Устройство для регистрации ионизирующего излучения Советский патент 1984 года по МПК G01T1/172 

Oi

оа Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики. Известны устройства регистрацииионизирующих излучений, работающие в счетном режиме ij. Известно устройство f2 J для ре гистрации ионизирующего излучения, содержащее детектор и последовательно соединенные линейный формирователь-интегратор и дискриминатор верхнего уровня. Помехоустойчивость известного устройства определяется величиной скорости счета импульсов шума Пщ на выходе устройства при заданном пороге регистрации Е в отсутствие регистрируемого излучения. В известном устройстве помехоустойчивость , прежде всего к собственным ( внутренниг1 ) шумам, создаваемым детектором и форг1ирователеминтегратором, предопределена услоВИЯГ.1И, которые накладываются на цепи формирования сигнала для обеспечения стабильности порога регистрации относительно изменений временных параметров сигнала детектора. Эти условия сводятся к формированию сигнала в соответствии с неравенством д где f эквивалентная постоянная времени формирователя-интегратора;Т. - длительность импульсов тока детектора. Но с ростом постоянной времени t увеличивается обычно наиболее значительная по мощности составляющая шума устройства, именуемая параллельным шумом. Так, в формирователя-интегратора с одной дифференцирующей и одной интегрирующей НС-цепочками с одинаковыми постоянными времени и при выполнении условия полного сбора заряда иглпульса тока детектора эта составляющая выражается уравнением Рде 6 - среднёквадратическое значение приведенного к энер гии параллельного шума; т - коэффициент пропорциональ ности, устанавливающий связь среднеквадратическо го шума и энергии час- тицы Е регистрируемого излучения.создающей на выходе детектора зарядовый сигнал равный среднекв.адратич ркрму зарядному шуму Б ти по ро (Рк ни в шу гд яв те мы то ко сп пр ко за ст 6 ре пу та из .расчетное сопротиа-ление, равноценное по величине тепловых шумов, выносимых током базы (затвора ) транзистора, подсоединенного к детектору, температурозaвиcи 1ым током самого детектора и тепловым шумом резисторов, включенных между выходом детектора и нулевой цепью устройства;постоянная Больцмана; . абсолютная Tef/шература. авнении (2) м К| -5- т с К ... ля отыскания помехЪустойчивосстройства следует определить ый среднеквадратический шум 6 среднёквадратическое значение приведенного к энергии последовательного шума, вышеупомянутом случае, в котоимеет место уравнение (2), поьку различные формирования сравют часто с формированием ом случае, - последовательный 6, описывается в виде у 4RrR 6 KgC|- C Ел расчетное сопротивление, равноценное по величине тепловых шумов дробовому шуму коллекторного тока транзистора (или тока канала полевого транзистора), подсоединенного к детектору; ciC « лагае№-лг1И суммарной емкости С ются С - выходная емкость деора; Cgjj- выходная емкость схеC(.g - емкость цепи связи детеки схемы; С/ - монтажная емь детектора и схемы. вьтражении (h ajsKl KTR уммирование шуглов в виде (3) ведливо для тех многочисленных енений устройств регистрации, а можно пренебречь взаимной симостью -источников шума устрой, oтoбpaжae ыx составляющими И бу. .... а выходе известного устройства страции развивается поток имсов шума, средняя скорость счеоторых может быть определена ледующей эависи юсти: А где -g количество импульсов шума в единицу време ни, соответствующее величине порога А - независящий от f бе размерный коэфЛитт.иен Зависимость (. ; неоднозначнг отн сительно постоянной времени Г . Однако для; реальных ее величин скорость счета импульсов шума п сростом L только увеличивается вследствие преобладающего влияния экспоненциального сомножителя, а в последнем - составляющей шума Т Таким образом, в известном устройстве регистрации приходится решать противоречивое требование: для повышения стабильности порога регистрации необходимо увеличивать постоянную времени Т формирователяинтегратора, а для повышения помехоустойчивости, наоборот, умень;чать. Недостатки известного устройства, содержащего формирователь-ин тегратор с постоянной времени г согласно неравенству (I), проявляются, в частности, при использовании детекторов излучения, формирующих импульсов тока сравнительно большой длительности. Такими dлeдует считать, например, пропорциональные (сцинтилляцйонные, полупро водниковие и др.) детекторы, у которых преобладяпщая доля энергии одиночного сигнального импульса тока заключена не на участке имйул са, соответствующем фронту нараста ния, а на временном интервале в пр делах импульса, длительность которого намного больше длительности фронта, т.е. спектральная плотност одиночного сигнального импульса тока этих детекторов существенно неравномерна в сравнении с спектральной плотностью белого шума в выходной цепи детекторов. Если устройство работает в усло виях повышенных температур, приводящих к резкому возрастанию шума, то упомянутый недостаток будет сказываться еще сильнее. В случае регистрации низкоэнер.