Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
313
Аналогичные измерения выполняют для получения переходной характеристики линейной системы. Например, для определения переходной характеристики некоторого электрического фильтра на него воздействуют короткими импульсами напряжения, а характеристику наблюдают на осциллографе.
Подобным образом спектрометр по времени пролета можно рассматривать как некоторую линейную систему, на которую воздействует импульсный нейтронный пучок. Полагая, что интенсивность нейтронного пучка равна S(t) нейтр./с, скорость счета детектора Гд(^), установленного на конце пролетной базы, может быть определена интегралом свертки
гд (0 = j h (т) S (t — т) dx, (6.3)
о
где h(т) —переходная или импульсная характеристика всего спектрометра. В том случае, когда пучок модулируется периодической последовательностью прямоугольных импульсов, импульсная характеристика с точностью до постоянных определяет временной спектр. В спектрометре по времени пролета детектор регистрирует помимо эффекта, вызванного нейтронами модулированного пучка,, также фон. И при большом уровне фоновой составляющей временной спектр измерять трудно.
Заметим, что с аналогичными трудностями приходится сталкиваться и при электронных измерениях. Действительно, цепи, обладающие высоким уровнем шумов, значительным затуханием и боящиеся перегрузок, часто невозможно исследовать импульсным методом. Для решения подобных задач используют корреляционный метод измерений. Этот метод основан иа результатах исследований, проведенных в статистической теории связи.
В последние годы корреляционный метод стал широко применяться для изучения характеристик реакторов и в нейтронных спектрометрах по времени пролета.
Основными причинами быстрого развития корреляционного* метода в нейтронной спектрометрии по времени пролета является то, что этот метод позволяет лучше использовать нейтронный источник и вести измерения в присутствии значительного уровня некоррелирующего фона. Напомним, что в обычном нейтронном спектрометре с механическим прерывателем, установленном на реакторе, используется незначительная часть нейтронного потока* пе превышающая 1—2 %. Также велик уровень фона, вызванный нейтронами рассеяния от собственного и соседних пучков, значительно снижающий точность измерений.
В корреляционном спектрометре по времени пролета нейтронный пучок модулируется псевдослучайной функцией Z (і), принимающей с равной вероятностью два значения: +1 и —1. Графически такая функция представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с изменяющимися длительностью и знаком; она аналогична белому шуму и описывает случайный процесс с нулевым средним значением. Обычно используется последова-
311
2(ф
+7
-1
R(r)\
ZZ
U—Lnn_J4Jlf=tflfb=R:
и&
Zir
s \
JX
-Lx G-
Рис. 6.15. Псевдослучайная последовательность (а) и ее корреляционная функция (б)
тельность импульсов конечной длительности T с элементарным интервалом At, называемая псевдослучайной последовательностью (рис. 6.15,а).
Интенсивность модулированного нейтронного пучка изменяется по закону
S(t) = S0 [I+Ztf)], (6.4)
т. е. пучок либо открыт S (t) =S0y либо закрыт S (t) =-0.
Расположеннным в конце пролетной базы детектором регистрируют как нейтроны исследуемого эффекта, так и нейтроны фона. Для рассматриваемого процесса может быть записана корреляционная функция
Rzr (т) = Iim -L Г Z (t) гд (t + т) di. (6.5)
T —*¦ OO і ^
Если фон некоррелирован с модулирующей функцией Z(I)y что, как правило, имеет место в нейтронных спектрометрах, корреляционная функция может быть представлена интегралом свертки
OO
Rzr(i) - \ h(t) Rzz (г-t)dty (6.6)
о
где h(t)y так же как и в случае обычного спектрометра по времени
пролета (6.3) является импульсной характеристикой системы и
описывает временной спектр, a Rzz — автокорреляционная функция модулирующего сигнала Z(I)y
\ 00
* Rzz (T) -Iim ~ Г Z (t) Z(t + т) dt. (6.7)
т~*°° т і
Для псевдослучайной последовательности, как и для белого шума, автокорреляционная функция соответствует 6-функции (рис. •6.15.6). Из выражения (6.6) следует, что описывающая временное
315
распределение импульсная характеристика системы пропорциональна корреляционной функции
h (т) = const Rzr (т). (6.8)
Таким образом, для определения временного распределения необходимо измерять корреляционную функцию Rzr между модулирующими Z(t) и регистрируемыми сигналами r(t). Важным преимуществом рассматриваемого метода является то, что получаемое распределение не зависит от некоррелированного фона.
Псевдослучайный модулирующий сигнал Z (і) имеет дискретную структуру с минимальным интервалом At. Поэтому при экспериментальном определении взаимно корреляционой функции находится сумма произведений
Rzr (T) - Rzc (kAl) = V Zi^kCji (6.9)
/-=I
где п = Т/At соответствует числу минимальных интервалов и числу каналов временного анализатора; Cj — число отсчетов в /-канале анализатора; Zj^k принимает только два значения: H-I и —Ir поэтому для измерения корреляционной функции Rzc(kAx) достаточно накапливать отсчеты Cj в последовательные интервалы Дт с теми знаками, которые имеет сигнал Z(t) при задержке KAx. Такая система удобна тем, что она позволяет получать исследуемый спектр непосредственно в процессе измерений. Однако в этом случае для каждого интервала At должно быть свое регистрирующее устройство и нельзя применить общее ЗУ, как это делается в многоканальных анализаторах.
