Сцинтилляционный координатно-чувствительный детектор

 

Изобретение относится к области ядерной физики и физике элементарных частиц, а именно к сцинтилляционным детекторам ионизирующего излучения, и предназначено для определения координаты сцинтилляции при прохождении моноэнергетических или релятивистских частиц через детектор. Цель - улучиюние координатного разрешения сцинтилляционного координатно-чувствительного детектора. Детектор состоит из сцинтиллятора в виде протяженной полосы, двух временных фотоумножителей, находящихся в оптическом контакте с противоположными торцами сцинтиллятора, двз х формирователей временной отметки, вход каждого соединен с выходом одного из фотоумножителей, и время амплитудного преобразователя, входы которого соединены с выходами формирователей временной отметки. Б детектор дополнительно введены два интегратора, входы которых подключены к выходам фотоумножителей, а выходы - к входам соответствующих формирователей ёременной отметки-, в качестве которых используются формирователи с постоянным порогом. 1 ил. i СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 Т 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4056909/31-25 (22) 16.04.86 (46) 07.05.88. Бюл. Р 17. (71) Московский инженерно-физический институт (72) В.Г.Бондаренко, В.А.Григорьев, и В.A.Êàïëèí (53) 621.3.08(088.8) (56) Sharpak Е. et аll. Location

of the position on particle trajectory in à scintillator. N I М 15 (1962), р. 323-326.

Патент США Ф 3978337, кл. G 01 Т 1/20, 1976. (54) СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ КООРДИНАТНОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР (57) Изобретение относится к области ядерной физики и физике элементарных частиц, а именно к сцинтилляционным детекторам ионизирующего излучения, и предназначено для определения координаты сцинтилляции при прохождеÄÄSUÄÄ 1394185 А 1 нии моноэнергстических или рсляти-вистских частиц через детектор.

Цель — улучшение координатного разрешения сцинтнлляционного координатно-чувствительного детектора. Детектор состоит из сцинтнллятора в виде протяженной полосы, двух временных фотоумножителей, находяшихся в оптическом контакте с противоположнымп торцами сцинтиллятора, двух формирователей временной отметки, вход каждого соединен с выходом одного из фотоумножителей, и время амплитудного преобразователя, входы которого соединены с выходами формирователей временной отметки. В детектор дополнительно введены два интегратора, входы которых подключены к выходам фотоумножителей, а выходы — к входам соответствующих формирователей временной отметки, в качестве которых используются формирователи с постоянным порогом. 1 ил.

1394185

Изобретение относится к ядерной физике и физике элементарных частиц, а именно к сцинтилляционным детектОрам ионизирующего излучения, и предназначено для определения координаты сцинтилляции при прохождении моноэнергетических или релятивистских частиц через детектор.

Целью изобретения является улуч, шение координатного разрешения сцин-! тилляционного координатно-чувстви тельного детектора.

На чертеже изображена блок-схема сцинтилляционного координатно-чувствительного детектора.

Сцинтилляционный координатно, увствительный детектор содержит сцинтиллятор 1 в виде протяженной толосы, фотоумножитель 2, находящий- 2О я в оптическом контакте со сцинтил пяторам i, интегратор 3, формирователь 4 с постоянным порогом, вход интегратора 3 соединен с выходом фотоумножителя 2, а выход подсоединен к входу формирователя 4, фотоумножитель 5, также находящийся в оптичес ком контакте с сцинтиллятором 1, интегратор 6, формирователь 7 с постоянным порогом, времяамплитудный преобразователь (ВАП) 8, причем вход интегратора 6 подсоединен к выходу фотоумножителя 5, а выход — к входу формирователя 7 с постоянным порогом, выходы формирователей 4 и 7 подключе35 ,ны к входам ВАП 8, выход ВАП являет ся выходом. устройства.

