Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
364
ФсP iUipo- I
6 am:- Pb [ t
______ ________„з *
L.
Фс P M Upo-ватель
ЛЗ
анализатор H- — --1 ----- ——-----* Управление
Рис. 8.6. Сцинтилляционный координатно-чувствительный детектор и схема для съема данных
слое сцинтиллятора или в его сечении. При этом фотокатоды ФЭУ будут освещаться как прямыми лучами, так и лучами, претерпевшими многократное отражение от стенок умножителя. На рис. 8.6 показан случай, когда сцинтилляция образуется в поверхностном слое и на фотокатоды падают фотоны, выходящие из точки 0 под углами, большими, чем угол полного внутреннего отражения. Поэтому можно говорить о некоторой эффективной скорости распространения света вдоль сцинтиллятора УЭф, где учитываются показатель преломления вещества и многократные отражения.
Если сцинтилляция произошла в момент t = О, то сигналы на выходах ФЭУ, без учета их разрешения, появятся в моменты t\ = = х/Уэ$ и t2 = (I—х)/Уоф. Интервал времени между этими моментами (t\—t2) будет равен нулю при регистрации частицы в центре сцинтиллятора либо будет иметь положительный или отрицательный знак в зависимости от того, с какой стороны от центра произошла регистрация. Чтобы этот временной интервал был одного знака, в канал ФЭУ і вводится задержка t3 = 1/УЭф. Тогда сигнал на выходе ЛЗ будет в момент t'i = (х + 1)/уЭф и интервал At' = = V\—t2 = 2x/VD$ однозначно определяет координату X зарегистрированной частицы.
Координатно-чувствительные детекторы имеют длину несколько десятков сантиметров, и измеряемый интервал At' лежит в чано-секундной области. Для его измерения обычно применяется время-амплитудный преобразователь В АП (см. § 4.4). На один его вход поступает сформированный стартовый сигнал в момент t'u на второй— сигнал Стоп в момент t2. С выхода В АП импульсы с амплитудой, пропорциональной измеряемым интервалам Atподаются на амплитудный анализатор, с которого и считывается распределение n = f(x).
В тех случаях, когда регистрируемые частицы имеют сплошной спектр, сигналы малых амплитуд могут заметно ухудшить разрешение координатно-чувствительного детектора. Это явление можно ослабить, жертвуя эффективностью регистрации и измеряя интервалы Atfy соответствующие только импульсам больших амплитуд. Для этого в электронную схему детектора вводятся интегральные дискриминаторы Ди Д2 и схема совпадений CC (см. пунктирна рис. 8.6). Схема совпадений управляет амплитудным анализатором и разрешает измерять интервалы Afy образованные сигналами, от которых сработали дискриминаторы.
ФЗУз
ФЭУи
XJ
/ *1 ФЗУі
BAH1 At cu^ BAH2
X4 / X2
у I=I *
I
/
/щ
Uz
Сцг
I и]+и?
Рис. 8.7. Схема для исключения временных неопределенностей, связанных с прохождением света в сцинтилляторах
Координатно-чувствительные сцинтилляционные детекторы часто используют в спектрометрах по времени пролета. Они поз-Ьоляют улучшить разрешение таких спектрометров. Дело в том, что в случае применения в спектрометрах по времени пролета достаточно протяженных сцинтилляторов возникают неопределенности в измерении времени пролета частицы, связанные с временем прохождения света в самом сцинтилляторе. Эту неопределенность удается исключить, применяя схему, показанную на рис. 8.7.
Схмой измеряется время пролета At расстояния между сцинтилляторами CuiX и Сц2. На концах каждого из сцинтилляторов установлены ФЭУ і и ФЭУ2> подключенные к ВАПгу ФЭУз и ФЭУ4 соединены с ВАП\. Импульсы на выходах время-амплитудных преобразователей с учетом времени прохождения света в сцинтилляторах можно записать в виде
U1- К^Ы+*=*): и.-К.(Ы+*=Ь)-.
где /(і и K2 — коэффициенты пропорциональности; УЭф — эффективная скорость распространения света в сцинтилляторе.
Импульсы Ui и U2 поступают на сумматор. При Ki = K2 и одинаковой длине сцинтилляторов (Х\-\-Хъ = Х2-\-Х^) суммарный сигнал будет равен U\ +U2 = KAt.
Таким образом, рассмотренная схема включения координатночувствительных сцинтилляционных детекторов в спектрометре
366
но времени пролета исключает неопределенности, связанные с временем прохождения света в сцинтилляторах, и однозначно определяет время пролета.
8.2.4. СЧИТЫВАНИЕ КООРДИНАТ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ
ДИСКРЕТНОГО ТИПА
В тех случаях, когда трудно изготовить координатно-чувствительный детектор необходимых размеров и с хорошими параметрами, применяют детекторы дискретного типа. В частности, полупроводниковые детекторы дискретного типа выполняют на одном или нескольких кристаллах.
Рис. 8.8. Схема включения полупроводникового детектора с дискретными электродами
В детекторе, приведенном на рис. 8.8, золотой контакт (Au) разделен на отдельные полоски, подключенные к внешнему резистивному делителю. Один конец делителя заземлен, а второй подключен к зарядочувствительному усилителю. Общий алюминиевый контакт соединен со вторым зарядочувствительным усилителем. Для определения координаты, в данном случае номера контактной полоски, применяют рассмотренную ранее схему с делителем (см. рис. 8.3).
Координатно-чувствительные детекторы большой площади выполняют в виде матрицы, состоящей из нескольких десятков полупроводниковых детекторов, подключенных к отдельным усилителям. Уменьшить объем оборудования в сложной многодетекторпой системе можно, включив детекторы в искусственную ЛЗ (рис. 8.9). В одну линию включают до 20 детекторов. Возникающий иа детекторе в момент регистрации частицы импульс распространяется к двум концам линии. После усиления У4, У2 и формирования Фи Фг импульсы поступают на ВАЛ, подключенный к амплитудному анализатору. В результате по разности времени прохождения импульсов соответствующих отрезков линии Xi X2 определяется номер детектора, в котором произошла регистрация. Постоянная задержка ta здесь служит для того, чтобы импульс с правого конца всегда запаздывал относительно импульса, снимаемого с левого конца линии. Время задержки делается немного больше времени прохождения сигнала через всю линию. При включении полупроводниковых детекторов в ЛЗ ухудшается форма передаваемых сигналов и повышается уровень шумов, поэтому рассмотренный
