RU9070U1 - Электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения - Google Patents

Abstract

Электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения, содержащий электролюминесцентный газонаполененный детектор с фокусирующей системой, на противоположных торцах вакуумплотного корпуса которого в направлении распространения излучения расположены входное и выходное окна, фотоэлектронный преобразователь, оптически соединенный с выходным окном детектора и электрически соединенный с системой обработки сигнала, включающий последовательно соединенные зарядочувствительный усилитель и усилитель-формирователь, отличающийся тем, что в систему обработки сигнала дополнительно введены последовательно соединенные устройства измерения длительности фронта нарастания импульса и дискриминатор с регулируемыми нижним и верхним порогами, причем вход устройства измерения длительности фронта нарастания импульса подключен к выходу зарядочувствительного усилителя, а выход дискриминатора соединен с усилителем-формирователем.

Description

Предлагаемая полезная нодель относится к устройстван для преобразования и регистраиии ионизирумадего излучения например, мягкого рентгеновского излучения, в инпульсы напряжения, используютцим злектролюминесиенцию находящихся в электростатическом поле инертных газов с последуюгаей регистрацией образовавшихся световых импульсов методами,традрщионными для сиинтилляиионных детекторов.В состав такого преобразователя входят электролюминесцентный газонаполненный детектор и Фотоэлектронный преобразователь -Предлагаемый блок детектирования может быть использован для исследования источников излучения и материалов методами как структурного, так и спектрального анализаИзвестно, что энергетическое разрешение при использовании 3лектролюминесцентного газонаполненного детектора в качестве первичного преобразователя ионизирующего излучения существенно лучше не только в сравнении с традиционными сцинтилляционными детекторами, использующими твердотельный первичный преобразователь, но и в сравнении с газовыми пропорциональными счетчикамиОднако,достигнутое при таком преобразовании высокое энергетическое разрешение зависит от энергии регистрируемого кванта излучения и относительно ухудшается при ее возрастании из-за увеличения фона слева от анализируемой линии в спектре амплитудного распределения- Таким образом с увеличением энергии излучения,регистрируемого электролюминесцентным детектором, ухудшается соотношение сигнал/Фон( пик/долина)/1/.

Возможность уменьшения зависимости соотношения сигнал/Фон и энергетического разрешения от энергии регистрируемого излучения при использовании электролюминесцентного детектора в спектральном анализе показана на примере лабораторной установки, содержашей электролюминесцентный газонаполненный детектор. Фотоэлектронный умножитель и систему обработки сигнала-В вакуумплотном корпусе детектора с прозрачным для регистрируемого излучения входным окном размешены два сетчатых электро да, разделяющих об-ъем детектора на область поглощения и область электролюминесценцииНа противоположной входному окну стенке корпуса расположёно выходное окно, прозрачное для возникающего в области электролюминесценции светового излучения. Детектор снабжен средствами для

