Позиционно-чувствительный детектор Советский патент 1983 года по МПК G01T5/02 

Предлагаемое устройство: относит ся к области измерения ионизирующих излучений и может быть использовано в частности, в угловых и массо-заря довых спектрометрах заряженных частиц, в энергетических спектрометрах ультрафиолетового и мягкого рен геновского излучения, в визуализирующих детекторах электромагнитного излучения для определения распределения координат мест попадания ча тиц или квантов на поверхность детектора. Известны позиционно-чувствительные детекторы, содержащие микрокана ные пластины и коллектор, состоящий из двух взаимно перпендикулярных систем параллельных проволочек (сеток ). К проволочкам подсоединены предусилители, сигналы с выхода которых поступают на устройства обработки, выделяющие позиционную инфор мацию (1 . Номер проволоки, на кото рую попадает центр пучка электронов вылетающих из микроканальной пласти ны, соответствует коду координаты попадания частицы или кванта на вхо ную поверхность детектора. Такой детектор позволяет получить позицио ное разрешение, близкое к диаметру канала микроканальной пластины. Однако он содержит больц ой объем элек ронного оборудования. либо нескольк сотен усилителей, либо несколько де сятков усилителей и коммутаторы, а также каскады выделения максимума сигнала. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является позиционно-чувствительный детектор, содержащий по крайней мере одну микроканальную пластину (МКП), коллектор, установленный на -расстоянии, достаточном для расшире ния пучка электронов, вылетающих из пластин, с диаметром, близким к диаметру микроканальной пластины, и содержащий систему проводящих электродов, усилители сигналов с электродов и устройство формирования координатных сигналов 2. Коллектор детектора состоит из .четырех секторов (квадрантов). Заря ды с каждого сектора усиливаются автономными предусилителями, а сигналы с выходов предусилителей посту пают на устройство для вычисления отношения амплитуд сигналов JUx.-vr , 1 где Uy г сигналы от правых и левых секторов , ( с;игналы от верхних и нижних секторов; - общий сигнал. Для одномерного случая, когда распределение плотности заряда по профилю пучка равномерно, радиус пучка Р и центр пучка смещен на величину X относительно линии раздела г секторов, отношение заряда, собранного на одном из элементов, к суммарному заряду равно: t()f- arccos(x/f J /J;4y -(x/R)2/j7(x/R) Приведенная функциональная зависимость позволяет вычислить координату X по измеренному отношению сигналов X , Аналогично определяются координаты и в двухмерном варианте устройства. Основной недостаток устройства сложность преобразования отношения сигналов в координату, что принуждает для получения представления о пространственной распределении событий использовать дополнительную обработку накопленных данных и либо вводить специальное вычислительное устройство, либо применять для этой цели универсальную ЭВМ. Практически распределение заряда в пучке отличается от равномерного (близкого к двухмерному нормальному) и связь координат с отношением зарядов описывается еще более сложным выражением. Цель изобретения - получение линейной характеристики позиционного преобразования в самом устройстве ( при котором измеренные и истинные координаты связаны линейными соотношениями )и, как следствие, упрощение обработки экспериментальных данных (в частн-ости отказ от использования ЭВМ ). Указанная цель достигается тем, что в позиционно-чувствительном детекторе , содержащем по крайней мере одну микроканальную пластину (мкп), коллектор, установленный на расстоянии, достаточном для расширения пучка электронов, вылетающих из пластины, с диаметром, близким к диаметру микроканальной пластины, усилителя сигналов с электродов и устройство формирования координатных сигналов, система проводящих электродов выполнена в виде равной площади кругов или правильных выпуклых многоугольников с числом углов не менее шести, изолированных друг от друга и размещенных в одной плоскости, параллельной МКП, с минимальными зазорами так, что центр одного из электродов совпадает с осью МКП, а остальные расположены вокруг него по крайней мере двумя концентрическими кольцами. Выходы усилителей сигналов с электродов соединены с входами устройства формирования координатных сигналов через резисторы,сопротивления кЪторых обратно пропорциональны координатам X и центра соответствующего электр да, отсчитанным от точки пересечения центрального электрода с осью МК Предлагаемая конфигурация электро дов определяется тем, что как показывают расчеты, наилучшие результаты получаются при использовании электродов, oблaлaюt иx центральной симметрией по возможно большему числ направлений. Это обеспечивает максимальную плотность упаковки электродо в коллекторной системе и минимальную погрешность вычисления координатных сигналов. Поэтому в устройстве использованы электроды круглой или гек сагональной формы..Максимальная плотность упаковки достигается, когда электроды на плоскости образуют гексагональный рисунок, один электрод располагается в центре коллектор ной системы соосно с МКП, следующая группа из шести электродов размещена кольцом вокруг центрального, а следующая группа из двенадцати - кольцо окружает первую группу. Указанное число (19 ) электродов обеспечивает нелинейность около 2%. Добавление следующего кольца позволяет уменьшит это значение примерно на 0,4%, но при этом возрастает объем электронного оборудования в детекторе. На чертеже дана структурная схема предлагаемого позициоино-чувствитель ного детектора. Поз иционно-чувствительный детекто содержит одну или две микроканальных пластины 1, коллектор 2, состоящий из металлизированных элементов, нанесенных на изолированную пластину, предусилителей 3, число которых равно числу элементов коллектора, резисторы связи 4 с координатными входами устройства 5 для формирования координатных сигналов и резисторы связи б с входом общего сигнала этого устройства. Устройство работает следующим образом. Сигналы с каждого элемента коллектора 2 усиливаются своими предусилителями 3 и через резисторы 4 с сопротивлениями, обратно пропорциональными координате центра соответствующего элемента по осям х и у суммируются На входах (J ,U, Uy , Uv( устройства 5. Через резисторы б сигналы с выходов всех предусилителей 3 суммируются в равных долях на входе U устройства 5. Устройство 5 определяет отношение амплитуд сигналов (J,-U.ljU и . первая величина пропорциональна координате X а вторая - координате у . Это устройство исключает зависимость координатных сигналов от разброса коэффициента усиления заряда в микроканальной пластине для данного события. Число элементов коллектора N определяется как N 1 + 3П {h +1), где п ,2,3,... В реальной конструкции детектора с (т.е. h 2) необходимо использовать всего тридцать резисторов 4, связывающих выходы предусилителей 3 с входами ycT-i ройств 5. В таблице приведены соотношения сопротивлений этих резисторов для цепей соответств ющих элементов коллектора.

Моделирование такого детектора ка, и расчеты, проведенные на ЭВМ М-бООО, ным показали, что для электронного пуч- 5 ( описываемого двухмерным нормальраспределением с параметром 6-О,7R радиус каждого элемента ), нелинейность позиционного преобразования составляет около 1,5% в пределах поля зрения диаметром 6R и окло 4% в пределах 7R.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство вырабатывает координатные сигналы, с Достаточной точностью пропорциональные координате места попадания частицы или кванта на йходную поверхность детектора, что позволяет

получать представление о пространст венном распределении событий непосредственно не прибегая к .последущей обработке накопленнЕэК . Это дает возможность исключить из аппаратуры специализированное вычислительное-устройство или не прибегать к помощи универсальных ЭВМ, упрнэщает выполнение и удешевляет аппаратуру с использованием позиционно-чувствительного детектора.