На входы формирователей 4 и 7 с постоянным порогом поступают сигналы с анодов фотоумножителей 2 и 5, про- „О интегрированные с помощью интеграторов 3 и б. Моменты срабатывания формирователей 4 и 7 с постоянным порогом зависят не только от момента прихода сигналов на формирователи

4 и 7, но и от амплитуды и длительности фронта этих сигналов и от величины порога формирователей с постоянным порогом.

Разность времен прихода импульсов на входы ВАП 8 преобразуется.им в амплитуду выходного сигнала. Таким образом, амплитуда сигнала с ВАП пропорциональна координате прохождения частицы через детектор. Для того чтобы устранить неопределенность, какой сигнал для ВАП является стартовым а какой стоповым, в канал лСтоп введена линия задержки с временем задержки, большим или равным интервалу времени между срабатываниями формирователя 4 при сцинтилляциях соответственно в ближнем и дальнем от фотоумножителя 2 концах сцинтиллятора. Такая линия задержки обычно является составной частью ВАП, применяемого для этой цели.

Существенным отличием предлагаемого технического решения по сравнению с известными- координатно-чувствительными сцинтилляционными детекторами является введение в каналы регистрации между ФЭУ и формирователями с постоянным порогом интеграторов

Зиб.

Смысл введения в схему. интеграторов заключается в следующем. От коор динаты прохождения частицы через детектор зависит не только время прихода световых вспышек на ФЭУ, но и их амплитуда. Чем дальне от ФЭУ находится место прохождения частицы через детектор, чем меньше амплитуда сигнала. Если для определения времени прихода света на ФЭУ использовать в канале регистрации формирователи с постоянным порогом, то время срабатывания формирователя будет зависеть как от времени прихода световой вспышки на ФЭУ, так и от амплитуды этой вспышки. Таким образом, время срабатывания формирователя с постоянным порогом несет в себе информацию о двух независимых способах измерения коорцинаты, что повышает точность измерений, При сцинтилляции в точке с координатой х в момент времени Т, момент срабатывания формирователя с постоянным порогом определяется выражением

Т = T + — + о Р A х где х — координата. сцинтилляции;

Ч вЂ” скорость распространения светового сигнала в сцинтилляторе; — длительность фронта импульса после интегратора;

d — порог формирователей с постоянным порогом;

A,è А„ — амплитуда сигналов на входе формирователей с постоянным порогом при сцинтилляции в точке х = О и х, Последний член выражения (1) получается при условии линейного нараста!

394185

4t = Т„

А =!с — °

А х (3) 40

50

55 ния фронта импульса на входе формирователя, что является хорошим приближением для большей части фронта сигнала и общепринято при выводе подобньтх соотношений.

В этом случае разность времени между моментами срабатывания формирователя при сцинтилляциях в точках х и х = 0 равна х ted

Т =0= — +-- —— к к (2)

t$ d Ao

= — + — --(— — 1) . !5

Ч Aà Aх

Величина А„ есть сложная функция координаты х, определяемая как геометрическим ослаблением света при удалении точки сцинтилляции от фото": катода фотоумножителя, так и ослаблением света вследствие самопоглощения в сцинтилляторе. Эта зависимость при.раэмерах сцинтиллятора и хо25 рошо аппроксимируется гиперболической зависимостью

Тогда вследствие линейной зависимости вцражения (2) от координаты х разность времени между срабатыванием двух формирователей равна удвоенному значению ht, "т.е.

2х 2ttb d Ao

4г = 26t — — + - --(-- — 1) °

Ао Az!

Линейная зависимость b t от х проверена экспериментально. В тех случаях, когда вследствие особых характеристик сцинтиллятора зависимость (3) не выполняется, результирующая формула, описывающая .величину

ht имеет более сложный вид (появляется нелинейная зависимость от координаты).

