Ðèñ. 4.8. Эффект регулировки схемы "полюс-ноль" на выходе усилителя (слева) и форма пика полного поглощения (справа). Верхние рисунки показыв ают недокомпенсацию схемы "полюс-ноль", которая вызывает "недолет" усилителя и затягивание "хвоста" на низкоэнергетической стороне пика МКА. Средние рисунки показывают правильную компенсацию схемы "полюс-ноль". Нижние рисун ки показывают перекомпенсацию схемы "полюс-ноль", которая вызывает "пере лет" усилителя и затягивание "хвоста" на высокоэнергетической стороне пик а МКА

усилителю. Регулировку следует проверять всякий раз, когда изменяют постоянную времени усилителя.

4.5.2 Цепь восстановления базового уровня

Цепи восстановления базового уровня (ВБУ) были добавлены в спектрометрические усилители вскоре после введения схем "полюс-ноль". Подобно схеме "полюс-ноль", цепь ВБУ помогает поддерживать стабильный базовый уровень. Схема "полюс-ноль" расположена на входе усилителя и является очень простой;

цепь ВБУ расположена на выходе усилителя и часто довольно сложна. Схема "по- люс-ноль" предохраняет от "недолета", обусловленного конечным временем спада выходного импульса предусилителя; цепь ВБУ подавляет дрейф базового уровня, вызванный сложением однополярных выходных импульсов переменного тока. Хотя в некоторых усилителях цепь ВБУ действует автоматически, другие усилители имеют цепь управления для оптимизации рабочих характеристик усилителя для различных скоростей счета и различных типов предусилителей. Оптимальная установка параметров цепи ВБУ часто определяется методом проб и ошибок.

4.5.3 Цепь режекции наложений

Цепи режекции наложений были добавлены во многие наиболее совершенные усилители для улучшения их характеристик при высоких скоростях счета. Режектор наложений использует временной цикл для обнаружения и отсеивания событий перекрытия двух или более импульсов от гамма-излучения. Такие события дают объединенную амплитуду импульса, которая не является характеристикой какого-либо одного гамма-кванта, а только увеличивает высоту уровня фона в полученном спектре. На рис. 4.9 показано, как перекрываются два импульса гамма-излучения, и образуется наложение импульсов. Для германиевых детекторов минимальное расстояние между импульсами, которое может быть разрешено режектором наложений, приблизительно равно 0,5 мкс. Режектор наложений обычно дает логический импульс, который может быть использован для режекции наложений. В случаях высоких скоростей счета режектор наложений может дать лучшее разрешение и более низкий уровень фона; в результате упрощается определение площадей пиков полного поглощения. На рис. 4.10 показано улуч- шение качества спектра, которое может быть достигнуто при использовании режектора наложений. На рисунке также показано, что режектор наложений может привести к обострению формы суммарных пиков таким образом, что они могут быть ошибочно приняты за реальные пики полного поглощени я.

Режекция наложений достигается за счет усложнения работы и более жестких требований к выходному импульсу предусилителя, который должен быть свободен от высокочастотного сигнала, вызывающего ложные признаки наложения во временных цепях. Он также должен быть свободен от высокочастотных помех источников питания, пересчетных приборов, компьютеров и видеотерминалов. Такой высокочастотный сигнал обычно отфильтровывается в основном

Ðèñ. 4.9. Природа и эффект наложения импульсов на выходе усилителя спектрометра. Когда два импульса разделены друг от друга меньше, чем на время нарастания напряжения усилителя, амплитуда результирующего импульса не характеризует ни один из входных импульсов

усилителе, но может вызвать ложные признаки наложения в цепи режекции и привести к чрезмерной режекции импульсов гамма-излучения и искажениям спектра. Значительное внимание должно быть уделено настройке цепей режекции наложений.

Правильное использование схемы "полюс-ноль", цепей восстановления базового уровня и режекции наложений может значительно улучшить качество измеренного спектра гамма-излучения. Так как осциллограф крайне необходим для установки оптимальных характеристик этих цепей, каждому пользователю гам- ма-спектрометрической системы следует иметь хороший осциллограф. Пользователям следует понимать работу осциллографа так же хорошо, как работу спектрометрической системы. Они скорее могут обнаружить и предотвратить различ- ные проблемы путем правильного использования осциллографа, чем при применении какого-либо другого оборудования.

4.5.4 Усовершенствование схемы усилителей

Два последних усовершенствования схемы усилителей улучшают способность гамма-спектрометрических систем работать при высоких загрузках без чрезмерного ухудшения спектра. Обе идеи используют узкую форму импульса для снижения потерь от наложений с одновременным сохранением хорошей формы пика, отношения сигнал/шум и разрешения.

В одной из схем на выходе стандартного высококачественного усилителя добавляется запирающий интегратор. Амплитуда выходного импульса интегратора пропорциональна интегралу выходных импульсов усилителя. Выходной сигнал интегратора преобразуется в цифровой код с помощью аналогово-цифрового преобразователя. Для конкретного типа взаимодействия гамма-излучения время сбора заряда зависит от напряжения электрического поля в детекторе и места взаимодействия. Носители заряда, которые образуются далеко от собирающих электродов или в областях, где электрическое поле слабее, достигают электродов позднее. Заряд, который собирается очень поздно, может не дать вклада в часть импульса предусилителя, несущую информацию; вероятно такой заряд вызывает баллистический дефицит. Если постоянные времени усилителя сравнимы со временем сбора заряда, интеграл выходных импульсов усилителя в большей степени пропорционален собранному заряду, чем амплитуда импульса. Если оценивать качественно, то интегратор позволяет увеличить период сбора заряда и уменьшает баллистический дефицит. С комбинацией усилитель-интегратор могут использоваться меньшие значения постоянных времени, чем в случае одного усилителя. Малые постоянные времени уменьшают потери при наложении импульсов и увеличивают пропускную способность. На рис. 4.11 показаны выходные импульсы усилителя и соответствующего интегратора.

Во второй схеме вместо обычных дифференциально-интегральных фильтров используются временные фильтры. Методика требует специальных предусилителей и аналогово-цифровых преобразователей, она действует при таких высоких загрузках, как 106 имп./с, при номинальной пропускной способности 80000 имп./с. На рис. 4.12 показано, что форма выходного импульса этой системы существенно отличается от формы импульса привычной функции Гаусса.