Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
367
Рис. 8.9. Схема с включением полупроводниковых детекторов в линию задержки в координатно-чувствительной системе большой площади
метод используют обычно при исследовании частиц высокой энергии в несколько мегаэлектронвольт.
8.2.5. СЧИТЫВАНИЕ КООРДИНАТ С ДЕТЕКТОРОВ НА МИКРОКАНАЛЬНЫХ ПЛАСТИНАХ
Координатно-чувствительные детекторы иногда выполняют на базе микроканальных пластин (МКП). Принцип действия МКП аналогичен канальным умножителям КЭУ (см. § 1.5). В микро-канальной пластине диаметр каналов очень мал (10—20 мкм) (рис. 8.10). При площади пластины в несколько квадратных сантиметров число каналов достигает IO6. Ускоряющее напряжение в МКП прикладывается параллельно ко веем каналам. При попадании в любой из каналов частицы или кванта возникают электроны, которые многократно умножаются, и с выхода пластины на собирающий электрод-коллектор поступает значительный заряд В детекторе на МКП задача электронных устройств состоит в точном определении места регистрации частицы или кванта. С одной МКП трудно получить достаточно высокий коэффициент
усиления при малом разбросе амплитуд выходных импульсов из-за возникновения обратной связи от положительных ионов. Поэтому детектор обычно выполняют из двух последовательно включенных пластин, образующих каскадную или так называемую шевронную систему (рис. 8.10). В ней каналы обеих пластин расположены на небольшом расстоянии (50 мкм) и под некоторым углом. При выборе определенных ускоряющих напряжений в такой каскадной системе электроны проходят без значительных потерь, а положительные ионы обратной связи застревают между пла-
мкп
1
- +
Рис. 8.10. Каскадная система из двух микроканальных пластин
368
станами. Коэффициент усиления каскадной системы достигает IO7, а время умножения не превышает 1 не при разбросе около 100 пс.
Считывание информации с детекторов на микроканальных пластинах выполняют на основе резистивного или резистивно-емкостного метода либо при помощи системы дискретных электродов. При резистивном или резистивно-емкостном способе считывания коллектор изготовляют из материала с большим сопротивлением. В том случае, когда считывание ведется по одной координате, коллектор выполняется в виде узкой полоски. Если считывание ведется по двум координатам, коллектор изготовляют в виде прямоугольной пластины. Резистивные электроды с небольшим сопротивлением изготовляются нанесением коллоидального графита на подложку из стекла или керамики. Для более высокоомных электродов (IO5 Ом/см2) используют отожженные в водороде свинцовые стекла либо олундовые пленки. Хорошую однородность имеют резистивные пластины, ’выполненные по технологии пленочных гибридных электронных схем.
В качестве примера двухкоординатного детектора на МКП с резистивноемкостным считыванием рассмотрим схему, приведенную на рис. 8.11. Здесь применено каскадное включение МКП. Сигналы с коллектора снимают с четырех контактов и через усилители У і — У4 попарно подают на преобразователи интервалов времени в амплитуду (t-^Л). Аналоговые сигналы отклоняют луч электронно-лучевой трубки осциллографа по координатам X и У. В момент, соответствующий амплитудному значению этих сигналов, формируется импульс подсветки, которым открывается луч трубки Z. Таким образом, рассмотренная схема позволяет визуалировать координаты зарегистрированной частицы. В том случае, когда необходимо запоминать координаты, аналоговые сигналы следует предварительно закодировать.
Применение для считывания координат частицы системы дискретных электродов обеспечивает большую точность и быстродействие. Чтобы уменьшить число дискретных электродов, их выполняют в виде скрещенных шин (рис. 8.12). Вылетающие из каналов МКП сгустки электронов создают заряды в цепи соответствующих вертикальных и горизонтальных шин. Сигналы усиливаются, формируются дискриминаторами и поступают на матричные кодирую-
Рис. 8.11. Двухкоординатный детектор на микроканальных пластинах с резистивно-емкостным считыванием
369
Рис. 8.12. Считывание координат с микроканальных пластин с помощью сетки из изолированных электродов
щие устройства, с выхода которых снимаются коды координат XrY.
Для считывания информации с микроканальных пластин можно применить также приборы с зарядовой связью (ПЗС). Они также имеют систему дискретных электродов. Заряд, попадающий на эти электроды, далее считывается электронной схемой, управляющей ПЗС.
8.2.6. РАБОТА ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ В КАЧЕСТВЕ
КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРОВ
ПЗС — сравнительно новые твердотельные элементы; наибольшее распространение они получили в качестве преобразователей оптической информации, и применяют их вместо телевизионных приемных трубок, таких как видикон, суперортикон и др. На них также разрабатываются сдвигающие регистры, устройства памяти и фильтры. Способность преобразовывать энергию излучения в электрические заряды, сохранять эти заряды в течение некоторого времени и выдавать сигналы, характеризующие исходное илучение и его распределение в пространстве, обеспечили создание на их базе координатно-чувствительных детекторов. В', частности, ПЗС применяют для исследования рентгеновского излучения и потоков электронов малых энергий.