непрерывной проточной очистки напалн5иотцето его газа-Систеиа обработки сигнала содержит предусилитель основной усилитель и цифровой анализатор анплитуды импульсов выполненный на базе оригинального транспортируеного РС-АТ и включающий процессор локального цифрового сигнала с быстродействующим 12-битным аналого-циФровым преобразователем.В начале и конце обработки сигнала система, подключается к главному конпьнзтеру-В этой установке осуществляется анализ длительности анплитуды регистрируемых импульсов и на его основании выделяются импульсы образовавшиеся в результате поглощения квантов излучения в области поглощения электролюминесцентного детектора.Полученный в результате такой обработки спектр амплитудного распределения имеет улучщенное соотношение сигнал/Фон во всем диапазоне регистрируемых знергий/1/. Однако использование такой установки в промышленных условиях в приборах спектрального и структурного Фазового анализа предназначенных для решения более узкого круга задач не только нерационально но часто и невозможно из-за конструктивных требований, предъявляемых к детектирующим устройствам такими приборамиНаиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является электролюминесцентный блок детектирования содержащий злектролюминесцентный газонаполненный детектор с Фокусирующей системой на противоположных торцах вакуумплотного корпуса которого в направлении распространения излучения расположены входное и выходное окна Фотоэлектронный преобразователь выполненный в виде фотоэлектронного умножителя ФЭЦ) оптически соединенный с выходным окном детектора и электрически соединенный с системой обработки сигнала включающей последовательно соединенные зарядочувствительный усилитель и усилитель-формировательВ этом блоке детектирования вакуумплотный цилиндрический корпус детектора заполнен рабсчик газом Ке) и герметизированВ системе обработки сигнала каждый импульс тока поступающий с выхода ФЭУ усиливается и преобразуется в прямоугольные нормированные по форме импульсы напряжения амплитуда которых пропорциональна интегралу (по времени) входного тока т-а-энергии регистрируемых квантов излученияБлок детектирования заключен в кожух на которой расположены разъемы цепей питания и сигнальный коаксиальный разъем-Габариты и вес такого блока детектирования удовлетворяют условиям которые предъявляют к нему конструктивные требования промышленно используемых приборов для структурного и спектрального анализа/2/Однако из-за ухудшения соотношения сигнал/Фон с возрастанием энергии регистрируемого излучения что приводит к уменьшению чувствительности анализа такой блок детектирования не может использоваться например в приборах для определения никроколичеств веществ с широким энергетическим спектром изу1ученияПредлагаеная полезная модель решает задачу улучшения соотношения сигнал/Фон пик/долина) во Есек диапазоне регистрируемых электролюкинесцентнык блоком детектирования энергий излученияОсуществление предложенного технического решения позволяет зфФективно использовать электролнзнинесцентный ёлок детектирования в приборах для структурного и спектрального анализа источников ионизирующего излучения Поставленную задачу решает предлагаемый электролюнинесцентный блок детектирования ионизирующего излучения содержащий электролюминесцентный газонаполненный детектор с Фокусирующей системой, на противоположных торцах вакуумплотного корпуса которого в направлении распространения излучения расположены входное и выходное окна фотоэлектронный преобразователь,оптически соединенный о выходным окном детектора и электрически соединенный с системой обработки сигнала включающей последовательно соединенные зарядочувствительный усклиталь и усилитель-Формирователь в которую дополнительно введены последовательно соединенные устройство измерения длительности Фронта нарастания импульса и дискриминатор о регулируемыми нижним и верхним временными порогаки, причем вход устройства измерения длительности Фронта нарастания импульса подключен к выходу зарядочувствительного усилителя,а выход дискриминатора соединен с усилителем-ФормирователемВ отличие от наиболее близкого аналога,в предлагаемом блоке детектирования в систему обработки дополнительно введены последовательно соединенные устройство измерения длительности Фронта нарастания импульса и дискриминатор с регулируемыми нижним и верхним временными порогами, причем вход устройства измерения длительности Фронта нарастания импульса подключен к выходу зарядочувствительного усилителя, а выход дискриминатора соединен о усилителем-Формирователем На фиг- схематически показан электролюминесцентный блок детектирования мягкого рентгеновского излучения в качестве одного из вариантов осуществления предлагаемой полезной моделиЭлектролюминесцентный блок детектирования, изображенный на фиг., содержит электро -иоминеоиентный детектор 1 в вакуумплотном цилиндрическом герметизированном корпусе 2,оптически соединенный с ним фотоумножитель(ФЭУ) 3, электрически соединенный с системой 4 обработки сигнала- На торцах корпуса 2 расположены плоское входное окно 5 из бериллия Be), прозрачное для регистрируемого излучения,и плоское выходное окно 6 из кристал лического Mgrl ,обладающее малым поглощением в области вакуумного ультрафиолетаКорпус 21 наполненный чистым ксеноном Хе)jразделен электродами 7 и 8fвыполненными в виде плоских сеток на две области : область 9 поглощения и область Ю электролюминесценции- В области 9 поглощения разиетцена Фокусирующая система 11 , выполненная в виде цилиндрического электрода-Система 4 обработки сигнала содержит зарядочувствительный усилитель (34U) 12 устройство 13 измерения длительности Фронта нарастания импульса(ИДфН)дискриминатор 14 с регулируемыми нижним и верхним временными порогами и усилитель-Формирователь (УФИ) 15. Выход фЭи 3 подключен ко входу ЗЧи 12«первый выход которого соединен со входом УФИ 15 а второй выход подключен ко входу ИДФН 13, выход которого подключен ко входу дискриминатора 14 выход которого соединен с УфИ 15- Блок детектирования заключен в кожух, на котором расположены раз-ъем цепей питания и сигнальный рсоаксиальный paoTjeM на Фиг- не показаны)-Выход УФИ 15 соединен с сигнальным разтэемомЭлектролюминесцентный блок детектирования,изображенный на фиг-,работает следующим образок-Под воздействием рентгеновского излучения5попадающего в детектор 1 через входное окно 5,в области 9 поглощения образуются свободные электроны,которые дрейфуют к области 10 электролюминесценции в электростатическом поле между входным окном 5 и электродом 7.При этом общее число образовавщихся электронов несет информацию об энергии рентгеновского кванта-Электростатическое поле Фокусирующего электрода 11 по мере дрейфа концентрирует образовавшиеся электроны в малой области на оси детектора 1-В области 10 под действием электростатического поля между электродами 7 и 8 возникает электролюминесценция газа с излучением квантов света в ультрафиолетовом диапазоне длин волн- Через выходное окно 6 свет попадает на плоский фотокатод ФЭУ где преобразуется в импульсы тока,амплитуда которых пропорциональна энергии кванта рентгеновского излученияПри энергиях излучения выше Ю кэБ образование свободных электронов происходит не только в области 9,но и в области 1О,а также в области между электродом 7 и выходным окном 6- Однако,интенсивность возникающей при этом электролюминесценции меньще и импульс короче,чем для квантов,поглощенных в области 9-Кроме того, под воздействием такого излучения возникает Флуоресцентное излучение электродов 7 и 8-Поскольку в ФЭУ 3 преобразуются все выходящее из детектора 1 излучение, в амплитудном спектре на выходе блока детектирования амплитуда Фона слева от анализируемой линии может увеличиться «а, следовательно может ухудщиться соотнощение сигнал/фон- Это соотнощение также может ухудщиться при попадании в детектор 1 например излучения космического происхождения,которое вносит вклад в увеличение амплитуды Фона при этом Фронт нарастания импульса,как правило, длиннее, чем для рентгеновского

