Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Помимо ФЭУ в сцинтилляционных и позиционных детекторах иногда применяют канальные электронные умножители (КЭУ) и микроканальные пластины (МКП). Умножители этого типа рассчитаны на непосредственную регистрацию частиц, поэтому в сцинтилляционном детекторе они дополняются фотокатодом.
Параметры счетчиков Черепкова. Для регистрации быстрых заряженных частиц используются черепковские счетчики, основанные на регистрации излучения Вавилова — Черенкова Это излучение возникает в том случае, когда скорость частицы больше фазовой скорости света в некоторой срсдс. Детектор состоит из радиатора, заполненного газом, жидкостью или прозрачной пластмассой, являющихся средой, в которой возникает излучение, и «ФЭУ, конвертирующего вспышки света в импульсы тока.
Отличительная особенность излучения Вавилова—Черенкова — ¦очень малая его длительность, лежащая в субианосекундном диапазоне. В зависимости от конструкции детектора, размеров радиатора, наличия фокусирующих устройств и их типа реальная длительность излучения составляет IO-9—10~8 с. Естественно, что для регистрации столь кратковременных световых вспышек используются ФЭУ с высокими временными характеристиками.
Сцинтилляционные детекторы с фотодиодами. С появлением достаточно чувствительных фотодиодов с большой рабочей площадью на них иногда стали выполнять сцинтилляционные счетчики. Фотодиоды в отличие от ФЭУ не задерживают сигнал, при этом время нарастания сигнала достаточно мало — не превышает 15 не. Их межэлектродная емкость такая же, как выходная емкость ФЭУ, т. е. около 10 пФ. Однако световая чувствительность фотодиодов низка, примерно 100 мкА/лм, в то время как у ФЭУ она составляет в зависимости от числа динодов 100—1000 А/лм. Поэтому в сцинтилляционном детекторе к фотодиоду подключается
линейный усилитель (рис. 1.9). В данном случае фотодиод как
^бы заменяет фотокатод, а усилитель — умножительную часть ФЭУ. -Усилитель должен обладать высоким коэффициентом усиления, малыми шумами и обеспечивать передачу быстро нарастающих
сигналов. Лучше всего для этих целей подходят усилители с об-
ратной связью по заряду (см. гл. 2).
Исследование и сравнение сцинтилляционных детекторов с фотодиодами и с ФЭУ показывает, что при очень малых уровнях осве-
щенности детекторы с фотодиодами имеют худшее отношение сигнала к шуму. Заметим, что возможно компромиссное решение, при котором вместо фотодиода применяется ФЭУ с малым числом динодов, подключенный к усилителю с необходимым коэффициентом усиления. В этом случае упрощается усилитель и для питания
Й8
'Рис. 1.9. Сцинтилляционный детектор с фотодиодом: 1 — сцинтиллятор: 2 — свето-
вод, 3 — фотодиод; 4 — усилитель
умножителя требуется источник с пониженным напряжением. Кроме того, из-за применения малодинодного ФЭУ повышается стабильность усилительного тракта всего детектора.
§ 1.2. ОСНОВНАЯ СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ДЕТЕКТОРОВ
ИЗЛУЧЕНИЙ
1.2.1. ДЕТЕКТОРЫ ИЗЛУЧЕНИЙ КАК ДАТЧИКИ ТОКА
Из краткого рассмотрения основных типов детекторов излучений и их характеристик видно, что, несмотря на различные принципы действия, они имеют много общего. Так, импульсная ионизационная камера и пропорциональный счетчик, газоразрядные счетчики и полупроводниковые детекторы имеют аналогичные схемы включения, которые можно представить в виде основной схемы включения (рис. 1.10,а). Детектор включается в последовательную цепь с источником высокого напряжения и сопротивлением-нагрузки. После прохода через детектор ионизирующей частицы и возникновения в рабочем объеме носителей заряда в электрической цепи протекает импульс тока и на сопротивлении нагрузки ко и параллельно ему включенной эквивалентной емкости Cbx возникает импульс напряжения. Аналогичную выходную схему имеет в ФЭУ сцинтилляционного детектора (см. рис. 1.6,а). Здесь во время? сцинтилляции образуются фотоэлектроны, которые после многократного умножения выбивают вторичные электроны из последнего динода. Электроны собираются анодом ФЭУ, и во 'внешней цепи протекает ток.
У всех перечисленных детекторов, за исключением счетчиков Гейгера, амплитуда выходного сигнала на несколько порядков, меньше питающего напряжения: это связано с небольшим током,, протекающим через детектор, а следовательно, с большим внутренним сопротивлением детекторов. Внешняя цепь, как правило, имеет сопротивление, значительно меньшее, чем внутреннее сопротивление детекторов. Изменение нагрузки не влияет на ток, протекающий в цепи, поэтому сами детекторы можно рассматривать как датчики тока. Таким образом, детекторы являются датчиками илв генераторами импульсов тока, величина и форма которых опреде-
)
Детектор
Рис. 1.10. Основная схема включения детекторов излучений с интегрированием тока входной цепью RhCbx (а) и схема включения с усилением тока детекто-
ра (б)
№
ляются процессами, происходящими при детектировании частицы. Задача электронных цепей и устройств, стоящих после детектора, состоит в преобразовании этих импульсов в форму, наиболее удобную для извлечения нужной информации. В основной схеме включения (рис. 1.10,а) такое преобразование начинается в интегрирующей CbxRh цепи. Здесь формируется импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна заряду, поступающему ¦от детектора, а длительность определяется в основном постоянной времени входа Cbk Rh- Затем импульс напряжения поступает на ;вход усилителя, которым усиливается до амплитуды, необходимой для срабатывания последующих электронных устройств.