гетических излучений, характеризую щихся малыми отношениями энергии к порогу регистрации, приходится поступаться эффективностью регистр ции для сохранения требуемой помех , устойчивости в устройстве, Целью изобретения является повы шение помехоустойчивости без сниже ния стабильности порога и эффектив ности регистрации. Цель достигается тем, что, в устройство дополнительно введены линейнь1й формирователь укороченных импульсов, дискриминатор нижнего уровня и схема совпадений, при эт. выход детектора соединен с входом формирователя укороченных импульсов, один из выходов которого соединен с входом формирователя-интегратора, а другой выход - с входом дискриминатора нижнего уровня, и выходы обоих дискриминаторов - с входами схемы совпадений. На фиг. 1 изображена структурная схема описываемого устройства. Устройство содержит детектор излучения 1, линейный формирователь укороченных импульсов 2, импульсный линейный формирователь-интегратор 3, дискриминатор верхнего уровня 4, дискриминатор нижнего уровня 5 и схему совпадений б. На фиг. 2 представлен дифференциальный аппаратурный спектр 7 источника регистрируемого излучения -в виде зависимости количества поступающих в рабочую область детектора частиц за единицу времени от их энергии. Кривые 8 и 9 - приведенные к энергии зависимости потоков шумов выбросов в каналах дискриминаторов соответственно нижнего и верхнего уровней. Энергетические уровни 10-11 соответствуют порогам pefHCTрации Е в каналах дискриминатороз 5 и 4. При поступлении на детектор 1 регистрируемого излучения на выходах дискриминаторов 5, 4 схемы совпадений 6 будут -развиваться потоки импульсов, соответственно равные шб ш.сое потоки импульсов сигнала, соответствующие областям спектра излучения с энергией частип Е Е ц Е g; потоки импульсов шума на йыходах, соответственно, дискриминаторов 5, 4 схемы совпадений б. Сигнальный поток импульсов п g на выходе устройства определяется порогом регистрации Е в канале дискриминатора верхнего уровня 4, который является также порогом уст- . ройства по сигналу. Сигнальный поток иглпульсов дп . имеется только на выходе дискриминатора нижнего уровня 5. Величина этого потока соответствует нестабильности порога регистрации дискриминатора ,5.. Шумовые потоки импульсов в каждом канале п описываются зависимостями, анало1 ичньп 1и рас смотренной (5) в прототипе, Среднеквадратические uryriH 6н потока шумовых выбросов 8 (см. фиг в канале нижнего уровня потока 9 в канале верхнего уровня можно пред ставить в виде выражения (З): S,5, в 6в В-1 6 где6„,и 6ц2 составляющие параллельного и последовательного шума в канале нижнего уровня; составляющие параллель ного и последовательно го шума в канале верхнего уровня. В каждом из потоков п и Пщд будут присутствовать две группы импульсов, йоответствущ.дих выбросам обеих составляющих шуиа. Одна из отличительных особеннос тей предлагаемого устройства состоит в различии эквивалентных постоян ных време ни f формирователя 2 и формирователя 3 . Совместное рассмотрение этого неравенства и уравнений (2), () применительно к каждомуканалу дае соотногления В результате канал нижнего уровня оказывается значительно помехоустойчивее канала верхнего уровня отно сительно выбросов, создаваемых источниками параллельного шума, в канал верхнего уровня - намного помехоустойчивее канала нижнего уровня относительно выбросов, создаваем1ч1х источниками последовательного шума. Сопоставление уровней (т) и (8) с учетом соотношений (12), (13) показывает, что сигнальный поток импульсов в известном и предлагаемом устройствах одинаковый по величине, а шумовые потоки импульсов существенно разнятся . . г5то означает, что помехоустойчивость к полному собственному /внутреннему ) шуму в предлагаемом устройстве намного выше помехоустойчивости известного устройства при заданном пороге регистрации ионизирующего излучения. Повышение помехоустойчивости достигается без снижения стабильности порога и эффективности регистрации. Указанные достоинства предлагаемого устройства будут и в отношении к внешним шумам, помехам, у которых спектральная плотность по выходу детектора отличается от спектральной плотности одиночного сигнального импульса, тока детекторл.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРА'П.ИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО 1'ЗЛУЧЕНИЯ, содержа-•I'lee детектор и последовательно сое- • диненные импульсный линейный формирователь-интегратор и дискриминатор верхнего уровня, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости без сни- же'ния стабильности порога и эффективности регистрации, в него дополнительно введены линейный формирователь укороченных импульсов, дискриминатор нижнего уровня и схема совпадения, при этом выход детектора соединен с входом формирователя укороченных импульсов, один из выходов которого соединен с входом ,формирователя-интегратора, а дру- 'гой выход - с входом дискриминатора -нижнего уровня, и выходы обоих' дискриминаторов соединены с входами схем совпадения.(Л С

.ffae/fff/ff VOffffi/tf