<Desc/Clms Page number 1>
Elektronische Schaltungsanordnung für einen Einkanalimpulshöhenanalysator
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
monoton zeitveränderlichen Spannung und benutzt das Zeitintervall von Signalimpulsbeginn bis zur Er- reichung einer Gleichheit dieser beiden Werte als Mass für die Impulsamplitude. Bekanntestes Beispiel ist hier wohl der sehr verbreitete Mehrkanalanalysator von Hutchinson und Scarrott.
Diese bekannten Schaltungsanordnungen haben aber noch erhebliche Nachteile. Die Analysatoren der ersten Gruppe bedingen einen hohen Schaltungsaufwand, insbesondere durch die Notwendigkeit der Be- nutzung einer Antikoinzidenzstufe. Durch die endlichen Impulsanstiegs-und-abfallzeiten ergeben sich bei dieser Antikoinzidenzstufe Schwierigkeiten wegen des endlichen Zeitintervalls zwischen Impuls und
Vetoimpuls, zumal dieses Zeitintervall mit der Impulsgestalt und vor allem mit der Impulsamplitude variiert. Die Strahlablenkanalysatoren der zweiten Gruppe benötigen bisher nicht-kommerzielle Spezial-
Strahlablenkröhren, soweit es sich nicht um das Graukeilprinzip handelt.
Die einwandfreien Lösungen solcher Fragen, wie sekundäre Emission der Strahlstrom-Kollektoren, Strahlfokussierung, Messung der nur kleinen Kollektorladungen usw., lassen diese Anordnungen daher technisch sehr kompliziert erscheinen.
So ist z. B. jedem Kollektor des Glenn'schen Analysators eine aus Verstärker. Diskriminator und Scaler bestehende Einheit nachgeschaltet. Anderseits erfordert z. B. der Analysator nach Porter und Borkowski ein sehr schnelles Zähl- bzw. Speichersystem. Der Graukeil-Analysator benötigt zusätzlich eine Impuls- dehnerstufe usw.
Die Analysatoren der dritten Gruppe sind die elektronisch relativ aufwendigsten, denn sie benötigen unter anderem ebenfalls einen Impulsdehner und ein kompliziertes Speichersystem, wie ja ganz allge- mein für die Simultan-oder die Mehrkanalanalysatoren der Schaltungsaufwand fast durchweg höher ist als bei Einkanalanalysatoren. Dieser Aufwand geht in Preis, Geräte ab messungen und Grad der Störanfällig- keit nachteilig ein.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einkanalanalysator zu schaffen, der funktionsmässig zwischen den
Analysatoren mit Spannungsdiskriminatoren und den Analysatoren mit Jmpulsspannungs-Längen-Transfor- mation steht, seinem Aufbau nach sehr einfach ist und sich in Kombination mit gleichartigen Bausteinen zum Zusammensetzen eines Mehrkanalanalysators eignet.
Erfindungsgemäss ist die elektronische. Schaltungsanordnung gekennzeichnet durch eine Elektronen- strahlröhre mit einem scharfen Maximum der Anodenstrom-Strahlablenkspannungs-Kennlinie bei ei- nem Potential der Strahlablenkelektrode, das gleich dem Potential der zweiten, potentialmässig fest- gelegten Strahlablenkelektrode ist, sowie durch einen nachgeschalteten, an sich bekannten Diskrimi- nator, der dafür sorgt, dass nur Ausgangsimpulse der Elektronenstrahlröhre einer Mindestamplitude zur Re- gistrierung gelangen.
An Hand der Zeichnungen wird an einem Ausführungsbeispiel der Gegenstand der Erfindung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 Prinzipschaltbild, Fig. 2 Anodenimpulsamplitude als Funktion der Signalimpuls-Gipfelbreite bzw. der Elektronenstrahl-Verweilzeit in der Anodenblendenöffnung (Messwerte erhalten mit einer Anordnung nach Fig. 1 und annähernd Rechteckimpulsen von grössenordnungsmässig 10 V und Impulsflan- kensteilheiten von etwa 200 V/ps), Fig. 3 Elektronenstrahl- Verweilzeit in der Anodenblendenöffnung als Funktion der Signalimpulsamplitude (schematisch), Fig. 4 Anodenimpulsgrösse als Funktion der Si- gnaIimpulsgrösse (schematisch), Fig. 5 Cs'-137-Spektrogramm, aufgenommen mit einer Anordnung nach Fig.