Амплитуда А на выходе ВАП 8 пропорциональна интервалу времени Ь t между срабатываниями формирователей

4 и 7 с постоянным порогом и определяется выражением

2х 2td d Ao

А ht= + (А, А

Первый член этого выражения опре. деляет координатную зависимость при временных измерениях, второй — добавочный член, использующий амплитудную зависимость от координаты сцин" тилляции. Второй член может увеличивать г. на величину г., которая при использовании сцинтилляторов длиной 50 см может даже превысить величину 2х/Ч.

Фотоумножители, используемые для временных измерений, имеют короткий фронт анодных импульсов и при использовании даже формирователей с постоянным порогом не оказывается заметного влияния на момент срабатывания формирбвателя при уменьшении амплитуды импульса фотоумножителя из-за затухания света в сцентилляторе.

С другой стороны в детекторе необходимо применять именно ФЗУ для временных измерений,так как используется временная информация и необходим малый временной разброс импульсов с ФЗУ, Введение интеграторов увеличивает длительность фронта импульсов на входах формирователей с постоянным порогом, в результате чего к изменению задержки в срабатывании формирователя с постоянным порогом из-за изменения координаты сцинтилляциидобавляется адержка в срабатывании формирователя с постоянным порогом из-за изменения амплитуды сигнала.

Этот эффект проявляется только при использовании для формирования временной отметки формирователя с постоянным порогом, формирователь со следящим порогом такого эффекта не дает.

Применение интеграторов увеличивает величину t и соответственно g,t.

При отсутствии интеграторов величина не может превышать длительность фронта сигнала с фотоумножителя. Для того, чтобы удлинить этот фронт, получить более низкую, эффективную скорость и, как следствие, лучшее координатное разрешение, в предлагаемом устройстве применяются интеграторы.

Параметры интегрирования и пороги формирователей с постоянным порогом подбираются оптимальными с точки зрения координатного разрешения детектора.

В качестве примера реализации предлагаемого изобретения может быть предложено устройство с сцинтиллятором в виде протяженной полосы раэме1394 ром 22х5х2 см, изготовленной иэ стандартного пластмассового сцинтиллятора на основе полистирола, двух времен-! ных фотоумножителей ФЗУ-87, имеющих

5 анодный импульс с фронтом 2 нс, и двух формирователей с постоянным порогом.

В качестве интегратора используют

RC-цепочку с постоянной интегрирова, ния, равной 10 нс. Порог формироваi телей с постоянным порогом устанав1 ливают на уровне 50 от амплитуды сигнала на входе формирователя при сцинтилляции в дальнем от соответст" ,Э вующего фотоумножителя конце сцинтил-! лятора. Детектор облучают электронами .от источника стронций-90, Применение интеграторов улучшает координатное . разрешение примерно на 30 (5,2"

,,3,5 см).

Более значительное улучшение ко1 .ординатного разрешения детекторов при введении интеграторов может быть получено при.использовании сцинтилляторов большей толщины и при регистрации сильноионизирующих частиц.

Таким образом, использование изоб ретения позволит улучшить координат185 6 ное разрешение детекторов при незначительных трудовых и материальных затратах примерно на 30 .

Формула изобретения

Сцинтилляционный координатно-чувствительный детектор, состоящий из сцинтиллятора в виде протяженной полосы, двух временных фотоумножителей, находящихся в оптическом контакте с противоположными торцами сцинтиллятора, двух формирователей временной отметки, вход каждого сое динен с выходом одного из фотоумножителей, и времяамплитудного преобразователя, входы которого соединены с выходами формирователей временной отметки, отличающийся тем, что, с целью улучшения координатного разрешения, в него дополнительно введены два интегратора, входы интеграторов подключены к выходам фотоумножителей, а выходы — к входам соответствующих формирователей временной отметки, в качестве которых чспользуются.формирователи с постоянным порогом, 1394185

Составитель С. Кулешов

Техред N.Äèäûê Корректор И. Пожо

Редактор А. Ворович

Заказ 2219/44 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4