Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
8.2.1. РЕЗИСТИВНЫЙ МЕТОД
Этот метод состоит в том, что один из электродов пропорционального счетчика ионизационной камеры или полупроводникового детектора изготавливают из материала с большим сопротивлением. В результате происходит перераспределение токов в детекторе, и возникающие на нагрузках сигналы несут информацию о месте регистрации элементарной частицы. В этом нетрудно убедиться, анализируя работу координатно-чувствительного пропорционального счетчика (рис. 8.1,а).
В счетчике, рассчитанном на резистивный съем информации, анод детектора выполняют из тонкой проволоки: из нихрома или нержавеющей стали диаметром около 100 мкм и с удельным сопротивлением р=10 Ом/мм. Заметим, что в данном случае сопротивление нити значительно меньше, чем в детекторах, рассчитанных на резистивно-емкостный съем (см. далее), и значение распределенной емкости детектора C0 мало влияет на скорость распространения заряда, образованного в точке х в момент регистрации. Здесь заряд практически со скоростью света достигает концов нити.
359
Рис. 8.1. Координатно-чувствительный пропорциональный счетчик (а) и его> эквивалентная схема (б)
Используя эквивалентную схему, приведенную на рис. 8.1 ,бт оценим токи и заряды, поступающие в выходные цепи. Полагая, что внутреннее сопротивление участка детектора, где образуется исходный заряд, велико и его можно рассматривать как источник тока /о, а также учитывая, что постоянные времени выходных цепей равны и значительно больше длительности импульса тока, т. е. в эквивалентной схеме для импульса емкости Cb C2 можно рассматривать как короткое замыкание, запишем
А) = h + (8Л)
где /1 и I2 — токи, поступающие в выходные цепи, и
h
Из (8.1), (8.2) находим
h рТ'й‘\ - <8-2>
рх + P (/ — X)
X = Ifl-------Ц.
V h + h)
Поскольку токи интегрируются, то для определения координаты X необходимо знать заряды, поступающие в выходные цепи детектора Qi и Q2, либо снимаемые с нагрузки имтгльсы напряжения
Uu U2
Qi U1
Х~-----------; Xtt----------1-- .
Qt + Q2 U1 -f U2
Электронная схема координатно-чувствительного детектора с резистивным съемом приведена на рис. 8.2. Она состоит из зарядно-чувствительных усилителей У і, У2у схемы суммирования для определения суммы Ui +U2 и делителя, вычисляющего отношение Ux/(Ui + U2). В качестве сумматора и делителя обычно применяют аналоговые схемы. Они имеют меньшую точность по сравнению с цифровыми схемами, но значительно проще госледних и имеют большее быстродействие, что необходимо для обеспечения высокой скорости регистрации.
Отметим, что усилители в данной схеме должны иметь одинаковый коэффициент усиления. Сигналы с выхода делителя подаются
360
анализатору
Рис. 8.2. Электронная схема координатно-чувствительного детектора с резистивным съемом
Рис. 8.3. Схема для съема данных с координатно-чувствительного полупроводникового детектора
на амплитудный анализатор, регистрирующий распределение частиц или квантов вдоль нити счетчика.
Резистивный метод съема информации используется и в полупроводниковых координатно-чувствительных детекторах. В поверхностно-барьерном детекторе, выполненном из кремния /г-типа, резистивный слой образует зона необедненного кремния (рис. 8.3). К концам ее подсоединяют металлические контакты. Один из контактов заземляют, второй подключают к усилителю.
Ионизирующая частица создает в обедненном слое электроны и дырки, которые перемещаются под действием электрического поля; во внешней цепи протекает ток. Полный заряд Q собирается в пени электрода из золота (Au), и на выходе предварительного усилителя ПУ2 возникает импульс напряжения. Ток течет и по резистивному слою в землю через левый контакт и во входную ем-
36!
кость предварительного усилителя ПУ і; в резистивном слое ток распределяется обратно пропорционально сопротивлению участков I и (/—х). Соответственно заряд, собираемый на входе ПУи будет равен xQ/l, а импульс напряжения xQ/lC0.c- Для определения координаты зарегистрированной частицы необходимо найти отношение сигналов, снимаемых с выходов усилителей. Для этого в схеме предусмотрен делитель аналогового типа. Амплитуда импульсов, снимаемых с выхода делителя, пропорциональна координате х. Эти импульсы подают на амплитудный анализатор AAt и находят распределение частиц по координате х.
Заметим* что линейность полупроводникового позиционно-чувствительного детектора в большой степени определяется однородностью резистивного слоя. Поэтому при изготовлении таких детекторов необходим материал с высокой однородностью распределения удельного сопротивления и хорошей параллельностью граней.
Погрешность, с которой может быть определена координата частицы в координатно-чувствительном детекторе, называют координатным или позиционным разрешением. В пропорциональном счетчике и полупроводниковом детекторе она определяется шумами, создаваемыми соответственно сопротивлениями нити и резистивного слоя. При оценке шумов необходимо учитывать небольшую для этих детекторов межэлектродпую емкость С.
