WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 
s

«Институт атомной энергии илл. И. В. Курчатова И.Б.Мазуров, Ю.Г.Сибиряк ИАЭ-4849/14 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОКАНАЛЬНЫХ СПЕКТРОМЕТРОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ...»

Ордена Лентна и ордена Октябрьской ^^во.пюции

Институт атомной энергии

илл. И. В. Курчатова

И.Б.Мазуров, Ю.Г.Сибиряк ИАЭ-4849/14

ИССЛЕДОВАНИЕ

ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

МНОГОКАНАЛЬНЫХ СПЕКТРОМЕТРОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

ПРИ ВЫСОКИХ ВХОДНЫХ ЗАГРУЗКАХ

Москва - ЦНИИатоминформ - 1989

УДК 523.165 Ключевые слова: пробируемый интегратор, времяизменяемый фильтр, детектор, энергетическое разрешение, предусилитель, восстановитель базового уровня, компенсация полюса нулем.

Исследованы загрузочные характеристики усилительных трактов, входящих в состав многоканального спектрометра заряженных частиц.

Измерены величина сдвига монопика и изменение его разрешения в зависимости от входных загрузок, определены интервалы нечувствительности режектора наложенных импульсов (РНИ). Получены спектры в области двойных наложений при различных постоянных времени формирования в быстром фильтрующем усилителе. Проведена оценка эффективности режекции импульсов от статистического генератора и полупроводникового детектора. Измерены счетные характеристики усилительного тракта, приведены результаты расчета просчетов усилительного тракта спектрометра при работе РНИ.

The article describes the basic dynamic characteristics of the amplifying tracts being a part of multichannel spectrometer of charged particles at high counting rates.

The values of the peak-shift and the resolution change depending on input counting rates have been measured. The dead-time of the pile-up rejection have been determined.

The spectra have been obtained in the region of double supeiimpositions formed at various time constants in the fast filtering amplifier.

The inpulse rejection effecdency for the random generator and semiconductor detector has been estimated. The counting rates characteristics of the amplifying tracts and the calculation of the dead-time losses with pile-up rejection have been presented.

© Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по атомной науке и технике (ЦНИИатоминформ), 1989 Поведение характеристик усилительных трактов при обработке импульсов зарядово-чувствительных предусилителей в широком диапазоне входных загрузок от 10 до 10 6 имп./с представляет большой интерес, так как от стабильности характеристик зависит достоверность и эффективность регистрации редких событий на фоне более интенсивных побочных событий, продолжительность экспериментов.

Как правило, аналого-цифровые преобразователи измеряют амплитуды импульсов относительно некоторого базового уровня, поэтому смещение последнего приводит к искажению амплитуды регистрируемого импульса. Смещение базового уровня на выходе усилительного тракта вызывается медленным изменением потенциалов усилительных элементов, остаточными напряжениями реактивных элементов ( С и L).

Быстрое смещение базового уровня — флуктуация базового уровня — происходит за счет, главным образом, наложения импульсов друг на друга в зарядово-чувствительном предусил ителе, основном формирующем усилителе. Медленное смещение базового уровня можно практически исключить выбором соответствующих стабильных элементов, операционных усилителей с низким температурным дрейфом, локальными или общими температурно-коми&нсирующими схемами либо цепями.





Влияние флуктуации базового уровня на точность измерения амплитуды импульса устраняется с помощью восстановителей постоянной составляющей (ВПС) ключевого типа [1] иРНИ [ 2 ].

С точки зрения точности измерения амплитудных спектров флуктуация базового уровня, вызванная наложениями импульсов друг на друга, приводит к смешению, например, монопиков, их уширению, появлению ложного спектра в области между основным монопиком и пиком, соответствующим дважды наложенным импульсам, пришедшим одновременно и по амплитуде равным амплитуде монопика. Если измеряются спектры очень редких событий, попадающие в эту область, то достоверность их выделения из общего фона резко падает, не говоря уж об измерении их спектров [ 3 ].

Исследование многоканального спектрометра заряженных частиц заключалось: в измерении смещения монопика при изменении входных загрузок; в определении эффективности работы схемы режекции наложений от длительности импульсов, приходящих на вход РНИ и входных загрузок; в определении интервала нечувствительности режектора.

