SU873176A1 - Сцинтилл ционный блок детектировани - Google Patents

Description

1 . . , .

Изобретение относитс  к измерению, ионизирующих излучений, в частноети к быстродействующей амплитудной спектрометрии и может быть исиользо- вано при сцинтилл ционном методе регистрации гамма- и рентгеновского излучени .

Известно устройст1во дл  формировани  спектрометрического импульса в сцинтилл ционном блоке детектировани  использующее интегрирование импульсов анодного тока фотоэлектронного умножител  на RC-цепи, а фи/15ьагра цию импульсов сигнала от шума осуществл кщее дискриминацией импульсов по длительнс5сти. Данное устройство, позвол ет производить дискриминадию импульсов по длительности и повышает отношение сигнал/шум на выходе спектрометрического тракта иJ

Однако при малой посто нной интегрировани  происходит неполный сбор зар да, а увеличение посто нной времени анодной цепи ФЭУ приводит к увеличению длительности .проинтегрированных импульсов из-за наложений к искажению знергетического спектра. Кроме того, посто нна  времени высвечива1ни  детектора при пЬнижении температуры возрастает.

Известно устройство в котором за- . грузочна  способность и сбор зар да увеличены, и применено ключевое формирование . Это устройство содержит детектор, ФЭУ, последний .диод которого соединен с, усилителем тока, дискриминатор нижнего уровн ,ключ ИОднако врем  интегрировани  импульса анодного тока одинаково дл 

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

15 коэффициента усилени  ФЭУ вызывают непропорциональное усиление отдельных одноэлектронных импульсов, дела  значение их амплитуды сравнимым со средними приведенными значени ми-ам20 плитуд многрэлектронных импульсов сигнала). При переводе ключа в высокоомное состо ние (запирание ключа на фиксированный интервал времени) при наличии как полезного так и шумового импульса тока в анодной цепи ФЭУ при увеличении уровн  шумов, например при воздействии отрицательной температуры, ограничиваетс  загрузочна  способность- из-за увеличени  зан тости спектрометрического тракта и ухудшаетс  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 напр жени  в анодную нагрузку ФЭУ, что увеличив мертвое врем  спектрометрического тракта и искажает энергетический спектр. Вли ние выбросов напр жени электронного ключа в анодной нагру ке ФЭУ становитс  особенно сущестBeHHkM при регистрации низкоэнерге тическрго м гкого гамма-т и рентгеновского излучени  в диапазоне эне гии 5 т- 100 кэВ, когда амплитуда импульсов сигнала и шума сравнимы. От коротких шумовых импульсов i спектрометрическом тракте зарегист руетс  двойна  информаци  (сам шумовой импульс и выброс напр жени  электронного ключа, по вл ющийс  в процессе ключевого формировани  в конце фиксированного интервала вре мени при переводе KJH04a из высокоом ного в низкоомное состо ние). Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  бл детектировани , в котором формирование спектрометрического импульса осуществл етс  на интегрирующей RC-цепочке, парамет1 л которой посто нны во времени, и на дифференцир ющей CR-цепочке, параметры которой измен5нотс  во времени с помощью управл емого ключа. Тракт с таким фильтром, обеспечивает большее соотношение сигнал/шум, чем с филь ром, параметры которого посто нны во времени. Блок детектировани  содержит последовательно соединенные детектор, ьшрокополосный токовый усилитель, интегрирующую цепочку, усилитель, линейный пропускатель, управл ющий вход которого подключен через однонибратор и амплитудный дискриминатор к выходу широкополоеного токового усилител , нормально замкнутый ключ, один из выводов которого соединен с землей l3j, Недостатками  вл етс  то, что применение RC-цеоочки в качестве ин тегратора токового импульса с посто нными во времени параметрами тех чески не молет обеспечить посто нную интегрировани  пор дка единиц микросекунд, так как, при увели чении. емкости RC-цепочки (дл  увели чени  сбора зар да) увеличиваетс  посто нна  разр5ада, возрастают наложени  импульсов и искажаетс  энер гетический спектр. Кроме того, врем  интегрировани  импульса анодного тока одинаков как дл  импульсов сиг нала/ так и шума (происходит интегр рование в течение фиксированного интервала времени любого импульса, превышающего порог регистрации ампл тудного дискриминатора).возможны искажени  энергетического спектра из-за регистрации непропорционально усиленных одноэлектронных импульсов шума,и ограничение загрузочной способности спектрометрического тракта (из-за зан тости), что ухудшает соотношение сигнал/шум. Недостатком блока детектировани   вл етс  также то, что на интегрирующей RC-цепочке фильтра посто нно накапливаетс  зар д от токовых импульсов, так как нет быстрой цепи разр да после окончани  импульса, что ограничивает загрузочную способность спектрометрического тракта и уменьшает соотношение сигнал/шум. Кроме того, токовые импульсы , амплитуда которых меньше порога регистрации амплитудного дискриминатора, дифференцируютс  CR-цепочкой фильтра (ключ отрыт),что приводит к по влению выбросов обратного знака. При высокой средней скорости света наложени  на выброс обратного знака смещают пик амплитудного распределени  в сторону меньших энергий (соотношение сигнал-шум падает). Цель изобретени  - увеличение отношени  сигнал/шум и загрузочной способности спектрометрического тракта в блоке детектировани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в блок детектировани , содержащий последовательно соединенные детектор , широкополосный токовый усилитель , интегрирующую цепочку, усилитель , линейный пропускатель, управл ющий вход которого подключен через одновибратор и амплитудный дискриминатор к выходу широкополосного токового усилител , нормально замкнутый ключ, один из выводов которого соединен с землей, введены управл емый одновибратор, схема вьщелени  заднего фронта, схема И,причем , выход амплитудного дискриминатора соединен со входами управл емого одновибратора и схемы вьщелени  заднего фронта, выход последней соединен с первым входом схемы И, второй вход которой соединен с выходом одновибратора, а выход схемы И подключен к управл к цему входу управл емого одновибратора, выход которого соединен соуправл ющим входом ключа, второй вход которого; соединен с выходом интегрирующей цепочки , введение в блок детектирова- . ни  управл емого одновибратора,схемы выделени  заднего фронта, схемы И, а также подключение нормально замкнутого ключа параллельно конденсатору в интегрирующей цепочке позвол ет производить анализ и дискриминацию импульсов по длительности и отфильтровывать короткие шумовые импульсы, что увеличивает отнсниеиие сигнал/шум и загрузочную способность

