Устройство для регистрации рентгеновского и гамма-излучения

Устройство для регистрации рентгеновского и гамма-излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится К области регистрации рентгеновского и гамма - излучений, в частности к рентгеновской и гамма астрономии. Целью изобретения является увеличение эффективности регистрагщи гамма-квантов , в пике полного поглощения и улучше- . ние формы линии спектрограмхл, т.е.. увеличение отношения площади под пиком полного поглощения к площади всего распределения в устройстве с сцинтилляционным детектором типа фосвич. Цель достигается за счет анализа фор1« 1 переднего фронта иьгпульса от детектора по времени нарастания , что позволяет из сигнала выделить составпяюцие от первого и второго слоя детектора. Затем сигнал , соответствующий второму слою детектора, домножается на отношение конверсионных эффективностей первого слоя ко второму, суммнруется с сигиалом от первого слоя и подается на ыногоканальнь1й амплитудный анализдтор, Таким образом сигнал от гамма-кванта , поглощенного в обоих слоях детектора, приводится к виду, как если Ш он был поглощен только в первом слое детектора. Для этого введены устройство хранения амплитУ- ды спектрометрического сигнала и преобразователь амплитуды спектрометрического сигнала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. СО 00 ;о 4:ii Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) II I I (51) 5 G 01 Т 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 30.04.90. Вюл. N - 16 (21) 4102273/31-25 (22) 09.06,86 (71) Институт космических исследований АН СССР (72) А.С.Мелиоранский, С.И.Голубев и О.В.Терехов (53) 621,3,08 (088.8) (56) Панов В.Н., Голеницкий С,В., Ильинский В.Н„ Соколов И,А. Сб. "Haи. учное космическое приборостроение

Вып,l )983 с. 5-13.

Matteson J.L., Nolan P.Ь., Paeiesas W.S., Pelling R.М., 1977, Брасе Sei,.Instrumentation vol.

No 4, р, 491-506. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО И AMMA-ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области регистрации рентгеновского и гамма излучений, в частности к рентгеновской и гамма астрономиие Целью изоб» ретения являегся увеличение эффективности регистрации гамма-квантов в пике полного поглощения и улучшение формы линии снектрограмма, т,е., увеличение отношения площади под пиком полного поглощения к площади всего распределения в устройстве с сцинтнлляцнонным детектором типа фосвич. Цель достигается за счет анализа форма переднего фронта им»пульса от детектора по времени нарастания, что позволяет иэ сигнала выделить составляющие от первого и второго слоя детектора. Затем сигнал, соответствующий второму слою детектора,- домнокается на отношение конверсионных эффективностей первого слоя ко второму, сумиируется с сигналом от первого слоя н подается на многоканальный амппитудный анализа» тор, Таким образом сигнал от гам»- Е

Ф ма-кванта, поглощенного в обоих слоях детектора, приводится к виду, как если бй он был поглощен только С в первом слое детектора, Для этого введены устройство хранения амппиту- я ды спектрометрического сигнапа и преобразователь амплитуды спектромет" рического сигнала. 2 s.n. ф-лы, 3 ил, 1389467

Иэобрете»ие относится к рентгеновг кой и глммл-:Icon»омии и может быть ис » льзовлно в экспериментах и практике IIc. исследованию и регистрации рентгеновского и гамма-излучений.

Цслью изобретения является увеличение эффективности полного поглощения для гамма-квантов и улучшение lp формы линии спектрограммы, т,е, увеличение площади под пиком полного поглощения к площади всего распределения в устРойстве с сцинтилляционным детектором типа фосвич. 15

Сущность изобретения состоит в том, что амплитуды сигналов, обусловленных поглощением одновременно в обоих слоях фосвичл, преобразуются в зависимости от измеренного фронта нарастания 2р сигналов, в амплитуды импульсов, образующих пик полного поглощения устройства.