Исследования проводились с помощью генератора спектрометрических импульсов [4], в режиме генерации импульсов стабильной амплитуды, моменты появления которых статистически распределены во времени по закону Пуассона, и на пучке заряженных частиц циклотрона ИАЭ им. И.В. Курчатова.

Усилительный тракт многоканального спектрометра заряженных частиц содержал: зарядово-чувствительный предусилитель [5], спектрометрический блок измерения и обработки сигналов полупроводниковых детекторов [6], быстрый фильтрующий усилитель [ 7 ]. Структурная схема экспериментальной установки показана на рис. 1.

–  –  –

Рис. 2. Зависимость разрешения усилительного тракта от величины входной загрузки

--0,5

–  –  –

Рис. 3. Зависимость смещения монопнка усилительного тракта от величины входной загрузки На рис. 2 и 3 показаны зависимости изменения разрешения и смещения монопика от входной загрузки, в единицах энергии кэВ. Для сравнения на рис.4 показаны зависимости разрешения и сдвига монопика от входных загрузок усилителя 572 фирмы "Ортек".

–  –  –

Рис. 4. Зависимости смешения монопика (1) и разрешения (2) от входных загрузок усилителя 572 фирмы "Ортек"

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЖЕКТОРА

НАЛОЖЕННЬЕХ ИМПУЛЬСОВ

Режектор наложенных импульсов спектрометра выполнен по принципу счета импульсов в заданном временном интервале инспекции Т„„.

Если в течение интервала инспекции Т „ приходят два импульса, то такие импульсы считаются наложенными и они исключаются из регистрации. Если наложение импульсов произошло на интервале более Т, т.е. в интервале формирования плоской вершины выходного импульса, то первый импульс регистрируется, а "мертвое" время спектрометрического блока измерения и обработки сигналов полупроводниковых детекторов продлевается на величину, равную разности времени прихода второго и первого импульсов. На наш взгляд, такое техническое решение построения режектора наложенных импульсов в усилительных устройствах, использующих времяизменяемые фильтры, наиболее оптимально при работе с полупроводниковыми детекторами, имеющими быстрое время собирания и малую дисперсию времени собирания носителей заряда.

Очень важным параметром в РНИ является интервал нечувствительности режектора, т.е. временной интервал, в котором РНИ воспринимает два пришедших импульса как один и вследствие этого дает разрешение на их регистрацию. Из самых общих соображений следует, что погрешности из-за наложений импульсов тем меньше, чем уже сформированные импульсы, например, в виде коротких прямоугольных импульсов, а при 5-импульсах они будут сведены к нулю {1 ]. Однако такое формирование далеко не оптимально в отношении шумов и помех, и поэтому практический интерес представляют схемы формирования экспоненциальных и гауссовских импульсов. Быстрый фильтрующий усилитель, импульсы которого поступали на вход РНИ, формировал импульсы экспоненциальной формы с постоянными Т и н т и Т ф равными 5, 10, 20, 50, 100, 200 нс соответственно. Наши исследования были проведены для определения эффективности режекции при различных постоянных формирования входных импульсов режектора и входных загрузках.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕРВАЛА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РНИ

[300 Измерение интервала нечувствительности РНИ проводилось при различных постоянных формированиях импульсов на 100 входе режектора. С помощью генератора 0 [4], в режиме генерации парных импульсов, канала сдвинутых во времени. Полученные результаты представлены в виде кривой на рис. 5.

Рис. 5. Зависимости интерПо вертикальной оси отложен интервал вала нечувствительности времени между двумя смещенными во РНИ от постоянных формивремени импульсами в интервалах нечувст- рований входных импульсов на входе режектора вительности, по горизонтальной оси суперпозиция наложенных амплитуд в каналах анализатора.

