книги из ГПНТБ / Мазин П.Н. Основы ядерной электроники учеб. пособие

В тех случаях, когда измеряемая интенсивность ме­ няется в больших пределах, часто используют логарифми­ ческую зависимость между напряжением на выходе схемы ивтевсиметра и скоростью счета импульсов. Такая зависи­ мость достигается применением в качестве нагрузки не ре­ зистора, а диода с вольтамперной характеристикой типа

и- напряжение на диоде;

-ток через диод.

Схема интегратора в этом случае будет иметь вид, по­ казанный на рис. 6.35. Резистор rs необходим для вы­ бора рабочего участка вольтамперной характеристики. На­ пряжение на идеализированном диоде определится по фор­ муле

а с учетом сопротивления диода в пряном направлении напряжение на сопротивлении нагрузки диода примет вид

Из этого выражения видно, что для получения логарифми­ ческой зависимости нужно, чтобы тепловой ток был зна­ чительно меньше , напряжение на идеальном диоде бы­ ло значительно больше падения напряжения на сопротивле­ нии R^ , а сопротивление нагрузки диода RH было достаточно велико, чтобы не шунтировать логарифмирую­ щий диод.

390

При подаче на вход интегратора полохитедьннх импуль­

где Эа - амплитуда импульса тока}

^- длительность импульса.

Из этого выражения следует, что напряжение на емкости С линейно связано с логарифмом числа импульсов в еди­ ницу времени.

С помощью логарифмического интенсиметра можно изме­ рять несколько порядков интенсивности. На практике лога­ рифмическую зависимость часто получают, используя ку­ сочно-линейную аппроксимацию. В этом случае нагрузка интегратора состоит из нескольких параллельно включен­ ных ячеек. Каждая ячейка представляет собой резистор и стабилитрон или диод, закрытый напряжением определенной величины. По мере возрастания напряжения на конденсато­ ре подключаются дополнительные ячейки. Точность аппрок­ симации зависит от числа ячеек. Другой метод получения логарифмической зависимости основан на применении так называемых "диодных мензурок".

Диоды, конденсаторы и сопротивление составляют г-ю "мензурку", т .е . обычную схему интенсиметра с дозирую­ щей емкостью. Напряжения на выходе каждой ячейки, соот­ ветствующие данной скорости счета импульсных сигналов, суммируются усилителем постоянного тока. Выходное напря­ жение усилителя пропорционально логарифму интенсивности

391

где и - максимальное значение нормализованного им­ пульса ;

R - сопротивление обратной связи усилителя; R - сопротивление, входящее в нагрузку ячеек;

^ - постоянная времени первой "диодной мензурки". Точность выполнения логарифмической зависимости

данной схемой довольно высока в диапазоне частот от 10 до I0-5 имп/сек.

§ б. Схемы временной селекции импульсных сигналов детекторов ядерных излучен#

5 ядерной электронике широко применяются схемы вре­ менных совпадений и антисовпадений между событиями. Из этих схем можно получить данные о схемах распада радио­ активных ядер, о направлении движения ядерной частицы,

околичестве ядерных частиц, поглотившихся веществом

ит.д.

Принцип действия схемы совпадения заключается в со­ здании выходного импульса, когда на все входы от детек­ торов ЯИ одновременно или сдвинутыми на некоторый ин­ тервал времени, равный или меньший разрешающего време­ ни, приходят входные сигналы. Другими словами, схемы совпадений позволяют установить соответствие между на­ личием нескольких событий.

Схема антисовпадений представляет собой электронное устройство, создающее выходной сигнал, когда на часть входов его не приходят сигналы от детекторов ЯИ, в то время как на других входах они присутствуют. Другими

392

словами, схемы антисовпадений позволяет выделить из всей массы событий такие, которые соответствуют не нали­ чию, а отсутствию других событий.

Принципиальные схемы устройств совпадений и антисов­ падений отличаются друг от друга незначительно, и рас­ смотрение их обычно производится совместно. Совпадения бывают истинные, т.е. связанные с изучаемым процессом, и случайные, вызванные ядерными частицами, случайно сов­ павшими по времени с исследуемыми сигналами. Схемы же совпадений и антисовпадений характеризуются: а) разрешапцим временем, т.е. максимальным интервалом времени, в течение которого несколько импульсов, пришедших на все входы, регистрируются как совпавшие; б) коэффициентом отбора, т.е. отношением амплитуды импульса на выходе схемы при одновременном воздействии сигналов на всех ее входах к амплитуде выходного импульса, соответствущего действию сигналов на всех входах кроме одного; в) эф­ фективностью, т.е. отношением числа зарегистрированных схемой истинных совпадений (антисовпадений) к полному

сит от типа детектора и вида физического эксперимента. Желательно, чтобы в процессе измерения разрешающее вре­ мя было постоянным и малым по величине, это позволяет оценить и уменьшить число случайных совпадений.

