Ðèñ. 4.11. Обычный выходной сигнал и выходной сигнал запирающего интегратора от усилителя, который использует запирающий интегратор для уменьшения баллистического дефицита при малых постоянных времени. Запирающий интегратор улучшает разрешение, снижает наложения импульсов и потери из-за мертвого времени при высоких скоростях счета на входе

Ðèñ. 4.12. Выходной сигнал импульсного процессора, использующего временные фильтры для формирования выходных импульсов предусилителя

Следует подчеркнуть, что выбор детектора с наилучшим сбором заряда является чрезвычайно важным для спектрометрии высокого разрешения при высоких загрузках.

4.6 ОДНОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР

Одноканальный анализатор (ОКА) является прибором амплитудно-импуль- сного анализа. На рис. 4.1 он показан в составе простой спектрометрической системы. Исторически первый амплитудно-импульсный анализирующий прибор представлял собой дискриминатор с одним регулируемым порогом напряжения. Если напряжение выходного импульса усилителя превышает порог дискриминатора, дискриминатор выдает логический импульс, который используется для сче- та и осуществления функций контроля и имеет фиксированную амплитуду и ширину, в спектрометрической аппаратуре обычно равные 5 В и 1 мкс, соответственно. Пороговое напряжение калибруется на эквивалентную ему энергию гамма-из- лучения. Когда выход дискриминатора соединен с пересчетным устройством, то оно считает все гамма-кванты, которые обладают энергией, превышающей порог дискриминации.

ОКА обычно представляет собой два дискриминатора с независимыми порогами. Если амплитуда импульса усилителя превышает нижний порог и меньше верхнего порога, ОКА выдает логический импульс. Если выход ОКА присоединен к пересчетному устройству, то оно будет считать все гамма-кванты в выбран-

Ðèñ. 4.13. Принципы действия одноканального анализатора (НУД — нижн ий уровнь дискриминации, ВУД — верхний уровнь дискриминации)

ном энергетическом диапазоне или канале. На рис. 4.13 проиллюстрировано действие ОКА.

Энергетический спектр гамма-излучения можно измерить, устанавливая узкое энергетическое окно и регистрируя серии отсчетов при последовательном перемещении окна вдоль рассматриваемого энергетического диапазона в виде серии непрерывных и не перекрывающихся энергетических каналов. Этот метод очень продолжителен по времени, когда окно узкое и необходимо зарегистрировать много отсчетов. До появления многоканальных анализаторов (МКА) для измерения спектров гамма-излучения использовались ОКА (см. рис. 4.14). Методику иногда автоматизировали, добавляя механический привод для управления нижним порогом и регистрирующий измеритель скорости отсчетов на выходе ОКА.

Если значение напряжения верхнего порога привязано к значению напряжения нижнего порога, то оба порога ОКА могут привязываться к одному и тому же исходному уровню напряжения, обычно ноль вольт. Окно регистрации можно продвигать по спектру, регулируя только нижний порог. Некоторые ОКА могут действовать как два независимых дискриминатора, как ОКА с независимыми порогами или как только что описанный оконный ОКА. Некоторые ОКА дают информацию только об амплитуде импульса, другие — амплитудно-импульсную и временную информацию. Для установки окна ОКА в требуемом энергетическом

Ðèñ. 4.14. Гамма-спектр высокообогащенного урана, измеренный с помо щью высококачественного детектора NaI. Точки показывают 4096-канальный спектр М КА, а гистограмма — 100-канальный спектр ОКА. Общее число отсчетов в о боих спектрах одинаково; следовательно, точность отдельной точки в 4096-канальном спектре составляет только одну шестую соответствующей п олосы в 100-кана- льном спектре. Вертикальные шкалы обоих спектров были нор мированы

диапазоне могут быть использованы некоторые процедуры, запирая осциллограф или МКА от выходного сигнала ОКА.

4.7СЧЕТЧИКИ, ПЕРЕСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА, ТАЙМЕРЫ

ÈИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ СЧЕТА

Счетчик/таймер, показанный на рис. 4.1, является самой простой частью спектрометрической системы; его функция заключается в счете выходных логи- ческих импульсов ОКА.

