Сцинтилляционный блок детектирования Советский патент 1981 года по МПК G01T1/20 

1 . . , .

Изобретение относится к измерению, ионизирующих излучений, в частноети к быстродействующей амплитудной спектрометрии и может быть исиользо- вано при сцинтилляционном методе регистрации гамма- и рентгеновского излучения.

Известно устройст1во для формирования спектрометрического импульса в сцинтилляционном блоке детектирования использующее интегрирование импульсов анодного тока фотоэлектронного умножителя на RC-цепи, а фи/15ьагра цию импульсов сигнала от шума осуществлякщее дискриминацией импульсов по длительнс5сти. Данное устройство, позволяет производить дискриминадию импульсов по длительности и повышает отношение сигнал/шум на выходе спектрометрического тракта иJ

Однако при малой постоянной интегрирования происходит неполный сбор заряда, а увеличение постоянной времени анодной цепи ФЭУ приводит к увеличению длительности .проинтегрированных импульсов из-за наложений к искажению знергетического спектра. Кроме того, постоянная времени высвечива1ния детектора при пЬнижении температуры возрастает.

Известно устройство в котором за- . грузочная способность и сбор заряда увеличены, и применено ключевое формирование. Это устройство содержит детектор, ФЭУ, последний .диод которого соединен с, усилителем тока, дискриминатор нижнего уровня,ключ ИОднако время интегрирования импульса анодного тока одинаково для

10 импульсов как сигнала так и iiiyMa,noэтому возможны искажения энергетического спектра из-за регистрации непропорционально усиленных одноэлек- тронных .импульсов шума (флуктуациио