Измерения проведены для постоянных времени формирования входных сигналов режектора Т и н т = 5 не. Характер поведения кривой сохранялся для всех используемых постоянных времени, только продолжительность кривой сокращается в сторону уменьшения постоянной дифференцирования. (Кривые при Т. = 200 не (точки А - D), при Тдиф = 100 нс (точки В - D), при Т д и ф = 50 не (точки С - D) соответственно). На рнс. 6 показаны спектры наложений в области двойных наложений моношиса. По вертикальной оси отложено число набранных импульсов в канале анализатора, по горизонтальной оси отложены величины измеряемых амплитуд в каналах анализатора. Кривые 1—3 показывают качество работы режектора на статистических импульсах генератора [4] при постоянных формирования импульсов в быстром фильтрующем усилителе Т н н т = 5 нс, Т д. = 50, 100, 200 нс соответственно. Средняя | 800 §600

–  –  –

входная загрузка усилительного тракта составляла 10 4 имп./с. Кривая 4 показывает спектр наложений при работе аналогового канала без РНИ. На всех кривых наблюдается узкий пик двойных наложений, т.е. пик, полученный наложением двух импульсов, пришедших на вход аналогового канала одновременно. Все полученные кривые показывают достаточно точную адекватность формы спектров наложений в области двойных наложений. Спектры 1 — 3 имеют резкий спад слева от пика двойных наложений. Резкий спад спектров наложений объясняется как раз наличием интервала нечувствительности режектора к близко расположенным по времени импульсам (см. рис. 5). Важно отметить, что интеграл двойных наложений для всех кривых рис. 6 сохраняет одну и ту же величину.

Это означает, что режектор работает правильно и не "выедает" части измеряемого спектра. На рис. 7 показан спектр монопика и спектр двойных наложений, измеренный с отключенным РНИ. Слева виден основной — интенсивный монопик, а справа от него спектр наложений с пиком двойных наложений. Подобные измерения с включенным РНИ были проведены и при загрузках 5.10* и 10 s имп./с. Полученные результаты показали, это интервал нечувствительности сохраняется постоянным и не зависит от ss s x700 = о 600

–  –  –

величины входной загрузки. На основании полученных результатов был вычислен коэффициент режекции в интервале амплитуд от основного пика до двойного, и он составил величину 99,7% при постоянной времени Т „ = 5 не, Т. = 50 не. Вычисленный коэффициент режекции оставался ИНТ ДИф неизменным при входных загрузках 5.10 и 10 имп./с.

На рис.8 показаны спектры упругого рассеяния на золоте ( 1 4 N + + Аи) без РНИ (а) и с включенным РНИ (б) при загрузках 10 4 имп./с.

Коэффициент режекции в области двойных наложений составил величину 98%. Некоторое ухудшение работы режектора можно объяснить качеством используемых детекторов — их временем собирания и флуктуацией времени собирания носителей заряда.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

УСИЛИТЕЛЬНОГО ТРАКТА

СПЕКТРОМЕТРА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Для исследования счетных характеристик на вход усилительного тракта подавались статистические импульсы с генератора [4] амплитудой 22 мВ. Счетчик импульсов подсчитывал их число на входе РНИ. Второй счетчик импульсов считал число импульсов, разрешенных РНИ для регистрации. Входная загрузка аналогового канала менялась от 10 3 до о

–  –  –

г.

I о 10 имп./с. Полученные данные представлены нарис. 9. Там же для сравнения, приведены счетные характеристики спектроскопического усилителя и переключаемого интегратора 673 фирмы "Ортек" и модуля 571 — усилителя, формирующего импульсы гауссовой формы. По горизонтальной оси отложена входная загрузка аналогового канала, по вертикальной оси - среднее число импульсов в секунду, разрешенные РНИ для регистрации. Как видно из рис. 9, лучшими счетными характеристиками обладают модуль 673 и блок [6]. Различие их счетных характеристик объясняется различными постоянными времени формирования в усилителе и различным временем работы интегратора. Худшими счетными характеристиками обладает модуль 571. На рис.

10 показана зависимость просчетов, вызванных РНИ при изменении входных загрузок (кривая 2), вычисленная по формуле:

нх%, N, вх где N B M X - загрузка на выходе РНИ (имп./с); N B X - загрузка на входе РНИ (имп./с).

Как следует из кривой 1 рис. 10, просчеты плавно возрастают при входных загрузках 4.10 4 — 10 s имп./с от 3,8 до 40% соответственно. Для сравнения показаны характеристика просчетов для модуля 572 фирмы "°Ртек"тформ~2мКС

–  –  –

ВЫВОДЫ Исследования основных загрузочных характеристик усилительных трактов спектрометров заряженных частиц при высоких входных загрузках показали, что использование в составе спектрометра спектрометрического блока измерения и обработки сигналов полупроводниковых детекторов [6], содержащего формирующий усилитель, управляемый интегратор, схему ключевого восстановителя базового уровня и режектора наложенных импульсов, позволяет значительно расширить загрузочные возможности спектрометра и тем самым повысить информативность измерений по сравнению с традиционными спектрометрами, использующих в качестве спектрометрических усилителей обычные усилители с активными элементами в формирующих цепях (см. рис. 2,3).

