DE3129431C2 - Einrichtung zum gleichzeitigen Messen von α- und β-Strahlen mit einem im β-Plateau betriebenen Proportionalzählrohr, einem linearen Vorverstärker und zwei Impulshöhendiskriminatoren - Google Patents

Abstract

Die von einem Zählrohr (3) gelieferte Impulsrate wird im Vorverstärker (5) linear verstärkt. In einem darauffolgenden Tiefpaß (6) wird das Rauschen vermindert und in Verbindung mit den Teilen (4 und 5) die Impulslänge begrenzt. Sodann wird in einem logarithmischen Verstärker (7) die Impulsdynamik reduziert. Die dabei erfolgende Aufweitung des Rauschspektrums wird in einem weiteren Tiefpaß (8), vermindert. Das Impulssignal wird dann zwei Schwellwertdiskriminatoren (9, 10) geringen Dynamikumfanges zugeführt, denen eine Auswertestufe (13) bekannter Art folgt, welche getrennte α- und β-Raten liefert.

Description

Der Vorstärker (5) ist mit einer Nullinienrestaurierung versehen,

auf den Vorverstärker folgt ein erster Tiefpaß

das Ausgangssignal des ersten Tiefpasses wird einem Verstärker (7) mit i.ichtlinearer Übertragungskennlinie zugeführt, welcher eine höhere Grenzfrequenz aufweist als der Vorverstärker mit dem ersten Tiefpaß zusammen und welcher niedrigere Impulssignale höher verstärkt als Impulssignale mit großer Amplitude,
das dadurch komprimierte Signal wird in einem zweiten Tiefpaß (8) einer erneuten Frequenzbandbegrenzung unterworfen,
das Ausgangssignal des zweiten Tiefpasses wird den zwei Impulshöhendiskriminatoren (9, 10) zugeführt, deren Dynamikbereich kleiner ist als der Dynamikbereich des unmittelbar auf das Proportionalzählrohr (3) folgenden Vorverstärkers.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gleichzeitigen Messen von λ- und 0-Strahlen mit einem im /3-Plateau betriebenen Proportionalzählrohr und einem linearen Vorverstärker, über den ein aus dem Zählrohrsignal abgeleitetes Signal zwei Impulshöhendiskriminatoren zugeführt wird, an deren Ausgänge elektronische Auswerteglieder angeschlossen sind.

Eine solche Einrichtung ist aus dem Buch »Strahlenschutzmeßtechnik« von Kiefer und Maushart, Karlsruhe 1964, S. 366 und 367 bekannt. Dort ist bereits angegeben, daß wegen der sehr unterschiedlichen Impulshöhen, die sich bis zum Faktor 10³ unterscheiden können, besonders übersteuerungsfeste Verstärker notwendig sind. Das bedeutet aber, daß im nachgeschalteten Impulshöhendiskriminator eine Vielzahl von ^-Impulsen gerade noch im Bereich der Rausch- und Detektionsschwelle liegen und sich der Detektionsvorgang bei sehr niedrigen, im Millivoltbereich liegenden Spannungen abspielt. Die Genauigkeit der Diskriminierung ist daher von Haus aus relativ gering.

Sodann sind Impulshöhendiskriminatoren für einen so großen Dynamikbereich hinsichtlich ihrer Konstanz, Schnelligkeit und Übersteuerungsfestigkeit in der Praxis nur schwer zu realisieren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit Impulshöhendiskriminatoren geringeren Dynamikbereiches genauere Messungen von /J-Teilchen niedriger Energie liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches angegebenen Ausbildung.

Die Verwendung eines logarithmischen Verstärkers zur Verringerung des Dynamikbereiches in einem Kernstrahlungsmeßgerät, nämlich einem Flüssigkeits-Szintillationsspektrometer mit /^-Detektoren, ist aus der DE-AS 12 99 772 an sich bekannt. Der nicht-lineare Verstärker mit logarithmischem Übertragungsverhalten ist dabei zwei Impulshöhendiskriminatoren vorausgeschaltet. Die mit der Einfügung eines solchen Verstärkers verbundenen und weiter unten angesprochenen Probleme der nachteiligen Erhöhung der Rauschleistung und der Impulsverlängerung werden dort jedoch nicht angesprochen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung und

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion dieser Einrichtung.

Gemäß F i g. 1 ist eine Hochspannungsquelle 1 über einen Arbeitswiderstand 2 an einem Proportionalzählrohr 3 angeschlossen. Dieses ist von bekannter und beliebiger Art Die Hochspannung ist dabei so gewählt, daß das Proportionalzählrohr im jJ-Plateau arbeitet, so daß 0-Teilchen sicher gemessen werden können.

Das Proportionalzählrohr 3 ist über einen Kondensator 4 an einen linearen Vorverstärker 5 angeschlossen. Dieser hat einen für diesen Zweck erforderlichen hohen Dynaniikbereich von beispielsweise 70 dB. Im Hinblick auf das übernächste Glied ist der Vorverstärker 5 mit einer sogenannten Nullinienrestaurierung versehen. Diese bewirkt, daß in den Pausen zwischen den eintreffenden Impulsen stets die Nullinie wieder erreicht wird. Diese Methode ist bei Verstärkern dieser Art an sich bekannt. Sie besteht im wesentlichen aus einem Vergleich der Ausgangsspannung der in solchen Verstärkern verwendeten Operationsverstärker mit einem vorgegebenen Nullpotential in den Impulspausen. Stimmen beide Spannungen nicht überein, so wird über einen Regelkreis beispielsweise die Offsetspannung des Operationsverstärkers so verändert, daß am Ausgang des Verstärkers wieder Null erscheint.