15 коэффициента усиления ФЭУ вызывают непропорциональное усиление отдельных одноэлектронных импульсов, делая значение их амплитуды сравнимым со средними приведенными значениями-ам20 плитуд многрэлектронных импульсов сигнала). При переводе ключа в высокоомное состояние (запирание ключа на фиксированный интервал времени) при наличии как полезного так и шумового импульса тока в анодной цепи ФЭУ при увеличении уровня шумов, например при воздействии отрицательной температуры, ограничивается загрузочная способность- из-за увеличения занятости спектрометрического тракта и ухудшается отношение сигнал/шум. Так как формирование спек трометрического импульса происходи на паразитной емкости и ключе, то прй большом динамическом диапазоне регистрируемых импульсов электронны ключ вносит выбросы напряжения в анодную нагрузку ФЭУ, что увеличив мертвое время спектрометрического тракта и искажает энергетический спектр. Влияние выбросов напряжени электронного ключа в анодной нагру ке ФЭУ становится особенно сущестBeHHkM при регистрации низкоэнерге тическрго мягкого гамма-т и рентгеновского излучения в диапазоне эне гии 5 т- 100 кэВ, когда амплитуда импульсов сигнала и шума сравнимы. От коротких шумовых импульсов i спектрометрическом тракте зарегист руется двойная информация (сам шумовой импульс и выброс напряжения электронного ключа, появляющийся в процессе ключевого формирования в конце фиксированного интервала вре мени при переводе KJH04a из высокоом ного в низкоомное состояние). Наиболее близким к изобретению по технической сущности является бл детектирования, в котором формирование спектрометрического импульса осуществляется на интегрирующей RC-цепочке, парамет1ял которой постоянны во времени, и на дифференцир ющей CR-цепочке, параметры которой измен5нотся во времени с помощью управляемого ключа. Тракт с таким фильтром, обеспечивает большее соотношение сигнал/шум, чем с филь ром, параметры которого постоянны во времени. Блок детектирования содержит последовательно соединенные детектор, ьшрокополосный токовый усилитель, интегрирующую цепочку, усилитель, линейный пропускатель, управляющий вход которого подключен через однонибратор и амплитудный дискриминатор к выходу широкополоеного токового усилителя, нормально замкнутый ключ, один из выводов которого соединен с землей l3j, Недостатками является то, что применение RC-цеоочки в качестве ин тегратора токового импульса с постоянными во времени параметрами тех чески не молет обеспечить постоянную интегрирования порядка единиц микросекунд, так как, при увели чении. емкости RC-цепочки (для увели чения сбора заряда) увеличивается постоянная разр5ада, возрастают наложения импульсов и искажается энер гетический спектр. Кроме того, время интегрирования импульса анодного тока одинаков как для импульсов сиг нала/ так и шума (происходит интегр рование в течение фиксированного интервала времени любого импульса, превышающего порог регистрации ампл тудного дискриминатора).возможны искажения энергетического спектра из-за регистрации непропорционально усиленных одноэлектронных импульсов шума,и ограничение загрузочной способности спектрометрического тракта (из-за занятости), что ухудшает соотношение сигнал/шум. Недостатком блока детектирования является также то, что на интегрирующей RC-цепочке фильтра постоянно накапливается заряд от токовых импульсов, так как нет быстрой цепи разряда после окончания импульса, что ограничивает загрузочную способность спектрометрического тракта и уменьшает соотношение сигнал/шум. Кроме того, токовые импульсы, амплитуда которых меньше порога регистрации амплитудного дискриминатора, дифференцируются CR-цепочкой фильтра (ключ отрыт),что приводит к появлению выбросов обратного знака. При высокой средней скорости света наложения на выброс обратного знака смещают пик амплитудного распределения в сторону меньших энергий (соотношение сигнал-шум падает). Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/шум и загрузочной способности спектрометрического тракта в блоке детектирования. Поставленная цель достигается тем, что в блок детектирования, содержащий последовательно соединенные детектор, широкополосный токовый усилитель, интегрирующую цепочку, усилитель, линейный пропускатель, управляющий вход которого подключен через одновибратор и амплитудный дискриминатор к выходу широкополосного токового усилителя, нормально замкнутый ключ, один из выводов которого соединен с землей, введены управляемый одновибратор, схема вьщеления заднего фронта, схема И,причем, выход амплитудного дискриминатора соединен со входами управляемого одновибратора и схемы вьщеления заднего фронта, выход последней соединен с первым входом схемы И, второй вход которой соединен с выходом одновибратора, а выход схемы И подключен к управлякяцему входу управляемого одновибратора, выход которого соединен соуправляющим входом ключа, второй вход которого; соединен с выходом интегрирующей цепочки, введение в блок детектирова- . ния управляемого одновибратора,схемы выделения заднего фронта, схемы И, а также подключение нормально замкнутого ключа параллельно конденсатору в интегрирующей цепочке позволяет производить анализ и дискриминацию импульсов по длительности и отфильтровывать короткие шумовые импульсы, что увеличивает отнсниеиие сигнал/шум и загрузочную способность

спектрометрического тракта в блбке детектирования на основе сцинтиляяционного счетчика,

На фиг. 1 изображена функциональная схема сцинтилляционного блока детектирования; на фиг. 2 - эпюры импульсов тока и напряжения для короткого шумового и сигнального импульсов.

Сцинтилляционный блок детектирования (см.фиг.1) состоит из соецпненных оптически детектора 1 и фотоэлектронного умножителя 2, после- довательно соединенных ишрокрполрсного токового усилителя 3, интёг-ритрующей цепочки 4, усилителя 5 и линейного пропускателя 6. Нормально замкнутый ключ 7 подключен параллельно конденсатору в интегрирующей цепочке. Управляющий вход ключа оедийен с выходом управляющего одновибратора 8. К выходу широкополосного токового усилителя подключен амплитудный дискриминатор 9, выполненный в виде триггера Шмитта. Выход амплитудного дискриминатора соеди.нен с .управляемым одновибратором 8, схемой выделения заднего; фронта 10, одновибратором 11, Одгним входом схемы И 12 является выход вьщеления заднего фронта, а вторым выход одновибратора. Выход схемй И является управляющим входом управляемого одновибратора 8. Выход одновибратора 11 соединен с управляемым входом линейного пропускателя.

