Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
На примере импульсной ионизационной камеры видно, что сопротивление нагрузки детектора может иметь различные значения в зависимости от решаемой задачи. Заметим, это сопротивление в значительной степени определяет также уровень шумов, что необходимо учитывать при регистрации слабоионизирующих излучений такими детекторами, как ионизационная камера или полупроводниковый счетчик (см. § 2.4). Иногда при выборе параметров входа необходимо не только обеспечивать время собирания носителей зарядов, но следует учитывать и характеристики включенной за детектором аппаратуры. Например, при работе с полупроводниковым детектором, обеспечивающим собирание носителей заряда за время IO-8—IO-7 с, постоянную времени входа выбирают обычно больше 10“6 с. В этом случае импульс напряжения имеет сравнительно большую длительность и его легко усилить.
В отличие от других детекторов на емкость полупроводникового детектора р — /г-типа, а значит и на амплитуду входного сигнала, влияет смещающее напряжение. Далее будет показано, что для ослабления этого явления полупроводниковый детектор и предварительный усилитель охватываются отрицательной обратной связью по заряду.
При выборе сопротивления нагрузки пропорционального счетчика учитывают обычно два обстоятельства. Во-первых, при достаточно большом Tbx импульс напряжения на собирающем электроде нарастает сначала линейно, затем логарифмически (рис. 1.3,в). Примерно за 1—2 мкс импульс достигает половины своего конечного значения, дальнейшее нарастание длится несколько миллисекунд. Во-вторых, в пропорциональном счетчике имеется газовое усиление и амплитуда" сигнала в сотни раз превышает сигнал импульсной ионизационной камеры, достигая 0,01-^-0,1 В. Поэтому сопротивление нагрузки выбирают в основном из условия получения необходимого разрешения — около 1—5 мкс. Некоторая потеря в амплитуде сигнала при малых твх здесь несущественна.
25
Еще большую амплитуду сигнала, достигающую десятков вольт, обеспечивает самогасящийся счетчик Гейгера. Мертвое время таких счетчиков — примерно 100 мкс. Поэтому при выборе сопротивления нагрузки стремятся к тому, чтобы постоянная ‘времени входа не ограничивала временную разрешающую способность самого счетчика.
Как уже отмечалось, особые требования предъявляются к схеме включения несамогасящегося счетчика Гейгера; ее эквивалентная схема отличается от основной. Разряд в таком счетчике сам прекратиться не может. Далее покажем, что гашение разряда осуществляется либо входной цепью (в этом случае сопротивление нагрузки достигает IO9 Ом), либо специальными электронными схемами, снижающими потенциал на счетчике после возникновения разряда.
В сцинтилляционном счетчике форма тока ФЭУ, как правило* повторяет форму световой вспышки в сцинтилляторе. Из-за большого усиления ФЭУ с его нагрузки иногда удается снимать импульс напряжения практически такой же формы и длительности* как импульс тока. В этом случае постоянная времени входа, естественно, должна быть меньше времени высвечивания фосфора [см. (1.24)], достигающего у органических сцинтилляторов 1— 0,1 не, и сопротивление нагрузки 'При малой емкости Cbx (5 пФ) снижается до Rh = 50~МООО Ом. Когда вопрос высокого разрешающего времени не является первостепенным и желательно получить большую амплитуду сигнала, сопротивление нагрузки берется большим — порядка IO6 Ом. В сцинтилляционных спектрометрах, где требуется обеспечить максимальное собирание заряда при хорошем разрешении, ищут, как будет показано в последующем разделе, компромиссное решение.
1.2.4. ОЦЕНКА ИНТЕГРИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ВХОДНОЙ ЦЕПИ
В спектрометрических измерениях, основанных на определении амплитудных распределений импульсов, правильность выбора постоянной времени входа заметно влияет на получаемое энергетическое разрешение. Поэтому производят оценку степени интегрирующего действия входной цепи. В этом возникает необходимость при выборе параметров сцинтилляционного спектрометра.
Для того чтобы с помощью сцинтилляционного детектора спектрометра можно было вести измерение больших интенсивностей, постоянную времени входа Xbx=RuCbx приходится выбирать сравнительно небольшой — порядка нескольких времен высвечивания сцинтиллятора Tc. При этом ищут компромиссное решение* обеспечивающее хорошее временное разрешение при малой потере амплитуды импульса. Потеря амплитуды импульса указывает на то, что во входной цепи не происходит полного собирания заряда и амплитуда импульса напряжения зависит от длительности и формы импульса тока, а это приводит к дополнительным погрешностям при измерениях. Напомним, что для ФЭУ сцинтилляцион-
26
ного детектора неоднородность импульсов тока является характерным явлением (см. п. 1.1.4). Для оценки «качества» интегрирующего действия ячейки RuCbx вводится понятие баллистической ошибки АЛ, показывающей, насколько амплитуда импульса напряжения Л0, вызванная импульсом тока конечной продолжительности, отличается от амплитуды Лмакс, вызванной током бесконечно малой длительности (Лмакс можно рассматривать также как максимальную амплитуду от реального импульса тока, развиваемую на идеальной интегрирующей цепи, имеющей ту же входную емкость Cnx, но ^h = 00),