Auf der Vorverstärker 5 folgt ein Tiefpaß 6. Dieser hat eine Bandbreite von etwa 4,6 MHz. Er hat die Aufgabe, den Rauschanteil zu vermindern. Im Hinblick auf die darauffolgende Stufe hat der Tiefpaß 6 in Verbindung mit dem Kondensator 4 und dem Vorverstärker 5, die zusammen einen Hochpaß darstellen, weiterhin die Aufgabe der Impulsformung. Der auf diese Weise gebildete Bandpaß bewirkt eine Impulsverkürzung.

Auf den Tiefpaß 6 folgt ein logarithmischer Verstärker 7. Durch ihn wird der Eingangsdynamikbereich von ca. 70 dB auf etwa 15 dB am Ausgang komprimiert. Seine Grenzfrequenz liegt wesentlich höher als die Grenzfrequenz des Vorverstärkers 5 und des Tiefpasses 6 zusammen, im Ausführungsbeispiel bei ca. 25 MHz. Gemäß der Eigenart des logarithmischen Verstärkers 7 werden niedrige Impulssignale höher verstärkt als Impulssignale mit großer Amplitude.

Auf· den logarithmischen Verstärker 7 folgt ein zweiter Tiefpaß 8. Letzterer hat eine Grenzfrequenz von etwa 4,5 MHz. Es läßt sich nun nachweisen, daß der logarithmische Verstärker 7 eine spektrale Aufweitung des Rauschspektrums bewirkt. Durch den zweiten Tiefpaß 8 wird daher die Rauschleistung des Systems weiter verringert. Die Anordnung läßt sich dabei so treffen, daß zwar die Nutzimpulse durch den zweiten

Tiefpaß ungeschwächt hindurchgelangen, die erwähnte Rauschleistung jedoch verringert wird. Im Endeffekt ergibt sich eine Verringerung des Rauschens des gesamten Systems.

Auf den zweiten Tiefpaß 8 folgen zwei Schwellenwertdiskriminatoren 9 und 10. Infolge der Dynamikkompression im logarithmischen Verstärker 7 haben diese Diskriminatoren nur einen entsprechend geringen Dynamikumfang. Die Schwelle des Schwellsnwertdiskriminators 9 liegt relativ niedrig, so daß die λ + /Ϊ-Rate ι ο erfaßt wird. Die Schwelle des Schwellenwertdiskriminators 10 liegt hingegen wesentlich höher. Dadurch werden die α-Teilchen allein erfaßt Demgemäß liefert die Verbindung 11 die λ + 0-Rate, während die Verbindung 12 allein die «-Rate liefert Beide Impulsra- is ten werden einer. Auswertestufe 13 zugeführt Diese ist bekannter und üblicher Art und wird deswegen nicht weiter erläutert Sie besteht im wesentlichen aus einer Rechenschaltung, die aus den beiden Impulsraten die ]9-Rate_%aIlein und die α-Rate ermittelt Beide Impulsraten können dann in beliebiger, gleichzeitiger Weise zur Anzeige gebracht werden.

In Fig.2 sind die Detektionsverhältnisse grafisch dargestellt Auf der Abszisse ist dabei die Zeit f, auf der Ordinate die am Ausgang des logarithmischen Verstärkers stehende Spannung U\_og angegeben. Wie ersichtlich, spielt sich der ganze Detektionsvorgang in einem Spannungsbereich zwischen 0 und 0,6 V ab. Das effektive Eigenrauschen des Systems beträgt etwa 10 mV. Daher wird die Schwelle 9' im gezeigten Beispiel auf etwa 50 mV gelegt und hat damit genügend Abstand zu den Rauschsignalen. Die Schwelle 10' hingegen wird auf etwa 350 mV gelegt Die Kurve 14 zeigt den Impuls, den ein ^-Teilchen auslösen würde, während die Kurve 15 den Impuls von einem α-Teilchen zeigt Wie ersichtlich, läßt sich durch die Erfindung eine relativ einfache und sichere Trennung beider Teilchenarten bewirken.

Nach der vorstehenden Beschreibung der einzelnen Funktionsbausteine ist die Arbeitsweise der Einrichtung nach der Erfindung leicht erkennbar und wird nachstehend nur kurz skizziert

Die von dem Proportionalzählrohr 3 gelieferte Impulsrate wird im Vorverstärker 5 in üblicher Weise um ein erforderliches Maß verstärkt Im Tiefpaß 6 wird das Eigenrauschen um einen zulässigen Betrag vermindert gleichzeitig wird durch die Kombination des Kondensators 4, des Vorverstärkers 5 und des Tiefpasses 6 die Impulslänge begrenzt Im logarithmischen Verstärker 7 wird der Dynamikbereich der Impulse auf einen leicht handhabbaren Wert komprimiert Die dabei entstehende Aufweitung des Rauschspektrums wird im zweiten Tiefpaß 8 wieder reduziert Im Ergebnis werden an die beiden Impulshöhendiskriminatoren 9 und 10 Impulse geliefert die nur noch einen geringen Dynamikumfang haben und gleichzeitig einen erhöhten Abstand zum Rauschuntergrund besitzen.

Hierzu 1 B'att Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum gleichzeitigen Messen von α- und ^-Strahlen mit einem im 0-Plateau betriebenen Proportionalzählrohr und einem linearen Vorverstärker, über den ein aus dem Zählrohrsignal abgeleitetes Signal zwei Impulshöhendiskriminatoren zugeführt wird, an deren Ausgänge elektronische Auswerteglieder angeschlossen sind, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale: