16.4ТРИ ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ СОВПАДЕНИЙ

16.4.1 Схема с переменным мертвым временем

Схема с переменным мертвым временем или VDC была разработана в Европе для анализа плутониевых отходов [6-8]. Эта схема является простой (рис. 16.6), но требует сложной процедуры анализа. Схема с переменным мертвым временем содержит короткие ворота, а также длинные ворота. Обычно ширина коротких ворот составляет 4 мкс и они служат для регистрации большинства событий деления и случайных событий. Длинные ворота обычно имеют ширину от 32 до 128 мкс и они не регистрируют большинство событий деления, но регистрируют большинство случайных событий. И те, и другие ворота являются воротами, которые не продлевают мертвое время, поэтому, используя уравнение (16.6), для приблизительного расчета чистой скорости совпадений R можно получить следующее выражение пропорциональности:

ãäå S1 — скорость счета в пересчетном устройстве, соединенном с короткими воротами, ширина которых равна G1;

S2 — скорость счета в пересчетном устройстве, соединенном с длинными воротами, ширина которых равна G2.

Выражение (16.8) можно использовать только до скоростей счета порядка нескольких килогерц или менее, поскольку это выражение не разрешает интерференции между событиями деления и случайными событиями, более сложные выражения приведены в работах [9] и [10]. Когда вынужденные деления в образце приводят к образованию более длинных цепочек деления, возникают дополнительные трудности [11, 12]. По этой причине схема с переменным мертвым временем не может использоваться для анализа больших образцов со значимым эффектом умножения.

Ðèñ. 16.6. Схема с переменным мертвым временем

16.4.2Схемаодновибратораспродлеваемыммертвымвременем

Схема одновибратора с продлеваемым мертвым временем [10] показана на рис. 16.7. Первая половина этой схемы генерирует сигнал мгновенных совпаде-

ний между воротами шириной G и коротким триггером. Эти совпадения состоят из действительных R и случайных A совпадений. Для того, чтобы произвести поправку на случайные совпадения, необходимо добавить длительную задержку, а затем измерить совпадения между вторыми задержанными воротами ширины G и коротким исходным запускающим импульсом. Если значение длительной задержки намного превышает время затухания τ в детекторе, то вторая цепь совпадения будет измерять только случайные события А. Тогда отклик чистых совпадений R определяется как разность между показаниями двух пересчетных устройств. Рис. 16.3 поясняет этот процесс.

Ðèñ. 16.7. Схема совпадений с продлеваемым мертвым временем на двух одновибраторах равной длительности

На рис. 16.3 также показано, что на действительные результаты измерений, которые подчиняются распределению Росси-альфа, накладывается несколько ограничений: а) наложение импульсов и мертвое время электроники будут искажать распределение вблизи t = 0, поэтому следует начинать анализ после некоторого времени P, называемого предварительной задержкой; б) из-за того, что распределение действительных событий распространяется за пределы временного интервала ворот G, некоторые действительные совпадения будут потеряны воротами без задержки; в) в принципе, некоторые действительные совпадения могут появиться и в воротах с задержкой, если величина задержки D недостаточна. Принимая во внимание эти ограничения, отклик действительных совпадений цепи одновибратора с продлеваемым мертвым временем рассчитывается с помощью следующей формулы:

Экспонента в числителе определяется выражением (16.7) и является поправкой на потерю счетных импульсов в течение ворот G с продлеваемой шириной. Такая большая поправка ограничивает полезность этой схемы для скоростей сче- та 20-30 кГц и ниже. Были также построены схемы одновибратора с непродлеваемым мертвым временем [13, 14], но их применение также ограничивалось низкими скоростями счета.

16.4.3 Логика уменьшенной дисперсии

Одна интересная схема анализа нейтронных совпадений берет свое начало из области анализа шумов реактора, который проводится с целью изучения флуктуации скорости счета систем, регистрирующих нейтроны. Используя эти флуктуации, можно вычислить моменты распределения скоростей счета нейтронов (дисперсионный метод Фейнмана [14]). Схема логики уменьшенной дисперсии RVL использует этот метод для анализа ядерных материалов [15 и 1 6].

Cхема RVL накапливает полное число нейтронов С за короткий временной интервал, изменяющийся от 100 до 2000 мкс в зависимости от задачи. Это измерение повторяется в течение большого числа временных интервалов, пока не будет достигнуто приемлемое время анализа, которое может составляòü îò 100 äî 1000 с. По результатам этих измерений схема вычисляет первый — C и второй —

C 2 моменты распределениÿ èмпульсов. Отношение дисперсии к среднему значе- нию дается выражением (C 2 −C 2 )/ C. Для случайных отсчетов, для которых

справедливо распределение Пуассона, это отношение равно единице.

Если имеются коррелированные во времени события, то значение параметра Y, которое определяется с помощью следующего уравнения:

будет отлично от нуля. Этот параметр зависит от эффекта размножения в образце и не зависит от скорости спонтанного деления в нем. Другая комбинация моментов пропорциональна массе образца:

Величина Q не зависит от случайного некоррелированного фона и пропорциональна только скорости счета действительных совпадени й R.

Схема RVL генерирует параметры Q и Y для каждого анализируемого образца. Для небольшого образца без размножения массу 240Puýôô можно найти непосредственно из Q. Для образцов со значимым эффектом саморазмножения значе- ние массы 240Puýôô получается с помощью графика нелинейной зависимости вели- чины Y от Q/240Puýôô . График получают с помощью стандартного образца известной массы. Поправка к уравнению (16.11) на мертвое время электроники для высоких скоростей счета дана в [17].

В обычной практике схема RVL использовалась для анализа образцов с высоким размножением [18]. Для фиксированных заводских задач может быть добавлена система компьютерного анализа для получения высших моментов С и определения распределения временных интервалов между отдельными импульсами. В принципе, схема RVL использует то же самое распределение импульсов и обеспечивает ту же самую аналитическую информацию, что и схема сдвигового регистра, которая будет описана в следующем разделе. На практике схема RVL на данном уровне развития требует более сложных алгоритмов интерпретации данных и имеет ограничения по скорости счета.