Термины счетчик è пересчетное устройство обычно равнозначны. До появления цифровых электронных дисплеев, таких как светодиоды и жидкокристаллические дисплеи, для индикации числа зарегистрированных импульсов использовались электромеханические регистраторы. Однако они были очень медленными и часто им предшествовали электронные цепи, вырабатывающие один логиче- ский импульс, соответствующий фиксированному числу входных логических импульсов. Такой "пересчетный " коэффициент обычно является степенью 10. Исторически термин пересчетное устройство правильно применять к электронным цепям, которым предшествовали электромеханические регистраторы. Хотя механические регистраторы больше не используют, термин пересчетное устройство часто применяют в регистрирующей аппаратуре, которая не имеет функции управления и контроля времени. Термин счетчик является более предпочтительным и наглядным. Термин таймер обычно применяется к отдельному устройству, которое измеряет время и может включать один или более счетчиков в вы-

бранный временной интервал. В прошлом счетчики и таймеры были обычно отдельными устройствами; сейчас обе функции часто объединяются в одном устройстве, которое можно назвать счетчик/таймер или просто счетчик. Измеритель скорости счета определяет среднюю скорость счета импульсов, поступающих на его вход, и может быть использован вместо или вместе со сче тчиком.

Современные счетчики действуют при максимальных загрузках около 2Ч107 имп./с и могут зарегистрировать два импульса, интервал времени между которыми составляет почти 50 нс. Большинство счетчиков имеют емкость в шесть десятичных разрядов, однако имеются семи и восьмиразрядные счетчики. Хотя счетчики и таймеры обычно имеют визуальное отображение числа импульсов или секунд, существуют счетчики и без визуального отображения для тех слу- чаев, когда требуется только автоматическое считывание в компьютер или на пе- чать. Многие счетчики выдают логический импульс переполнения для того, чтобы показать превышение емкости счетчика. Некоторые счетчики могут запираться (включаться или выключаться) логическими импульсами от другого управляющего электронного устройства. Бывают варианты счетчиков, которые имеют внутренние дискриминаторы, принтеры и интерфейсы компьютера и могут регистрировать положительные или отрицательные входные имп ульсы.

Таймеры являются счетчиками, которые считают сигналы генератора импульсов фиксированной частоты для определения требуемого интервала времени. Эталонный сигнал времени приходит либо от сети переменного тока (60 Гц в США, 50 Гц в Европе и России) или от внутреннего кварцевого генератора. Источник частоты, которым является сеть, менее дорог и почти отвечает основным требованиям. Если частота линии переменного тока усредняется в течение дня, точность такого источника частоты достаточно высока. Если должны измеряться интервалы меньше, чем один день, с погрешностью менее 0,1 %, необходимо использовать управляемый кварцевый генератор частоты. Многие комбинации счетчик/таймер могут либо считать в течение заданного времени, либо измерять время, необходимое, чтобы сосчитать заданное число импульсов. Последний режим позволяет получить все измерения с одинаковой статистической погрешностью.

В прошлом все измерители скорости счета представляли собой аналоговые устройства, которые давали токовый сигнал, пропорциональный средней скорости счета. Сигнал, соответствующий скорости счета, отображался на измерительном приборе и мог быть передан самописцу через внешний разъем. Все измерители скорости счета имели набор постоянных времени для выбора быстрого отклика прибора при изменении скорости счета. Имелись линейные и логарифмиче- ские шкалы, и некоторые приборы издавали звуковой сигнал, если скорость счета превышала заданный предел. Современные измерители скорости счета могут быть либо аналоговыми, либо цифровыми приборами. Цифровой измеритель скорости счета представляет собой счетчик/таймер, который автоматически проводит счет и повторяет цикл измерений; время счета часто устанавливается равным 1 с, чтобы цифровой дисплей показывал число отсчетов за секунду. Визуальное табло цифрового измерителя скорости счета считывается лучше, чем стрелоч- ный индикатор аналогового измерителя скорости счета. Цифровой измеритель скорости счета часто используется для измерения полной скорости поступления импульсов гамма-излучения с усилителя. Поскольку полная скорость счета ока-