III. Амплитудный спектр импульсов

Когда радиационный детектор работает в импульсном режиме, амплитуда каждого отдельного импульса несет важную информацию о заряде, созданном внутри детектора в результате радиационного взаимодействия. Если мы рассмотрим много таких импульсов, то их амплитуды не будут одинаковыми. Эти различия обусловлены как отличием в энергии излучения, так и флуктуациями в реакции детектора на моноэнергетичное излучение. Распределение амплитуд импульсов - фундаментальная выходная характеристика детектора, которая обычно используется, чтобы получить информацию о случайном (побочном) излучении или работе датчика.

Самый простой способ показать информацию об амплитуде импульса, – через дифференциальное распределение амплитуд импульсов. Рис 4-2a дает для примера теоретическое распределение. По оси абсцисс - амплитуда импульса от нуля до значения, большего, чем амплитуда любого импульса, наблюдаемого в источнике. По ординате – дифференциальное число dN наблюдаемых импульсов с амплитудой в пределах дифференциального приращения амплитуды dH, деленное на это приращение, или dN/dH. Тогда горизонтальный масштаб имеет единицы амплитуды импульса (вольт), тогда как вертикальный масштаб имеет единицы обратной амплитуды (вольт в -1 степени). Число импульсов, амплитуды которых лежат между двумя определенными значениями H₁ и H₂, может быть получено путем интегрирования области в этих пределах, как показано на заштрихованной области, на рис.4-2a:

Число импульсов с амплитудой от Н₁ до Н₂ = ∫ (dN/dH) dH

Общее количество импульсов N₀, представленное на распределении может быть получено путем интегрирования области по всему спектру:

N₀ = ∫ (dN/dH) dH

Большинство пользователей приборов для регистрации приучено к наблюдению за формой дифференциального распределения амплитуд импульсов, чтобы показать существенные особенности источника. Максимальная амплитуда (H₅) наблюдаемых импульсов - просто точка на абсциссе, в которой распределение стремится к нулю. Пики в распределении, такие как Н₄, указывают на амплитуды импульсов, вблизи которых может быть найдено большое количество импульсов. С другой стороны, низкие значения в распределении, такие как Н₃, указывают на значения амплитуды импульса, вблизи которой относительно немного импульсов. Физическая интерпретация дифференциального спектра амплитуд импульсов всегда включает области в спектре между двумя заданными пределами амплитуд пульсов. Значение ординаты (dN/dH) не имеет никакого физического смысла до тех пор, пока не умножено на приращение абсциссы H.

Менее используемый способ, показывающий ту же самую информацию о распределении амплитуд импульсов, - через интегральное распределение амплитуд импульсов. Рисунок 4-2b показывает интегральное распределение для того же самого источника импульсов, как и в случае дифференциального спектра на рис. 4-2a. Абсцисса в интегральном случае тот же масштаб амплитуд импульсов, что и для дифференциального распределения. Ордината же теперь представляет число импульсов, амплитуды которых превышают амплитуду данного значения абсциссы H. Ордината N должна всегда быть монотонно уменьшающейся функцией от H, потому что все меньше и меньше импульсов будет лежать выше амплитуды H, что позволяет увеличиваться, начиная с нуля. Поскольку все импульсы имеют некоторую конечную амплитуду, значение интегрального спектра в точке Н=0 должно быть общим количеством наблюдаемых импульсов(N₀). Значение интегрального распределения должно уменьшаться до нуля в максимально наблюдаемой высоте импульса (H₅).

Дифференциальное и интегральное распределение передает точно такую же информацию, которая может быть получена другими способами. Амплитуда дифференциального распределения при любой амплитуде импульса H дается абсолютным значением наклона интегрального распределения по тому же значению. Там где в дифференциальном распределении появляются пики, такие как H₄, локальные максимумы будут встречаться в величине наклона интегрального распределения. С другой стороны, там, где появляются минимумы в дифференциальном спектре, такие как H₃, в интегральном распределении встречаться области минимальной величины наклона. Поскольку легче показать тонкие различия при использовании дифференциального распределения, это средство представления информации о распределении амплитуд импульсов стало преобладающим.