Математическая запись коэффициента отбора имеет вид

где f - коэффициент отбора;

-амплитуда выходного сигнала при совпадении (антисовпадении) по N каналам;

393

Е- амплитуда выходного сигнала при совпадедении по п - I каналам.

Для того чтобы надекно отличать истинные совпадения

от помех, величина f> долина быть достаточно большой

( - 6).

Чувствительность схем совпадений и антисовпадений колеблется от десятых вольта до единиц вольт.

Различают параллельные и последовательные схемы совпадений и антисовпадений, в зависимости от их струк­ туры. Параллельная схема совпадений (схема Росси) яв­ ляется классической и широко применяется в ядерной элек­ тронике. В настоящее время наиболее распространен ее вариант на полупроводниковых диодах (рис. 6.38). В ис­ ходном состоянии через все диоды протекает ток. Потен­

циал точки А мал, так как величина сопротивления нагрузки Ra выбирается значительно больше суммы со-

394

противления открытого диода и выходного сопротивления канала, ( Rд Rq +Rk ) ' ЯРИ подаче на входы схемы положительных импульсов диоды переходят в режим отсеч­ ки. Потенциал точки А возрастает. Амплитуда входных импульсов должна удовлетворять неравенству

где £а.О - напряжение на открытом диоде:

Er - напряжение на RK при открытом диоде. Коэффициент отбора схемы равен

р = ------^ ____ - —

или

Условие выполнения данной формулы следующее:

Тзь р г

рпаьп

то формула для коэффициента отбора имеет вид

Ур N

395

Параллельная схема на диодах имеет малое входное сопротивление, что вынуждает применять эмиттерные пов­ торители. Ее коэффициент отбора зависит от амплитуды входных импульсов, что приводит к ненадежной работе при большом числе каналов. С помощью данной схемы удается получить разрешающее время в пределах 10 Q - I0-iU сек.

Представляет интерес в определенных случаях и по­ следовательная схема (рис. 6.39). Она использует прин­ цип последовательного управления катодным током элек­ тронной лампы и выполняется на основе многосеточных ламп, имеющих несколько управляющих сеток (обычно ис­ пользуют две сетки - управляющую и антидинатронную).На управляющие сетки подается отрицательное запирающее на­ пряжение. До момента совпадения положительных входных импульсов лампа закрыта, на ее аноде имеется высокий потенциал, примерно равный потенциалу источника пита­ ния £а (сопротивление анодной нагрузки много меньше внутреннего сопротивления закрытой лампы). При поступ­ лении на одну из управляющих сеток положительного вход­ ного импульса напряжение на нагрузке схемы не меняется, анодный ток лампы через нагрузку не протекает, так как она закрыта по другой управляющей сетке. При совпадении входных импульсов лампа открывается, напряжение на ней резко падает. На нагрузке схемы формируется отрицатель­ ный импульс, амплитуда которого может быть оценена по формуле

396

rOp - разревгащее время (около IO-10 сек.)* Схема экономична, так как в неходком режиме ток по

лампе не протекает, имеет большой коэффициент отбора и малое разрешающее время. Однако она обладает и недостат­ ками: большой потенциал запирания лампы по антидинатронвой сетке, малая чувствительность, пропускание импульса через емкость анодактидииатронная сетка.

Почти все схемы совпадений могут быть использованы в качестве схем антисовпадений. Требуются лишь некоторые изменения в одном или нескольких каскадах. Так, схема совпадений в варианте, приведенном на рис. 6.38, может быть изменена, как показано на рис. 6.40. До прихода

398

диоды 30{ и 50& поступают положительные сигналы,за­ пирающие их, а на диод 303 не поступает отрицательный сигнал. Таким образом, разница заключается в том, что схема антисовпадений имеет источник смещения для запира­ ния одного или нескольких каналов, и на эти каналы не­ обходимо подавать импульсы обратной полярности, что при­ водит к использованию дополнительного каскада усиления. Схемы совпадения имеют разновидность, когда один

или несколько импульсных сигналов не связаны с исследу­ емым явлением и служат для фиксирования временного ин­ тервала, в течение которого устройство чувствительно к сигналам, называемым селекторными. Разновидность эта носит название схемы пропускания и представляет собой устройство, позволящее выделить этап исследуемого про­ цесса, протекающего одновременно или запаздывающего от­ носительно заданного момента времени или определенного события (рис. 6.41).

Широкое распространение получила схема пропускания

ла будет небольшим. На выходе схемы импульса не будет,

действие сигнала на входе I сопровождается возникнове­ нием на выходе импульса с амплитудой

399