спектрометрического тракта в блбке детектировани  на основе сцинтил  ционного счетчика,

На фиг. 1 изображена функциональна  схема сцинтилл ционного блока детектировани ; на фиг. 2 - эпюры импульсов тока и напр жени  дл  короткого шумового и сигнального импульсов .

Сцинтилл ционный блок детектировани  (см.фиг.1) состоит из соецпненных оптически детектора 1 и фотоэлектронного умножител  2, после- довательно соединенных ишрокрполрсного токового усилител  3, интёг-ритрующей цепочки 4, усилител  5 и линейного пропускател  6. Нормально замкнутый ключ 7 подключен параллельно конденсатору в интегрирующей цепочке. Управл ющий вход ключа оедийен с выходом управл ющего одновибратора 8. К выходу широкополосного токового усилител  подключен амплитудный дискриминатор 9, выполненный в виде триггера Шмитта. Выход амплитудного дискриминатора соеди.нен с .управл емым одновибратором 8, схемой выделени  заднего; фронта 10, одновибратором 11, Одгним входом схемы И 12  вл етс  выход вьщелени  заднего фронта, а вторым выход одновибратора. Выход схемй И  вл етс  управл ющим входом управл емого одновибратора 8. Выход одновибратора 11 соединен с управл емым входом линейного пропускател .

На фиг. 2 изображены .эпюр д тока и напр жений в точках 13-15, 14,15

Устройство работает следующим образом.

