Устройство для измерения амплитудных спектров ионизирующих излучений

 

Область использования: экспериментальная и прикладная ядерная физика, в активационном анализе, радиохимии, спектрометрии. Сущность изобретения: в устройство, содержащее детектор, выход которого через усилитель-формирователь подключен к входу линейной схемы пропускания и входу дискриминатора уровня, первый выход которого соединен с вторым входом линейной схемы пропускания, а также счетчик импульсов, выход которого связан с запоминающим устройством, введены осциллографирующий блок с электронно-лучевой трубкой, маска, световод, фотоприемник и второй усилитель-формирователь. Маска, световод и фотоприемник установлены последовательно с электронно-лучевой трубкой осциллографирующего блока. Фотоприемник, второй усилитель-формирователь, счетчик импульсов соединены последовательно, а второй выход дискриминатора уровня соединен со вторым входом осциллографирующего блока. 2 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной и прикладной ядерной физики и может быть использовано в активационном анализе, радиохимии, спектрометрии. Известен амплитудный анализатор спектров ионизирующих излучений, содержащий детектор, усилитель-формирователь, дискриминаторы, схемы антисовпадений и счетчики импульсов. Количество дискриминатор с разными уровнями дискриминации определяют количество каналов регистрации и, следовательно, интервалов, на которые разделен диапазон измеряемых амплитуд. Дискриминаторы настраивают так, чтобы порог срабатывания каждого последующего дискриминатора отличался от порога срабатывания предыдущего на величину, определяющую ширину интервала. Дискриминаторы соединены со схемами антисовпадений, поэтому импульс регистрируется только в том канале, для которого отсутствует срабатывание последующего дискриминатора. Недостатком способа является ограничение скорости проведения анализа из-за временных задержек, связанных с обеспечением надежного срабатывания дискриминаторов и схем антисовпадений. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является многоканальный амплитудный анализатор. Амплитудный анализатор содержит детектор, выход которого через усилитель-формирователь подключен к первому входу линейной схемы пропускания и входу дискриминатора уровня, выход которого соединен со старым входом линейной схемы пропускания, а также блок преобразования амплитуды импульса во временной интервал (БПА), счетчик и запоминающее устройство, причем вход БПА соединен с выходом линейной схемы пропускания, а выход соединен с входом счетчика, выход которого связан с запоминающим устройством. Принцип работы анализатора основан на преобразовании амплитуды импульса в интервал времени, который заполняют импульсами стабильной частоты. Количество импульсов определяет длительность интервала, а следовательно, и амплитуду измеряемого импульса. Недостатком этого технического решения является большое мертвое время, что ограничивает быстродействие устройства до (50-100)˙10³ событий/с. Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения амплитудных спектров ионизирующих излучений, содержащее детектор, выход которого через усилитель-формирователь подключен к первому входу линейной схемы пропускания и входу дискриминатора уровня, первый выход которого соединен со вторым входом линейной схемы пропускания, а также счетчик, выход которого связан с запоминающим устройством, согласно изобретению, дополнительно содержит второй усилитель-формирователь, световод, фотоприемник, маску и осциллографирующий блок, первый вход, второй вход и выход которого соответственно подключены к выходу линейной схемы пропускания, к выходу дискриминатора уровня и через последовательно установленные маски, световод и фотоприемник - к входу второго усилителя-формирователя, выход которого подключен к входу счетчика. Изобретение поясняется схемой устройства. Устройство для измерения амплитудных спектров ионизирующих излучений содержит последовательно соединенные детектор 1, усилитель-формирователь 2, линейную схему пропускания 3 и осциллографирующий блок 4 с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) 5. Кроме того, устройство содержит последовательно установленные с ЭЛТ маску 6, световод 7 и фотоприемник 8, а также дискриминатор уровня 9, второй усилитель-формирователь 10, счетчик импульсов 11 и запоминающего устройства 12. Маска 6 выполнена с чередующимися прозрачными и непрозрачными полосами, расположенными параллельно оси Х на ЭЛТ 5. Вход дискриминатора уровня 9 соединен с выходом первого усилителя-формирователя 2, а первый и второй выходы соответственно с вторым входом линейной схемы пропускания 3 и вторым входом осциллографирующего блока 4. Выход фотоприемника 8 соединен с входом второго усилителя-формирователя 10, выход которого соединен с входом счетчика импульсов 11. Выход счетчика импульсов 11 связан с запоминающим устройством 12. Работа устройства в процессе измерения амплитудных спектров осуществляется следующим образом. Электрический импульс с выхода детектора 1 поступает на вход усилителя-формирователя 2, где усиливается, а его задний фронт укорачивается. Затем