C. Импульсный режим

При рассмотрении различных приложений радиационных детекторов, можно увидеть, что токовый метод используется со многими датчиками, когда случайные потоки очень велики. Детекторы, которые применяются в лучевой дозиметрии, также обычно работают в токовом режиме по причинам, которые будут рассмотрены в главе 5. Способ MSV полезен при получении относительной погрещности на события с большой амплитудой и находит широкое распространенное в приложениях к инструментариям реактора. Большинство приложений, однако, требует сохранять информацию об амплитуде и рассчитывать конкретные акты регистрации частиц. Это может обеспечить только импульсный метод. Далее будем рассматривать только различные аспекты импульсного метода.

Природа импульсного сигнала, полученного от одного события, зависит от особенности схемы нагрузки, на которую работает датчик (обычно это предусилитель). Эквивалентная схема в общем случае может быть представлена как показано ниже.

Здесь R представляет сопротивление нагрузки, а C - эквивалентную емкость детектора и входного каскада. Если, например, к детектору присоединен предусилитель, то R - его сопротивление входа, и C - суммарная емкость детектора, кабеля, соединяющего детектор с предусилителем и емкости входа самого предусилителя. В большинстве случаев зависимое от времени напряжение V(t), падающее на сопротивлении резистора - фундаментальное напряжение сигнала, на котором базируется действие импульсного метода. Могут быть выделены два крайних случая, которые зависят от значения постоянной времени цепи нагрузки. Из простого ее анализа эта постоянная времени получается как произведение R на C, или Т = RC.

Случай 1. Малое RC (t << t_c)

В этом случае, постоянная времени цепи нагрузки детектора является небольшой по сравнению со временем сбора заряда, так чтобы ток, текущий через сопротивление резистора R, был практически равен мгновенному значению тока, протекающего в детекторе. Напряжение V(t) сигнала, полученного при этих условиях, имеет форму, почти идентичную временной зависимости тока, произведенного в детекторе и изображенного на рисунке 4-1b. Радиационные детекторы работают в этих условиях, когда поток событий высок или временная информация более важна, чем точная информация об энергии.

Случай 2. Большое RC (t >> t_c)

Намного чаще детекторы работают в условиях, когда постоянная времени цепи нагрузки намного больше, чем время сбора заряда. В этом случае в течение сбора заряда через сопротивление резистора будет протекать очень маленький ток, и ток детектора будет моментально интегрироваться на емкости. Если мы предположим, что время между импульсами является достаточно большим, то емкость разрядится через сопротивление, возвращая напряжение на сопротивлении резистора к нулю. Соответствующее напряжение сигнала V(t) показано на рисунке 4-lc.

Поскольку последний случай, безусловно, самое распространенный режим работы детекторов импульсного типа, важно сделать некоторые общие замечания. Во–первых, время, требуемое для того, чтобы амплитуда сигнала достигла максимального значения, определяется временем сбора заряда непосредственно внутри детектора. Никакие свойства внешней или нагрузочной цепей не влияют на время повышения импульса. С другой стороны, время спада импульса или время, требуемое для снижения напряжения сигнала до нуля, определяется только постоянной времени цепи нагрузки. Заключение: передний фронт импульса зависит от детектора, спад импульса от нагрузки – это общее положение для широкого разнообразия радиационных детекторов, работающих в условиях, когда RC= Т >> t_c. Во-вторых, амплитуда импульса V_max (рис. 4-lc) определяется просто как отношение полного заряда Q, созданного внутри детектора при регистрации одной частицы, к эквивалентной емкости C. Поскольку эта емкость обычно постоянна, амплитуда импульса пропорциональна соответствующему заряду, созданному внутри детектора.

Vmax = Q/C

Таким образом, детектор, который работает в импульсном режиме, выдает серию импульсов, каждый из которых представляет результат взаимодействия отдельного кванта излучения с веществом детектора. Измерение потока импульсов дает соответствующий поток излучения, взаимодействующий с детектором. Кроме того, амплитуда каждого отдельного импульса отражает количество заряда, полученное при каждом взаимодействии. Далее мы увидим, что можно сделать запись распределения этих амплитуд, которое часто может дать информацию о случайном (побочном) излучении. Например, подобрать условия, при которых заряд Q непосредственно пропорционален энергии случайного (побочного) кванта излучения. Тогда зарегистрированное распределение амплитуд импульсов отразит соответствующее распределение энергии случайного (побочного) излучения.

Как показано на рис. (4-9), пропорциональность между V_max и Q сохраняется, только если емкость C остается постоянной. В большинстве детекторов емкость определяется его размером и формой и предположение о постоянстве полностью гарантировано. В других типах детекторов (особенно в полупроводниковых диодах) емкость может изменяться с изменением некоторых параметров. В таких случаях импульсы различной амплитуды могут характеризовать события с одним и тем же Q. Чтобы сохранить основную информацию, которую несет величина Q, используют зарядо-чувствительный предусилитель, который получил широкое распространение. Как описано в главе 17, этот ЗЧУ использует отрицательную обратную связь для исключения зависимости выходной амплитуды от величины C и восстанавливает пропорциональность заряда Q даже в тех случаях, когда может изменяться C.

Импульсный режим предпочтителен для большинства приложений радиационных детекторов из-за нескольких преимуществ перед токовым режимом. Во-первых, чувствительность, которая достигается, зачастую намного больше, чем при использовании токового или MSV режимов, потому что каждый отдельный квант излучения может быть сопоставлен с конкретным импульсом. В этом случае самый низкий предел обнаружения обычно устанавливается уровнем фонового излучения. В токовом режиме минимальный регистрируемый ток представляет средний ток от взаимодействия в детекторе, который во много раз больше. Второе и более важное преимущество состоит в том, что каждая амплитуда импульса несет некоторую информацию, которая зачастую является полезной или даже необходимой частью многих приложений. В токовом и в MSV режимах эта информация относительно отдельных амплитуд импульса потеряна и все взаимодействия, независимо от амплитуды, вносят свой вклад в средневзвешенный ток. Благодаря преимуществам импульсного режима, акцент в ядерном инструментарии делается в значительной степени на импульсные цепи и методы обработки импульсов.

Дата добавления: 2015-07-26