кванта поглощенного в области 9. Чтоёы скомпенсировать влияние этих негативных процессов на соотношение сигнал/Фон в амплитудном спектре на выходе блока детектирования в системе 4 обработки сигнала производится коррекция спектра регистрируеных импульсов

Система 4 обработки сигнала работает следующим образом. С выхода фЭи 3 импульсы тока подаются на вход ЗЧУ 12 в которой усиливаются и преобразуются в импульсы напряжения- С выхода ЗЧи 12 импульсы напряжения поступают на входы ИДФН 13 и УФИ 15Импульсы напряжения преобразуется в УФИ 15 в нормированные по Форне импульсы напряжения амплитуда которых пропорциональна интегралу (по времени) тока на входе ЗЧУ 12- В ИДФН 13 измеряется время нарастания переднего Фронта поступившего с выхода ЗЧУ 12 импульса на уровнях 0,1 - О,9 от максимума амплитуды. Полученная информация поступает в дискриминатор 14 где сравнивается с заданными значениями минимальной и максимальной длительности Фронта нарастания.В случае непопадания измеренного в ИДФН 13 времени в заданный интервал,импульс напряжения на интеграторе УФИ 15 обнуляется и не поступает на выход блока детектирования.

Значения минимальной и максимальной длительности Фронта нарастания определены экспериментально и зависят от энергии регистрируемого излучения.Поэтому для обеспечения возможности регистрации излучения в широком диапазоне энергий в дискриминаторе 14 осуществляется регулировка нижнего и верхнего порогов с помошью переменных резисторов(на показаны).

Система 4 обработки сигнала ножет быть вьзполнены известными средствами,описанными,например,в /3/.

Таким образом,в предлагаемом блоке детектирования осуществляется коррекция спектра регистрируемых импульсов,обеспечивая улучшение соотношения сигнал/Фон в амплитудном спектре регистрируемого излучения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1.P.C.P.S.Simoes,J.M.F.dos Santos and C-A.M.Conde, X-Ray Spectrometry,vol.26,1997,pp.182-188.

2.D.A.Goganov,A.A.SchTjl ts,

Mater-Sci.Forum,vo1s 79-82,1991,pp-395-39S.

3.A.П-Цитович.Ядерная радиоэлектроника. Изд.Наука,М.,1967.

Claims (1)

1. Электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения, содержащий электролюминесцентный газонаполененный детектор с фокусирующей системой, на противоположных торцах вакуумплотного корпуса которого в направлении распространения излучения расположены входное и выходное окна, фотоэлектронный преобразователь, оптически соединенный с выходным окном детектора и электрически соединенный с системой обработки сигнала, включающий последовательно соединенные зарядочувствительный усилитель и усилитель-формирователь, отличающийся тем, что в систему обработки сигнала дополнительно введены последовательно соединенные устройства измерения длительности фронта нарастания импульса и дискриминатор с регулируемыми нижним и верхним порогами, причем вход устройства измерения длительности фронта нарастания импульса подключен к выходу зарядочувствительного усилителя, а выход дискриминатора соединен с усилителем-формирователем.