импульс, если его величина превосходит величину, заданную в дискриминаторе уровня 9, проходит через линейную схему пропускания 3 на вход Y осциллографирующего блока 4, для которого дискриминатор уровня 9 вырабатывает сигнал запуска горизонтальной развертки. Световой луч прочерчивает на экране ЭЛТ 5 изображение импульса, которое воспринимается фотоприемником 8 как последовательность коротких световых сигналов, возникающих в те моменты, когда световой луч пересекает прозрачные участки маски 6. Чем больше амплитуда импульса, поступившего на вход Y оусиллографирующего блока 4, чем больше прозрачных участков маски 6 пересечет световой луч за время прохождения импульса. Фотоприемник 8 преобразует световые сигналы в серию электрических импульсов, которые поступают на второй усилитель-формирователь 10, а затем на счетчик импульсов 11. С выхода счетчика импульсов 11 информация о числе импульсов в серии, которое определяет адрес счетной ячейки, поступает в запоминающее устройства 12, в котором производится регистрация события в соответствующем канале. С помощью предложенного устройства преобразование амплитуда-код может быть выполнено быстрее, чем в известных решениях. Квантование проводится относительно координаты Y на экране ЭЛТ 5, поэтому горизонтальная развертка не влияет на частоту модуляции. При выключенной горизонтальной развертке луч за время прохождения импульса совершит перемещение вверх и вниз по оси Y и дважды пересечет уровни квантования на экране, который преобразует маска. При включенной горизонтальной развертке можно выделить передний фронт импульса и осуществить преобразование амплитуда-код непосредственно в процессе нарастания импульса за время, сравнимое с разрешающим временем, детектором ядерных излучений (10^-6-10^-8). Для этого необходимо использовать осциллографирующие блоки, работающие с электронно-лучевыми трубками с коротким послесвечением люминофора или без послесвечения (просвечивающие ЭЛТ, предназначенные для получения интенсивного точечного пятна). Устройство для измерения амплитудных спектров ионизирующего излучения было выполнено для проведения активационного анализа в условиях большого фона. Оно содержало германий-литиевый детектор ДГДК-63, импульсы с выхода которого имели время нарастания 150 нс, усилитель-формирователь, усиливающий импульсы и укорачивающие их задние фронты, осциллографа С1-31 с электронно-лучевой трубкой 13ЛО10Т. Изображение с экрана электронно-лучевой трубки через световод, выполненный из оргстекла, подавалось на электронный фотоумножитель ФЭУ-135. Маска была размещена между экраном электронно-лучевой трубки и световодом. Она была выполнена из фотопленки, на которой фотоспособом были нанесены 50 пар чередующихся прозрачных и непрозрачных полос. Маска была установлена так, чтобы полосы были параллельны оси Х электронно-лучевой трубки. При осциллографировании импульсов световой луч последовательно пересекал полосы маски, вследствие чего менялась интенсивность светового потока, подаваемого на вход ФЭУ и на его выходе за время происхождения каждого импульса образовывались импульсы, количество которых соответствовало числу пересечений световым лучом прозрачных полос маски. Импульсы подавались на вход быстрого счетчика, выполненного из ИСК1500ТМ130, и по их количеству в запоминающем устройстве выбирался номер канала регистрации. Число каналов соответствовало количеству прозрачных полос маски. Каждый из каналов регистрации содержал 24-разрядный двоичный счетчик, счетное состояние которого увеличивалось на 1 при поступлении сигналов в виде кода канала на вход запоминающего устройства. Весь процесс преобразования и регистрации импульса занимал около 400 нс, что позволило работать при загрузках до 2˙10⁶ имп/с. Предложенное устройство позволило при проведении анализа образцов выделить линии спектра исследуемых элементов в условиях сильного фона, вызванного комптоновскими гамма-квантами. Использование высоких загрузочных возможностей устройства позволило также ускорить цикл анализа за счет сокращения времени облучения и высвечивания исследуемых образцов. (56) Цитович А. П. Ядерная электроника. М. : Энергоатомиздат, 1984, с. 270-272. Анализатор импульсов многоканальный амплитудный АИ-1024-95. Устройство и принцип работы. ЖШ 1.287.660 ПС, 1982.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНЫХ СПЕКТРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащее детектор, выход которого через усилитель-формирователь подключен к первому входу линейной схемы пропускания и входу дискриминатора уровня, первый выход которого соединен с вторым входом линейной схемы пропускания, а также счетчик, выход которого связан с запоминающим устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены усилитель-формирователь, световод, приемник, маска и осциллографирующий блок, первый вход, второй вход и выход которого соответственно подключен к выходу линейной схемы пропускания, к выходу дискриминатора уровня и через последовательно установленные маску, световод и фотоприемник - к входу усилителя-формирователя, выход которого подключен к входу счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1