При детектировании гамма- или рент геновского излучени  детектором 1 на аноде ФЭУ 2 по вл ютс  импульсы тока, имеющие экспоненциальный спад, которые усиливаютс  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 посто нный порог дискрими-нации 1д, эпюра 13, фиг.2), усТановленный в триггере .Вйлитта, то последний вырабатывает импульс, поступающий на входы одновибратора. 11, схемы вьшелени  заднего фронта 10 и управл емого однОвибратора,8. Одновибратор 11 вырабатывает импульс с малой заданной длительностью |(отрезок tp.-t,) который закрывает линейный пропускатель б на этом промежутке времени. Управл емый одновибратор 8 вырабатывает импульс с большой заданной длительностью (отрезок который раз1иикает нормальнозамкнутый ключ 7 и на конденсаторе в интегрирующей цепочке 4 происходит сбор зар да токового импульса короткого шумового (1 а, эпюра 13, фиг.2) или длинного сигнального (2 а, эпюра 13, фиг. 2). Проинтегри,рованный импульс напр жени  усиливаетс  усилителем 5 и поступает на вход линейного пропускател  6. Когда амплитуда заднего фронта экспоненциального токового импульса становитс  меньше уровн  регистрации амплитудного дискриминатора 9, то последний устанавливаетс  в исход0 ное состо ние (в момент времени t дл  короткого шумового импульса, или в момент времени tj дл  длинного сигнального импульса). По заднему фронту входного импульса дискриминатора

5

9схема выделени  заднего фронта

10вырабатывает импульс, поступающий на первый вход схемы И 12, на второй вход которой подаетс  импульс с выхода одновибратора 11. Эти импульсы совпадают во времени дл  коротко0 го шумового импульса, поэтому на выходе схемы И 12 по вл етс  импульс, который поступает на.управл ющий вход управл емого одновибратора 8 и последний устанавливаетс  в исходное

5 состо ние, прекраща  подачу импульса на управл ющий вход .ключа 7.Ключ

7 переходит в нормально замкнутое состо ние. Конденсатор в интегрирующей цепочке 4 разр жаетс . Сформи0 рованный короткий импульс напр жени 

(1 б, эпюра 14, фиг.2) не пропускаетс  линейным пропускателем 6 на выход блока детектировани . Дл  длинного сигнального импульса схема вы5 делени  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 управл емый

0 одновибратор 8 генерирует импульс с большой заданной длительностью

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

момент tj) линейный пропускатель 6

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

0 . действи  импульса управл емого одно .вибратора 8 ключ 7 переходит в нормально замкнутое состо ние, разр жа  конденсатор в интегрирукицей цепочке за короткое врем  (отрезок у).

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

Применение в сцинтилЛ ционном блоке детектировани  анализа и дис0 криминации выходных импульсов сцинтилл ционного счетчика по длительности совместно с ключевым формированием спектрометрических импульсов позвол ет при высокой загрузочной способности увеличить в 1,5-2 раза

5

Claims (1)

1. Формула изобретения тельно введены управляемый одновибратор, схема выделения заднего фронта, схема И, причем, выход амплитудного дискриминатора соединен со входами управляемого одновибратора J и схемы выделения заднего фронта, выход последней соединен с первым входом схемы И, второй вход которой соединен с выходом одновибратора, выход схемы И подключен к.управляю.q щему входу управляемого одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом ключа, второй вход которого соединен с выходом интег- , рирующей цепочки.

   Сцинтилляционный блок детектир^ вания, содержащий последовательно соединенные детектор, широкополосный токовый усилитель, интегрирующую цепочку, усилитель, линейный пропускатель, управляющий вход которого подключен через одновибратор и амплитудный дискриминатор к выходу ши-, рокопОлосного токового усилителя, нормально замкнутый ключ, один из выводов, которого соединен с землей, отличающийся тем, что, •с целью увеличения отношения сигнал/ шум и загрузочной способности, де.тектор выполнен в виде сцинтилляционного счетчика,а в блок дополни— дополни-

   1?

   £