Спектрометр энергий заряженных частиц Советский патент 1983 года по МПК G01T1/36 

Изобретение относится к измерению ядерных излучений и рентгеновских лучей и может быть использовано в кос1«ических исследованиях для измерения энергетичеЬких распределени заряженных частиц средней энергии.

Известны сцинтилляционные энергетические спектрометры потоков заряженных частиц, в космическом пространстве, характеризующихся монотонным характером энергетический распределений и отсутствием четко выделенных линий. Они содержат фотоэлекронные умножители, подходящие сцинт.илляторы, усилители и амплитудные анализаторы .

Такие спектрометры обладают дос таточной чувствительностью к заряженным частицам и позволяют определить характер распределений в значительном диапазоне энергий. Однако сцинтиляционные спектрометры заряженных частиц обладают высокой чувствительностью к видимому и ультрафиолетовому излучениям Солнца, что затрудняет их использование на космических аппаратах. Для защиты Ьт этих излучений сцинтиллятор приходится покрывать металлизированной светонепроницаемой пленкой, толщина которойможет составить 0,3 мг/см и более. Этому значению рголщины соответствует пробег протонов с энегией около 100 кэВ, что и определяе энергетический порог чувствительности прибора, т.е. минимальное значение энергии, которое может быть измерено. Практически лороговое значение окдзывается еще более высоким из-за малой конверсионной эффективности сцинтиллятора при детектировании заряженных частиц с энергией порядка десятков килоэлектронвольт.

Наиболее близЬл к предлагаемому: спектромет)р энергий заряженных частиц с монотонным энергетическим распределением, содержащий полупроводниковый детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор Сз J

Тако;й спектрометр по сравнению ссцинтилляционным спектрометром .мене чувствителен к видимому и ультрафиолетовому излучениям и обладает линейной характеристикой преобразования энергия - амплитУда сигнала., из-за чего суижеи энергетический порог чувствительности. Однако этот важнейший параметр по-прежнему оказывается высоким, что является зна-г чительным недостатком такой аппаратуры .

Количественно энергетический порог чувствительности определяют соотношением

с йй

мин , .

где 6g - средний квадратический шум ППД.

При этом частота шумойых импульсов (флуктуационных выбросов), амплитуда которых превосходит , не превышает 1 имп/с.Для типичного зна1ения egy, кэВ, р,„ 40-60 кэВ. Используемое в ряде спектрометров, устанавливаемых на космических аппаратах, пассивное охлаждение ППД, т.е. соединение детектора.с хладопроводом, связанным с конструкциями космического аппарата, находящимися . в тени,, хотя-И достаточно сложно, позволяет снизить значение Ед,кн всего до 25-30 кэВ..

Цель изобретения - снижение энергетического порога чувствительности.

указанная цель достигается тем, что в спектрометр энергий заряженных частиц содержащий соединенные последовательно полупроводни совый детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор, введены дег те.ктор электронов с микроканальными пластинами и коллектором, источник ускоряющегО напряжения, второй импульсный усилитель, узел временного отбора. Вход микроканальных пластин де.тектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения, коллектор-- свходом второго импульского усилителя, выход которого и второй выход первого, импульсного усилителя - со входами устройства врё,енного отбора, а выход этого узла соединен, с входом управ.ления амплитудного анализатора. . .

На чертеже дана структурная схеа предлагаемого спектрометраэнергий заряженных частиц.

Спектрометр содержит полупроводниковый детектор 1, импульсные усиители 2 и 3, амплитудный анализатор 4, устройство 5 временного отбора, детектор 6. электронов с микроканальными пластинами и коллектором 7 и источник 8 ускоряющего напряжения. . Спектрометр работает следующим образом. Когда заряженная частица попадает в полупроводниковый детектор .1, на его выходе развивается сигнал, амплитуда которого пропорциоНсшьна энергий частицы (энергии, переданной чувствительному объему детектора). Кроме того, поверхность ППД 1 под действием этой- заряженной частицы эмиттирует вторичные электроны. Из кремния под действием ионов с .энергией Е более 3 кэВ вылетает по крайней мере несколько таких вторичных электронов и число их растет с энергией f . Вторичные электроны ускоряются полем, созданным источником 8 напряжения, попадают в микро канальные пластины б ц вызывают появление сигнала в цепи коллектора 7. Импульсы с ППД усиливаются усилителем 2, а импульсы детектора электронов - усилителем 3,.и устройством

5 временного отбора выделяются случаи одновременного срабатывання обоих детекторов. игнсш с выхода устройства временного отбора разрешает проведение ангшиэа импульса . ППД ёшплитудным анализатором 4. Если же сигнсш на выходе ППД ,1 обусловлен шумом детектора, он не сопровождается сигналом в цепи коллектора 7,устройство временного отбора 5 не срабатывает, и такой импульс из анализа устройством 4 исключается.

Такое построение спектрометра позволяет существенно снизить энергетический порог чувствительности при.уменьшении частоты фоновых импульсов.

Если в спектрометре использован усилитель 2 с постоянной времени формирования Рф 1 МКС, то интегральная частота шумовых импульсов f JJ, al/2Jf 1,6-10 5 имп/с. При энергетическом пороге Ец,ёц, частота импульсов, ампл 1туда которых превыf пор W xHHTL J с шает порог t и, - U,4iT.., - Z,O

xio имп/с, где 0,2 - значение интегральной функции ошибок, когда аргумент равен единице. Частота фоновых сигналов детектора электронов с микроканальнюли плас.тингиъ1и дэ не превышает 10 имп/с. Частота слу.чайных совпадений, т.е . фоновых импульсов в измерительном канале спектрометра «ф 2Т;р Пд 3 f , при Ср j ,05 имп/с.

0

Следовательно, в предлагаемом спектрометре -по сравнению с прототипом энергетический порог чувствительности снижен в .6 раз при уменьшении, частоты фоиовызс сигнгшов на порядок.

5

ж

Практическое применение предлагаемого спектрометра позволит Получить больший объе|и| научной информа- . ции (в частности, представляю&ше большой научный интерес при. магнито0сферных исследованиях участка спектров заряженных частиц от нескольких кэВ до 30 кэВ) практически без увеличения стоимости эксперимента.

СПЕКТРОМЕТР ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий соединенные последовательно полупроводниковый детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор, отличающийся тем, что, с целью снижения знергетического порога чувствительности, в него введены детектор электронов с микроканальныкш пластинами и коллектором, источник ускоряющего напряжения, второй импульсный усилитель, узел временного отбора, при этом вход микрокангшьных пластин .детектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения, коллектор - с входом второго импульсного усилителя, выход которого и второй выход первог9 импульсного усилителя соединены с входами устройства .временного отбора, а выход этосл го узла - с входом -управления амплитудного анализатора. с гъ-/ - кк.чт( « ГТ ю г 00