Установки для жидкостно-сцинтилляционных измерений

Типичная блок-схема современного прибора для ЖС измерений показана на рис. 6.

Препарат, содержащий радиоактивное вещество и ЖС смесь, в стандартном флаконе (обычно 20 мл) помещается между фотокатодами двух ФЭУ.

Фотокатоды ФЭУ под действием тепловых флуктуаций испускают электроны, не связанные с регистрацией световых квантов (темновой ток). Эти электроны, пройдя цикл умножения на динодах ФЭУ, создают на выходе так называемые шумовые импульсы.

Рис. 6. Блок-схема ЖС-спектрометра

Вероятность одновременного появления шумовых импульсов на обоих ФЭУ сравнительно низка. В то же время взаимодействие ионизирующей частицы с жидким сцинтиллятором порождает довольно большое число световых квантов (на один кэВ энергии -частиц испускается в среднем 12-13 квантов света), которые могут выбивать фотоэлектроны с фотокатодов каждого из двух ФЭУ (эффективность современных фотокатодов составляет около 30%), что обеспечивает одновременное возникновение импульсов на обоих ФЭУ.

Импульсы с выходов каждого ФЭУ усиливаются и поступают на схему быстрых совпадений и управляемый ею сумматор. Импульсы на выходе схемы быстрых совпадений возникают только в том случае, если на оба ее входа одновременно (с точностью до разрешающего времени схемы совпадений) поступили импульсы от обоих ФЭУ, таким образом происходит отделение полезных (совпадающих) импульсов от шумовых. Число регистрируемых случайных совпадений N_сл равно:

N_сл = 2N₁N₂ ,

где  - разрешающее время схемы совпадений,

N₁ - число импульсов, регистрируемых 1-м каналом в единицу времени,

N₂ - число импульсов, регистрируемых 2-м каналом в единицу времени,

Схема быстрых совпадений управляет сумматором. Это значит, что суммируются только совпадающие по времени импульсы. Суммирование импульсов от обоих ФЭУ позволяет удвоить объем информации о поступлении квантов света на фотокатоды, т.е. получить статистически более достоверную информацию об амплитудном распределении импульсов. Это особенно важно в случае регистрации низкоэнергетических излучателей, порождающих сравнительно небольшое число квантов света на одну частицу в жидком сцинтилляторе.

Импульс суммарной амплитуды поступает с сумматора на вход анализатора формы импульсов, а затем на амплитудные анализоторы для альфа- и бета-частиц.

Современные ЖС установки позволяют наблюдать спектры как с линейной, так и с логарифмической шкалой энергий.

Преимуществом логарифмической энергетической шкалы является удобство одновременного наблюдения спектров смесей низкоэнергетических (таких как тритий, Е_{-макс.}=18 КэВ) и высокоэнергетических (таких, как ³²Р, Е_{-макс.} = 1700 КэВ) -излучателей в пределах одной шкалы. На логарифмической амплитудной шкале области амплитудных распределений, в которых преобладают импульсы от низкоэнергетического и высокоэнергетического -излучателей могут быть четко разграничены.

Собственно ЖС детектор, представляющий собой, как правило, флакон с ЖС смесью, расположенный между фотокатодами двух ФЭУ, работающих в режиме совпадений, размещается в массивной свинцовой защите, уменьшающей уровень внешнего - и -фона и мягкую составляющую фона космического излучения (пассивная защита). Для более полного подавления космической составляющей фона в приборах, предназначенных для измерения низких активностей, применяется так называемая активная защита - дополнительный детектор, расположенный вокруг основного детектора и включенный вместе с ним в цепь схемы антисовпадений. Высокоэнергетические протоны и мюоны, являющиеся главными составляющими космического фона на уровне моря, регистрируются одновременно обоими детекторами, и схема антисовпадений не пропускает эти сигналы, а позволяет регистрировать только те импульсы, возникающие в основном детекторе, одновременно с которыми не появляются импульсы в детекторе активной защиты.

Процессы в жидких сцинтилляторах, протекающие при регистрации -частиц, укладываются в промежутки времени, составляющие десятки наносекунд; разрешающее время электронных схем ЖС установок также достаточно мало. ЖС приборы позволяют надежно определять скорость счета до 810⁵-10⁶ имп/мин.

Процессы, происходящие при регистрации -частиц, обладающих существенно большей (по сравнению с -частицами) массой и затрачивающих большее время на полную потерю кинетической энергии в жидком сцинтилляторе, несколько более длительны. На различии в длительности и форме импульсов от - и -частиц основано использование электронных схем дискриминации, позволяющих выделить эти составляющие по отдельности, что дает возможность, например, снизить вклад от -излучения в области амплитудных распределений, на которые приходятся пики регистрируемого -излучения, и наоборот - до 10⁶ раз.