. Перед приходом исследуемого импульсного излучения блок управления переводит ФЭУ в открытое состояние. Сигнал от фонового излучения (которое является постоянным во время импульсного излучения) и исследуемого излучения разделяется на выходе ФЭУ с помощью соответствующей дифференцирующей цепочки.
Для измерения параметров излучения (амплитуды и длительности) необходимо выбирать дифференцирующую цепочку с постоянной времени, прерывающей, по крайней мере, на один порядок длительность исследуемого импульса. С другой стороны, если величина сигнала сравнима с величиной импульсного сигнала или превышает его, то в момент отпирания ФЭУ от фонового измерения на выходе ФЭУ наблюдается ступенька, величина которой может превышать величину сигнала. Чтобы избавиться от этой ступеньки с помощью дифференцирующей цепочки, необходимо открыть ФЭУ за 3-5 постоянных времени дифференцирования до прихода исследуемого импульса, что превышает в ≈ 50 раз длительность исследуемого импульса.
Цель изобретения - сократить мертвое время и повысить стабильность характеристик устройства.
Это достигается тем, что в устройство введены ключевой элемент, схема сравнения, элемент задержки, запоминающий элемент и регулирующий элемент, вход которого соединен с ФЭУ, а выход - с блоком регистрации и через усилитель с ключевым элементом, выход которого соединен через схему сравнения с запоминающим элементом, подключенным к управляющему входу регулирующего элемента, причем управляющий вход ключевого элемента через элемент задержки соединен со вторым выходом блока управления.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для регистрации ионизирующего излучения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
Сцинтиллятор 1 преобразует поток ионизирующего излучения в световой поток. Фотоумножитель (ФЭУ) 2 имеет светочувствительный катод 3, который преобразует поток света в поток электронов и последовательность динодов 4, которые усиливают поток электронов. Импульсы собираются на аноде 5, который через резистор 6 соединен с землей. Кроме того, ФЭУ имеет управляющий электрод 7, который через конденсатор 8 соединен с блоком управления 9. Питание ФЭУ осуществляется от высоковольтного источника питания 10 через делитель напряжения 11. Конденсаторы 12 шунтируют соответствующие резисторы 11 делителя напряжения для стабилизации междинодных напряжений при приходе импульса управления с выхода блока 9. Анод ФЭУ соединен с входом регулирующего элемента 13, с выхода которого снимается выходной сигнал, который поступает на вход блока регистрации 14 и на вход усилителя 15. Выход усилителя соединен с входом ключевого элемента 16, выход которого соединен со схемой сравнения 17, а управляющий вход через элемент задержки 18 - с вторым выходом блока управления. Выход схемы сравнения через запоминающий элемент 19 соединен с управляющим входом регулирующего элемента.
Предлагаемое устройство для регистрации ионизирующего излучения работает следующим образом.
Принимаемое излучение (фиг. 2, а) состоит из двух составляющих: Ф(t) - фоновое излучение и C(t) - исследуемый импульс.
На выходе ФЭУ 2 не будет сигнала до тех пор, пока синхронизирующий импульс не поступит на вход блока управления 9. Импульс управления переводит ФЭУ в открытое состояние и с его анода снимается импульс (фиг. 2, г), который состоит из прямоугольного импульса f(t), соответствующего фоновому излучению Ф(t) и импульса A(t), который соответствует измеряемому импульсу излучения C(t) и сдвинут относительно начала прямоугольного импульса f(t) на время to, соответствующее задержке импульса излучения относительно синхронизирующего сигнала.
Сигнал с анода поступает в регулирующий элемент, на выходе которого напряжение поддерживается постоянным независимо от изменения входного напряжения, сопротивления нагрузки, параметров схемы путем сравнения со стабильным опорным напряжением Uоп.
Изменение напряжения на выходе регулирующего элемента, вызванное сигналом с анода, усиливается в усилителе 15 и поступает в схему сравнения 17. При этом выходной сигнал схемы сравнения вызывает такое изменение напряжения на управляющем входе регулирующего элемента (фиг. 2, д ), при котором выходное напряжение регулирующего элемента восстанавливается за время t1 ≅ t0 (фиг. 2, д ).
Для предотвращения искажения регистрируемого импульса A(t) цепь управления регулирующим элементом перед приходом импульса A(t) размыкается ключевым элементом 16 при поступлении на его вход импульса управления U(t), задержанного в элементе задержки 18 на время t1≅ 2≅ t0. Напряжение на управляющем входе регулирующего элемента (фиг. 2, д) поддерживается запоминающим элементом 19 на уровне, соответствующем моменту размыкания цепи в течение всего времени действия управляющего импульса U(t) на входе ключевого элемента. После окончания действия управляющего импульса цепь управления регулирующим элементом замыкается и выходное напряжение регулирующего элемента восстанавливается с величиной опорного напряжения Uоп. Импульс напряжения (фиг. 2, е), соответствующий сигналу с анода, с выхода регулирующего элемента поступает в блок регистрации 14.
Предлагаемое устройство позволяет получить практически полную компенсацию фона за время значительно меньшее длительности регистрируемых импульсов без искажения формы регистрируемого импульса. (56) Современная ядерная электроника. Под ред. В. Маталина. М. : 1974, с. 286, 287.
Патент США N 2951941, кл. 250-71.5, опубликовано 06.09.60.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее усилитель, блок регистрации, сцинтиллятор, и фотоумножитель (ФЭУ), управляющий электрод которого соединен с одним выходом блока управления, отличающееся тем, что, с целью сокращения мертвого времени и повышения стабильности характеристик устройства, в него введены ключевой элемент, схема сравнения, элемент задержки, запоминающий элемент и регулирующий элемент, вход которого соединен с ФЭУ, а выход - с блоком регистрации и через усилитель с ключевым элементом, выход которого соединен через схему сравнения с запоминающим элементом, подключенным к управляющему входу регулирующего элемента, причем управляющий вход ключевого элемента через элемент задержки соединен со вторым выходом блока управления.