1 als Beispiel für eine Untersuchung der Verteilung von elektrischen Impulshöhen, Fig. 6 Rückstreudickenmessungen von Eisenblech (Cs-137 als Strahler) als Beispiel für eine selektive Registrierung einer definierten Impulshöhe ; Messpunkte aufgenommen mit einer Anordnung nach Fig. 1 : drei Messrei - hen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einkanalanalysatorschaltung wird verwirklicht unter Verwendung einer Elektronenstrahlröhre 1, die derart beschaffen ist, dass vermittels einer Anodenblende 2 ein Anodenstrom in dieser Röhre nur dann fliesst, wenn zwei Strahlablenkelektroden 3 und 4 der Röhre nach Massgabe der Fertigungstoleranzen der Röhrenteile gleiches Potential besitzen. Die AnodenstromStrahlablenkspannungs-Kennlinie weist bei dieser Röhre ein scharfes Maximum auf, u. zw. für ein solches Potential der Strahlablenkelektrode 3, das gleich dem Potential der zweiten, potentialmässig festliegenden Strahlablenkelektrode 4 ist.
Führt man die zu analysierenden und zunächst als rechteckig betrachteten Signalimpulse über den Eingang E der Schaltung der Strahlablenkelektrode 3 zu, so erhält man dann Impulse an der Anode 5, wenn die Eingangsimpulse in ihrem Potential dem Potential der zweiten, potentialmässig festliegenden Strahlablenkelektrode 4 nach Massgabe z. B. der Spaltbreite der Anodenblende 2 gleichkommen. Der Betrag der Anodenimpulsamplitude hängtgemäss der Verweilzeit des Elektronenstrahles in der Blendenöffnung von der Länge der Rechteckimpulse ab. Dieser letztere Zusammenhang ist in dem mit Fig. 2 bezeichneten Diagramm dargestellt.
Aus dieser in Fig. 2 wiedergegebenen starken Ab-
<Desc/Clms Page number 3>
hängigkeit der an der Anode 5 entstehenden Anodenimpulsamplitude von der Verweilzeit des Elektronenstrahles in der Öffnung der Blende 2 ergibt sich, dass gemäss der Ansprechschwelle des gewünschten, der Anode 5 nachgeschalteten elektronischen Gerätes, z. B. Impulsdichtemessers, für Einzelimpulse von diesem nur solche rechteckförmigen. an E ankommenden Signalimpulse registriert werden, die innerhalb eines durch den geometrischen Aufbau der Röhre 1 mitbestimmten, definierten Amplitudenintervalls (Analysierkanal) liegen und eine wesentlich durch den Ansprechpegel des der Anode 5 nachgeschalteten Gerätes festgelegte zeitliche Mindestlänge besitzen.
Für Impulse, etwa aus Szintillationsmessköpfen, mit schnellem Anstieg und langsamere, quasi-exponentiellem Abfall erhält man Verweilzeiten innerhalb der Anodenblendenöffnung, die in ihrer Abhängigkeit von der Signalimpulsgrösse in Fig. 3 durch die ausgezogene Linie dargestellt sind. Unterhalb der Mindestimpulsgrösse B kann der Elektronenstrahl in Röhre 1 durch die Ablenkelektrode 3 bei gegebener fester Vorspannung von Ablenkelektrode 4 überhaupt nicht bis in die Öffnung der Blende 2 geführt werden ; die Verweilzeit in dieser Öffnung ist also Null. NachErreichen derjenigen SignalimpulsgröBe, die zum Punkt B gehört, wächst die Verweilzeit in der Blendenöffnung wegen der Abplattung der aus beispielsweise einem Szintillationsmesskopf stammenden Impulse zunächst rasch an.
Erreichen die Signalimpulse solche Gipfelpotentiale, dass der Elektronenstrahl gemäss der Ablenkwirkung der Elektrode 3 eben gerade den auf der Seite dieser Elektrode 3 gelegenen Rand der Blende 2 trifft, so verweilt der Elektronenstrahl bei weiterer Steigerung der Signalimpulshöhe nunmehr pro Signalimpuls zweimal in der Anodenblendenöffnung, nämlich bei seinem Hin- und bei seinem Rückgang. Es entstehen somit auch zwei zeitlich getrennte Impulse an der Anode 5. Für den bereits erwähnten nachfolgenden Ansprechpegel ist nunmehr nur derjenige dieser beiden Ausgangsimpulse an 5 von Interesse, der zu der grösseren Verweilzeit des Strahles in der Öffnung von Blende 2 gehört.