На фиг. 2 изображены .эпюряд тока и напряжений в точках 13-15, 14,15

Устройство работает следующим образом.

При детектировании гамма- или рент геновского излучения детектором 1 на аноде ФЭУ 2 появляются импульсы тока, имеющие экспоненциальный спад, которые усиливаются широкополосным токовым усилителем 3.- Импульс тока fla и 2а, эпюры 13, фиг.2) поступает на вход с1мплитудного дискриминс1з:ора 9, выполненного в виде триггера ВЫитта. Еслиамплитуда передн€ го фронта импульса тока превышает Некоторый постоянный порог дискрими-нации 1д, эпюра 13, фиг.2), усТановленный в триггере .Вйлитта, то последний вырабатывает импульс, поступающий на входы одновибратора. 11, схемы вьшеления заднего фронта 10 и управляемого однОвибратора,8. Одновибратор 11 вырабатывает импульс с малой заданной длительностью |(отрезок tp.-t,) который закрывает линейный пропускатель б на этом промежутке времени. Управляемый одновибратор 8 вырабатывает импульс с большой заданной длительностью (отрезок который раз1иикает нормальнозамкнутый ключ 7 и на конденсаторе в интегрирующей цепочке 4 происходит сбор заряда токового импульса короткого шумового (1 а, эпюра 13, фиг.2) или длинного сигнального (2 а, эпюра 13, фиг. 2). Проинтегри,рованный импульс напряжения усиливается усилителем 5 и поступает на вход линейного пропускателя 6. Когда амплитуда заднего фронта экспоненциального токового импульса становится меньше уровня регистрации амплитудного дискриминатора 9, то последний устанавливается в исход0ное состояние (в момент времени t для короткого шумового импульса, или в момент времени tj для длинного сигнального импульса). По заднему фронту входного импульса дискриминатора

5

9схема выделения заднего фронта

10вырабатывает импульс, поступающий на первый вход схемы И 12, на второй вход которой подается импульс с выхода одновибратора 11. Эти импульсы совпадают во времени для коротко0го шумового импульса, поэтому на выходе схемы И 12 появляется импульс, который поступает на.управляющий вход управляемого одновибратора 8 и последний устанавливается в исходное

5 состояние, прекращая подачу импульса на управляющий вход .ключа 7.Ключ

7 переходит в нормально замкнутое состояние. Конденсатор в интегрирующей цепочке 4 разряжается. Сформи0рованный короткий импульс напряжения

(1 б, эпюра 14, фиг.2) не пропускается линейным пропускателем 6 на выход блока детектирования. Для длинного сигнального импульса схема вы5деления заднего фронта 10 вырабаты-вает импульс (в момент времени tj), который не совпадает во времени с импульсом одновибратора-11 на входах И 12.Поэтому на в лходе схемы И . 12 отсутствует импульс и управляемый

0 одновибратор 8 генерирует импульс с большой заданной длительностью

(tp-t.). По окончании действия импульса запрета одновибратора 11 (в

момент tj) линейный пропускатель 6

5 открывается и сформированный импульс на конденсаторе в интегрирующей цепочке 4 (26, эпюра 14, фиг.2) поступает на выход блокадетектирования (2 в, эпюра IS, фиг. 2). По окончании

0 . действия импульса управляемого одно.вибратора 8 ключ 7 переходит в нормально замкнутое состояние, разряжая конденсатор в интегрирукицей цепочке за короткое время (отрезок у).

5 Сформированный импульс имеет крутые передний и задний фронты (2 в, эпюра 15, фиг.2). , .

Применение в сцинтилЛяционном блоке детектирования анализа и дис0криминации выходных импульсов сцинтилляционного счетчика по длительности совместно с ключевым формированием спектрометрических импульсов позволяет при высокой загрузочной способности увеличить в 1,5-2 раза

5