Энергетическое разрешение нашего усилительного тракта ухудшается на 3 s 5% при изменении загрузки от 10 до 10 имп./с, а сдвиг положения s монопика имеет незначительное значение даже при загрузках 3.10 имп./с.

При обычных способах формирования входных сигналов в спектрометрических усилителях подобные характеристики существенно хуже.

На рис. 4 показаны загрузочные характеристики усилителя 572 фирмы "Ортек", которые показывают, что разрешение при входной загрузке 10 s имп./с ухудшается на 18%, а сдвиг монопика при той же загрузке составляет 35%.

Исследования характеристик РНИ показали высокую его эффективность и оптимальный выбор схемного разрешения для построения блока [6]. Нами были измерены интервал нечувствительности режектсра для различных постоянных времени формирования импульсов в быстром фильтрующем усилителе. Результаты измерения представлены в виде кривой на рис. 5 и в виде спектров в области двойных наложений рис. 6.

Эффективность режекции в области между основным монопиком и дважды наложенным составила величину 99,7%.

Измерения,проведенные на пучке ускорителя в реакции M N +Au, показали, что эффективность режекции в данной области несколько хуже 98%, что объясняется качеством используемых детекторов — временем собирания и дисперсией времени собирания носителей заряда (рис. 8).

Результаты счетных характеристик спектрометра иллюстрируют, что наш усилительный тракт не уступает подобному модулю 673 фирмы "Ортек".

На рис. 9 представлены для сравнения счетные характеристики модуля 673 (1) нашего усилительного тракта (2) и усилительного тракта с использованием модуля 572 фирмы "Ортек" Разница в счетных характеристиках объясняется тем, что нами использованы несколько другие постоянные времени формирования импульсов в усилителе блока [6] = (Т. = Т 0,4 мкс) и выбрано большее время интегрирования в управляемом интеграторе ( Т и н т =1,5 мкс), в то время, как в модуле 673 постоянные времени формирования импульсов в усилителе Т. = = Т„„_ = 0,25 мкс, а время интегрирования Т н _ = 0,5 мкс.

ИНТ ИНТ Рис. 10 показывает зависимость просчетов, определяемых схемой режекции наложенных импульсов от входных загрузок усилительного тракта (1). Там же для сравнения показана зависимость просчетов от входной загрузки спектрометрического тракта, работающего с усилителем типа 572 фирмы "Ортек", формирующем сигналы гауссовой формы с постоянными времени Т. =Т =2 мкс.

Результаты проведенных исследований показали перспективность использования в экспериментах усилительных трактов, содержащих спектрометрические блоки измерения и обработки сигналов полупроводниковых детекторов [6], позволяющие вести измерения на высоких входных загрузках при незначительном ухудшении разрешения и сдвиге положения энергетических линий в спектрах, высокой эффективности режекции и достаточно низких просчетах по сравнению с обычными спектрометрическими трактами.

Список литературы

1. Современная ядерная электроника. Т. 1. Измерительные системы и устойства. — М.: Атомиздат, 1974.

2. Глушковский М.Е. Методы полного исключения наложений импульсов:

обзор. - ПТЭ, 1977, № 3, с. 13.

3. Александров Д.В. и др. Исследование реакций ( 6 Li, 8 B) и ( 7 Li, 8 B) на легких ядрах. — Ядерная физика, 1982, т. 35,вып. 2.

4. Мазуров И.Б., Сибиряк Ю.Г. Спектрометрический генератор импульсов: А.с. 1325671. - Б.И., 1988, № 27, с. 151.

5. Духанов В.И., Жернов Н.В., Мазуров И.Б. Широкополосный зарядовочувствительный предусилитель. — ВАНТ. Сер. Общая и ядерная физика, 1988, вып. 2 (42), с. 87.