Dies ist aber derjenige Ausgangsimpuls an der Anode 5, der zur Rückflanke des (Szintillations-) Signalimpulses gehört, denn die Rückflanke von Szintillationsimpulsenist, zeitlich betrachtet, weniger steil als die Vorderflanke. Aus diesen Darlegungen ergibt sich, dass in dem durch C gekennzeichneten Abszissenwert des Diagramms Fig. 3 die effektive Verweilzeit des Elektronenstrahles in der Öffnung von Blende 2 unstetig auf einen Wert herabgeht, der grösser oder gleich der Hälfte der grösstmöglichen Verweilzeit ist, die der gegebenen Impulsform entspricht. Bei weiterer Steigerung der Signalimpulshöhe nimmt die Verweilzeit gemäss der angenommenen Impulsform monoton ab. Der weiter oben der Einfachheit halber zunächst diskutierte Fall der rechteckförmigen Signalimpulse ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt.
Die Erklärung dieses gestrichelten Verlaufs ergibt sich ohne weiteres aus der Anwendung der soeben beschriebenen Verhältnisse für Szintillationsimpulse auf den Fall der Rechteckimpulse. Unter Heranziehung des Verlaufs von Fig. 2 lässt sich aus der Darstellung von Fig. 3 der Parameter der Verweilzeit eliminieren. Fig. 4 zeigt qualitativ den auf diese einfache Weise gewonnenen Zusammenhang zwischen der Höhe der an der Anode 5 entstehenden Impulse und der Signalimpulsgrösse. Dabei gehören Bunde wieder zu solchen Signalimpulsgrössen, für welche der Strahl eben gerade auf die Ränder der Öffnung von Blende 2 trifft. Die Höhe eines Diskriminatorniveaus, welches die Anodenimpulse angenommenerweise noch zu übersteigen hätte, würde also die Breite des Analysierkanals für Nicht-Rechtecksignalimpulse wesentlich mitbestimmen.
Wie man sich an Hand von Fig. 4 verdeutlicht, kann also durch Einschalten eines z. B. bekannten Impulshöhendiskriminators zwischen den Anodenausgang der Strahlablenkröhre und den z. B. sich bei A anschliessenden Impulsdichtmesser die Breite des Analysierkanals in weiten Grenzen geändert werden, indem der mit 10 bezeichnete Pegel des in Fig. 1 durch 6 gekennzeichneten, grundsätzlich bereits bekannten Impulshöhendiskriminators z. B. mittels der Potentiometer 7 und/oder 8 verschoben wird. Die resultierende Kanalbreite ist durch 11 dargestellt. Mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wurde z. B. das in Fig. 5 wiedergegebene Cs-137-Spektrogramm aufgenommen.
Bei diesem Beispiel für eine Registrierung der Verteilung von elek- tischen Impulshöhen wurde das Spektrum der Signalimpulse, das im vorliegenden Falle aus einem Szintillationsmesskopf mit NaJ (Tl)-Szintillationskristall herrührte, spannungsverstärkt und dem in Fig. 1 mit E bezeichneten Eingang der Schaltung zugeführt. Der Verstärkungsgrad des (nicht gezeichneten) Proportionalverstärkers wurde zeitlich linear verändert. Der Registrierpapiervorschub des mit dem (nicht gezeichneten) Impulsdichtemesser gekoppelten Schreibers war zeitlich konstant. Der Impulsdichtemesser wurde an Punkt A der in Fig. 1 dargestellten Schaltung angeschlossen.
Zum Abtasten einer Impulshöhenverteilung mit Hilfe der erfindungsgemässen Schaltung besteht ausser dem bei der Aufnahme des Cs-137-Spektrogramms von Fig. 5 verwirklichten Falle der zeitlich veränder- lichen Verstärkung und des potentialmässig festliegenden Kanals grundsätzlich noch die Möglichkeit, bei konstanter Verstärkung den Analysierkanal potentialmässig mittels Potentiometer 9 zu verschieben.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
ge aufgenommen. Damit ist die Verwendbarkeit des erfindungsgemässen Einkanalanalysators auch für solche Anwendungsfälle, wie sie die Gamma-Rückstreudickenmessung darstellt, bewiesen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektronische Schaltungsanordnung für einen Einkanalimpulshöhenanalysator zur Untersuchung der Verteilung von elektrischen Impulshöhen sowie zur selektiven Registrierung definierter Impulshöhen, insbesondere der Höhen von Impulsen aus Kernstrahlungsdetektoren, gekennzeichnet durch eine Elektronenstrahlröhre mit einem scharfen Maximum der Anodenstrom-Strahlablenkspannungs-Kennlinie bei einem Potential der Strahlablenkelektrode (3), das gleich dem Potential der zweiten, potentialmässig iestgelegten Strahlablenkelektrode (4) ist, sowie durch einen nachgeschalteten an sich bekannten Diskriminator, der dafür sorgt, dass nur Ausgangsimpulse der Elektronenstrahlröhre (7) einer Mindestamplitude zur Registrierung gelangen.