Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
При изложении материала много внимания уделяется вопросам применения современной интегральной микроэлектроники. Анализируется поведение электронных схем и устройств при обработке ими статистически распределенной информации и оцениваются вносимые аппаратурой погрешности.
Прилагаемый список литературы ограничен, по он включает ряд обзорных книг и статей, снабженных обширной библиографией, а также оригинальные работы, которые будут полезны для более глубокого изучения отдельных вопросов.
Автор весьма признателен профессорам М. С. Козодаеву и В. М. Колобашкину, способствовавшим появлению этой книги, а также сотрудникам кафедры экспериментальных методов ядерной физики Московского инженерно-физического института, принимавшим участие в формировании курса. Очень благодарен автор за ценные советы, сделанные при рецензировании книги доктором технических наук И. В. Штрапихом и кафедрой МФТИ, руководимой профессором И. В. Чувило. Автор заранее благодарит читателей за все критические замечания, которые будут содействовать дальнейшему улучшению книги.
Автор
Глава 1
Методы съема сигналов с детекторов излучений
§ 1.1. ДЕТЕКТОРЫ ИЗЛУЧЕНИЙ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
І Іриіпиш действия различных типов детекторов излучений OCHO-и;лі па физических явлениях, возникающих при взаимодействии ионизирующих излучений с веществом. В большинстве детекторо’в используется ионизация атомов и молекул, вызываемая частицами и квантами. На регистрации возникающих при этом свободных электронов и ионов основана работа таких детекторов, как импульсная ионизационная камера, пропорциональный счетчик, газоразрядные счетчики Гейгера, полупроводниковые детекторы. Ионизационные эффекты используются и в детекторах следов частиц (камера Вильсона, пузырьковые, пропорциональные и дрейфовые камеры).
На регистрации фотонов, испускаемых возбужденными атомами и молекулами, основаны сцинтилляционные детекторы, а также такие детекторы следов частиц, как твердая сцинтилляцион-ная камера и искровые счетчики. В счетчиках Черенкова регистрируются световые вспышки, возникающие при прохождении быстрых частиц через прозрачную среду (при соблюдении определенных соотношений между скоростью частицы и показателем преломления среды).
На 'выходе детекторов излучений возникают электрические сигналы (импульсы тока или напряжения), которые используются для определения интенсивности излучения или его спектрального состава. Необходимая информация извлекается из таких параметров: число зарегистрированных событий, амплитуда импульсов, их форма, временные корреляции между событиями и т. д. Регистрация и анализ событий выполняются электронными устройствами, подключенными к детекторам излучений. Поэтому очень важно сохранить и передать нужную информацию от детекторов регистрирующим и анализирующим устройствам.
Несмотря на то что типы детекторов различаются по принципу действия, все они выдают сравнительно слабые электрические сигналы малой длительности, статистически распределенные во времени. Эти сигналы необходимо усиливать и формировать. Кроме того, почти все детекторы — это типичные датчики тока, для которых сила тока, поступающего в нагрузку, практически не зависит от солротивления нагрузки. Основные характеристики детекторов для регистрации частиц и 7-квантов даются в этом разделе. При этом главное внимание уделяется тем параметрам, которые характеризуют детекторы как датчики электрических
5
сигналов для подключаемых к ним электронных устройств. Особенности координатно-чувствительных и трековых детекторов будут рассмотрены при изложении методов съема информации с этих приборов.
1.1.1. ИМПУЛЬСНЫЕ ИОНИЗАЦИОННЫЕ КАМЕРЫ
И ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ СЧЕТЧИКИ
Двухэлектродная камера. Импульсная ионизационная камера представляет собой некоторый объем, заполненный газом, в котором находятся два изолированных электрода (рис. 1.1,а). Чаще всего электроды выполняются в виде металлических пластин. К электродам через сопротивление нагрузки Ru прикладывается разность потенциалов Е. Радиоактивный препарат обычно помещают внутрь каыеры, например им покрывают один из электродов. Заряженные частицы теряют свою энергию в газе между электродами камеры. При этом в результате ионизации создается N пар электронов и положительных ионов с полным зарядом, равным
Q = ± Ne9 (1.1)
где е — заряд электрона.
Напряженность электрического поля в камере устанавливают такой, чтобы свести к минимуму потери, происходящие в результате рекомбинации ионов, HO в то же время чтобы исключить возможность ударной ионизации и автоэлектроиной эмиссии.
Под действием электрического поля электроны и положительные ионы движутся соответственно к положительному и отрицательному электродам камеры.
При этом в результате изменения электрического поля между электродами в их цепи возникает ток. Протекающий через камеру суммарный ток Ik состоит из электронной I3 и ионной составляющих Ik
4 = h + V (1.2)
Скорость движения носителей заряда зависит от их подвижности Ji9 и [яи, пропорциональна напряженности электрического поля и обратно пропорциональна давлению газа P