6. Мазуров И.Б., Сибиряк Ю.Г. Спектрометрический блок измерения и обработки сигналов полупроводниковых детекторов. - ПТЭ, 1983, № 4, с. 98.

7. Быстрый фильтрующий усилитель 1501 производства ПНР ИЯХиТ/Фирмы "Полон". — Варшава, 1982.

Редактор Т.И. Титкова Технический редактор Н.А. Малькова Корректор Л.В. Пономарева Подписано в печать 10.03.89. Т-10031. Формат 60x90/16 Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,8 Тираж 200. Цена 15 коп. Заказ 160. Индекс 3624 Подготовлено к изданию и отпечатано в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова 123182, Москва, пл. Академика Курчатова

РУБРИКАТОР ПРЕПРИНТОВ ИАЭ

1. Общая,теоретическая и математическая физика

2. Ядерная физика

3. Общие проблемы ядерной энергетики

4. Физика и техника ядерных реакторов

5. Методы и программы расчета ядерных реакторов

6. Теоретическая физика плазмы

7. Экспериментальная физика плазмы и управляемый термоядерный синтез

8. Проблемы термоядерного реактора

9. Физика конденсированного состояния вещества

10. Физика низких температур и техническая сверхпроводимость

11. Радиационная физика твердого тела и радиационное материаловедение

12. Атомная и молекулярная физика

13. Химия и химическая технология

14. Приборы и техника эксперимента

15. Автоматизация и методы обработки экспериментальных данных

16. Вычислительная математика и техника Индекс рубрики дается через дробь после основною номера ИАЭ.


Похожие работы:

«ООО "СЭТЛ ГРУПП" УТВЕРЖДЕН 14 ноября 2011 г. Решением Совета директоров ООО " Сэтл Групп" Протокол от 14 ноября 2011 г. №16/2011 ЕЖЕКВАР ТАЛ Ь НЫ ЙОТЧЕТ Общество с ограниченной ответственностью Сэтл Групп Код эмитента: 36160-R за 3 квартал 2011 г.Мес...»

«ONYX™ Swing-arm PC Edition Руководство пользователя Freedom Scientific Blind/Low Vision Group, LLC 440481-001 Revision D Содержание ONYX™ Swing-arm PC Edition Руководство пользователя Обзор Компоненты ONYX™ Swing-arm PC...»

«1 ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 к Договору № ГБУКиО г. Москвы "Мультимедийный комплекс актуальных искусств" Список экспонатов выставки "АРКТИКА"Место проведения: № Информация для Инв. №/ Размеры Страховая Изображение этикетажа повреждения изображ./ оценка рамы (руб.) 1. Владислав Мико...»

«Приложение 8А: Рабочая программа факультативной дисциплины Лингвосемиотический анализ поликодовых текстов ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛИНГВ...»

«Утверждена Федеральным дорожным департаментом Министерства транспорта Российской Федерации 24 марта 1994 года Согласовано Центральным комитетом профсоюза работников автомобильного транспорта и дорожного хозяйства январь 1994 года Вводится в действие с 1 июля 1995 года ТИПОВАЯ ИНС...»

«Рабочая программа Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/06 Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра Архитектура и дизайн РАБОЧАЯ ПРОГРАММ...»

«Утверждены Генеральным директором ООО "ЖАСО-ЛАЙФ" Басовым Е.Б. от "29" июня 2012 г. ПРАВИЛА СТРАХОВАНИЯ ЖИЗНИ (комбинированные) 1. Общие положения.2. Субъекты страхования 3. Объект страхования 4....»

«ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ _ УДК 66.061.34 Бандура В.М., Коляновська Л.М. ІНТЕНСИФІКАЦІЯ МАСОПЕРЕНЕСЕННЯ В ЕКСТРАГУВАННІ РОСЛИННИХ ОЛІЙ Актуальність та мета досліджень. В умовах великих енергетич...»

«ПАРАЗИТОЛОГИЯ, 28, 2, 1 994 УДК 576.895.122.1 © 1994 ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ О Б З О Р ПОДСЕМЕЙСТВА TROCHOPODINAE (MONOGENOIDEA: CAPSALIDAE) Т. П. Егорова Р а с с м а т р и в а е т с я подсем. T r o c h o p o d i n a e, с о с т...»










 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.