A. Токовый режим

На рисунке показан токоизмерительный прибор (амперметр или, более точно, пикоамперметр), соединенный с радиационным детектором.

Если мы предполагаем, что измерительный прибор имеет фиксированное время ответа T, тогда зарегистрированный сигнал от последовательности событий будет зависеть от времени протекания тока, получаемый из:

I(t) = ∫ i(t')dt' (4-1)

Поскольку время срабатывания T как правило порядка секунды или более, эффект должен усреднить колебания в интервалах между конкретными радиационными взаимодействиями и записать средний ток, который будет зависеть от количества взаимодействий в потоке и заряда одного взаимодействия. В токовом режиме это временное усреднение отдельных токов служит базовым сигналом, который и регистрируется.

В любой момент времени, однако, есть статистическая неопределенность в этом сигнале из-за случайных колебаний во времени появления события. В этом смысле время интегрирования T аналогично времени измерения, рассмотренного при статистическом анализе в предыдущей главе. Таким образом, выбор большого T минимизирует статистические колебания сигнала, но с другой стороны замедляет ответ на быстрые изменения тока.

Средний ток получается из средней скорости событий и заряда, полученного в одном событии

I_o= rQ = rEq/w (4-2)

где r - скорость потока событий

Q = Eq/w - заряд, полученный в одном событии

E - энергия, затраченная на одно событие (потерянная в детекторе)

w-средняя энергия, требуемая на образование пары носителей заряда

q=1.6×10^-19Кл

Для установившегося режима детектора, этот средний ток может быть записан как сумма постоянного тока и зависимой от времени колеблющейся компоненты σ_i (t), как показано ниже.

Здесь σ_i(t) - случайная зависимая от времени переменная, которая появляется как следствие случайной природы радиационных событий, регистрируемых в датчике.

Статистическая мера этой случайной компоненты средне квадратичная величина, определяемая как среднее время квадрата разности между колеблющимся током и средним током:

Стандартное отклонение следует из:

Из статистики Пуассона следует, что стандартное отклонение числа зарегистрированных событий n за данный период наблюдения будет:

σ_n = √n

Поэтому, стандартное отклонение числа событий, происходящих в потоке r за время измерения T:

σ_n = √rT

Таким образом, относительное стандартное отклонение в измеряемом сигнале из-за случайных колебаний времени появления импульса:

Этот результат полезен при оценке неопределенности, связанной с данным способом измерения тока. [†]

B. Режим среднеквадратичного напряжения (МСВ)

Статистические свойства сигнала в токовом режиме приводят нас к другому режиму работы: по среднеквадратичному напряжению (MSV). Предположим, что мы посылаем текущий сигнал через элемент кругооборота, который блокирует средний поток I₀ и передает только колеблющуюся составляющую I(t). Обеспечивая дополнительные элементы, обрабатывающие сигнал, вычисляем среднее время квадратной амплитуды I(t). Шаги процесса продемонстрированы ниже:

Результат соответствует количеству of(t), определенному ранее по уравнению (4-3). Объединяя (4-2) и (4-7), мы предсказываем величину сигнала, полученного таким образом, чтобы быть:

Мы видим, что этот средний квадратный сигнал непосредственно пропорционален потоку события r и, более того, пропорционален квадрату заряда Q, произведенного в каждом случае. Анализ этого режима работы впервые дал Кэмпбэлл, поэтому границы способа Кэмпбэлла заменяли для способа MSV в некотором использовании.

Должно быть отмечено что, в (4-8), заряд Q, произведенный в каждом случае, как предполагали, был постоянным. Поэтому, результат объясняет только случайные колебания во время появления импульса, но не колебания в амплитуде импульса. Во многих приложениях, однако, этот второй источник разницы в сигнале является маленьким по сравнению с первым, и общий характер результатов, полученных ранее, остается применимым.

Режим работы MSV является самым полезным, когда делаются замеры в смешанном излучении окружающей среды, когда заряд, произведенный одним типом излучения, очень отличается от заряда от второго типа. Если выбирается упрощенный способ потока, то измеренный поток линейно отразит заряды, внесенные каждым типом. В способе MSV, однако, полученный сигнал пропорционален квадрату заряда на случай. Поэтому этот способ в дальнейшем перевесит ответ детектора в пользу типа излучения, дающего большее среднее значение заряда на событие. Как один из примеров использования приложения MSV - способа, в Главе 14 мы описываем его использование с нейтронными детекторами в инструментарии реактора, чтобы увеличить нейтронный сигнал по сравнению с ответом из-за гамма-луча меньшей амплитуды.

Дата добавления: 2015-07-26