Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
і 5 !--------------------------*
KK____________к______к__
совпадений.
JL
а)
в)
48
5) t
Рис. 1.35. Схема исключения одноэлектронных шумовых сигналов ФЭУ (а) иг временные диаграммы в разных точках схемы (б):
J—динод; 2 — анод; 3— формирователь /; 4 — формирователь 2; 5 — дифференцнальный усилитель
шумов ФЭУ является одноэлектронный компонент, т. е. шумовые импульсы, образованные одиночными тепловыми электронами, вылетающими с фотокатода. Поэтому некоторые методы подавления шумов основаны на исключении одноэлектронных импульсов. Эти импульсы имеют значительный амплитудный разброс, и простой амплитудный дискриминацией отделить их от полезных сигналов трудно. Дискриминация основана на различии структуры сигналов шума и исследуемого излучения: если одноэлектронный
сигнал шума представляет собой одиночный импульс тока, то измеряемый сигнал состоит из нескольких импульсов тока, возникающих от фотоэлектронов (допускается и наложение этих импульсов.)
В схеме, приведенной на рис. 1.35,а, постоянная времени в анодной цепи ФЭУ Ta=-RaCa выбирается небольшой — меньше времени нарастания сигнала в ФЭУ tH и времени высвечивания сцинтиллятора Tc; поэтому на /?аСа возникают импульсы напряжения, соответствующие по форме импульсам тока ФЭУ. На рис. 1.35,6 показаны одиночный токовый импульс одноэлектронной компоненты и группа токовых импульсов измеряемого излучения. Эти сигналы в цепи динода интегрируются, так как постоянная времени тд = І?ДСД значительно больше та; тд>та и Тд >/н. Сигналы с анодной и динодной цепей поступают на формирователи 3 и 4. Они формируют импульсы одинаковой длительности, но с амплитудой, пропорциональной амплитуде исходных сигналов. Поэтому на выходе формирователя 3, подключенного к аноду ФЭУ, импульсы имеют одинаковую амплитуду, а на выходе формирователя 4, подключенного к диноду ФЭУ, амплитуда зависит от числа фотоэлектронов. Усиление формирователей регулируется так, чтобы сигналы от одиночных импульсов на входе дифференциального усилителя были одинаковыми. В результате на выходе дифференциального усилителя одноэлектронных импульсов шумов нет, а сигналы исследуемого излучения будут иметь амплитуду, пропорциональную п — 1, где п — число фотоэлектронов сигнала. Таким образом подавляется одноэлектронный компонент и выходной сигнал несет информацию об амплитудном распределении сцинтилляций.
49
Глава 2
^налоговая обработка сигналов детекторов излучений
§ 2.1. ЗАДАЧИ АНАЛОГОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Сигналы, снимаемые с детекторов излучений, несут различную информацию о изучаемых процессах. Число сигналов в секунду характеризует интенсивность излучения, амплитудное распределение импульсов описывает энергетический спектр, форма импульсов определяет вид излучения и т. д. Извлекать эту информацию непосредственно из сигналов детекторов, как правило, затруднительно, так как их амплитуда в большинстве случаев мала, мешают шумы, наложения сигналов, вызванные их статистическим распределением, и т. п. Поэтому сигналы от детекторов излучений подвергаются специальной аналоговой обработке.
В большинстве случаев сигналы детекторов образуются, как это было показано в гл. 1, интегрированием токов на входных RC-цепях. Поэтому в последующих устройствах применяют укорачивающие схемы, которые разделяют импульсы. В особо ответственных спектрометрических задачах недопустимы даже отдельные наложения. Разработаны методы, исключающие такие искаженные сигналы.
В зависимости от типа детектора и вида исследуемого излучения применяют усилители с разными коэффициентами усиления. Для ионизационных камер и полупроводниковых детекторов необходим коэффициент усиления IO5—IO6 при сравнительно ограниченной полосе пропускания (IO3—IO5 Гц); для сцинтилляцион-ных детекторов необходимы очень широкополосные усилители с верхней граничной частотой до IO7— IO8 Гц при сравнительно низком коэффициенте усиления, порядка IO3.
Значительные трудности возникают при усилении слабых сигналов от излучений низких энергий. Амплитуда этих сигналов соизмерима с уровнем шумов; для обеспечения максимального отношения сигнал/шум в усилители вводят специальные фильтрующие цепи.
Наряду с исследуемыми сигналами, «входящими» в характеристику усилителя, от детекторов часто поступают импульсы высокоэнергетического излучения, приводящие к перегрузке усилителя — к временной потере усилительных свойств. Поэтому в линейных спектрометрических усилителях предусматривают специальные меры для устранения подобной амплитудной перегрузки. Из-за статистического характера поступающей информации в цепях усилителей возникают флуктуации нулевой линии, приводящие также к погрешностям в спектрометрических измерениях. Для их устранения в схемы усилителей вводят цепи, стабилизирующие нулевую линию.
Часто необходимо выделить некоторые сигналы или определен-
.50
ную часть сигналов для последующих измерений. Эту задачу решают при помощи схем линейного пропускания.
Во многих экспериментах надо исключить сигналы некоторого фонового излучения или раздельно регистрировать частицы нескольких видов. Для идентификации излучений часто применяют методы дискриминации сигналов детекторов по форме.