Нл фиг.l показана структурная схема предлагаемого устройства,. на 25 фиг,2 показан первый вариант IIpeобразователя амплитуды спектрометрического сигнала;,на фиг.3 — второй вариант преобразователя амплитуды спектрометрического сигнала. 3Р

Устройство для регистрации рентгеновского и гамма-излучения содержит сцинтилляционный детектор типа фосвич 1, спектрометрический усилитель 2„устройство для хракения амплитуды спектрометрического сигнала

3, анализатор формы импульса 4, дискриминатор формы импульса 5, преобразователь амплитуды спектрометрического сигнала 6, многоканальный амп- 40 литудный анализатор 7, Преобразователь 6 амплитуды спектрометрического сигнала (первый вариант) состоит Hç источника опорного напряжения 8, дифференциального усили 45 теля 9, усилителя-нормирователя 10, перемножителя напряжения 11, сумматора 12 и нормально включенного линейного ключа и логической схемы

ИЛИ-НЕ,.

Преобразователь 6 амплитуды спект.50 рометрического снгнапл 1второй вариант) состоит из аналого-цифрового преобразователя 13, запоминающего устройства 14, цифроаналогового пре-. образователя 15, перемножителя нлпря--55 жений 16, сумматора 1i и нормально включенного линейного ключа и логической схемы И и И11И-!и..

Устройство работает следующим образом, Рентгеновские и гамма-квлнты с энергией Е взаимодействуют с сцинтиллируюшим веществом детектора типа фосвич, слои которого имеют разные постоянные времени высвечива" ния °

Импульс, обусловленный поглощением всей энергии гамма-кванта или ее части веществом детектора, будет иметь время фронта нарастания Т в диапазоне T l - T < Т2, где T l Т2 времена фронтов нарастания импульсов, обусловленных поглощением энергии только соответственно первым или вторым слоем

Сигналы,обуслсвленные комптоновским взаимодействием в одном слое и поглощением рассеянного кванта в дру" гом, фотопоглощением гамма-кванта в одном слое и поглощения флуоресцентного кванта в другом, а также рождением е+е пары в одном слое и поглоще" нии одного из аннигиляционных квантов в другом, имеют время фронта нарастания в диапазоне от Tl до Т2 в зависимости от долей поглощенной энергии по слоям, Если А — есть амплитуда сигнала на выходе спектрометрического усилителя, соответствующая энергии Е, поглощенной веществом типа фосвич, а

Т вЂ” измеренное время фронта нарастания этого сигнала, и если Х вЂ” доля амплитуды А спектрометрического сиг-, нала, соответствующая энЕргии, погло" щенной, например, во втором слое фосвича, то Х = f /Т/ /1/, т.е. Х— есть функция Т, При этом величина . А =. . k ° А Х /2/, где k — отношение конверсионных эф.. фективностей первого слоя ко второму,, представляет собой амплитуду импульса, соответствующего поглощению в первом слое типа фосвич того же количества энергии, какое поглотилось во втором слое.

Тогда, используя выражение /l / и /2/, можно написать

А =А/1-Х/+А = А (1-Х/+k А Х

= А Г l-X (1-k)) = А /1-f (T) (1-k) /, (3) где А — представляет собой амплитуду импульса от гамма-кванФа с той же энергией F,, которая бы поглоти" лась только веществом, образующим первый слой. типа фосвич.

1389467

Таким образом, спектрометрические сигналы, обусловленные поглощением энергии гамма.-квантов одновре-.. менно в двух слоях фосвича и с пре5 образованной амплитудой по формуле

/3/, образуют сигналы, формирующие спектр поглощения энергии первого слоя фосвича, После усиления импульса от сцинтнлляционного детектора 1 спектрометрическим усилителем 2, амплитуда сигнала фиксируется устройством хранения амплитуды спектрометрического сигнала 3, время нарастания сигна- 15 ла преобразуется в напряжение анализатором формы импульса 4, например как на фиг.2, и сравнивается с диапазоном дискриминатора формы импульса 5, диапазон которого выбирается 20 иэ конкретных условий эксперимента.

Если время фронта нарастания выходит за пределы диапазона дискриминатора формы импульса 5, то вырабатывается сигнал запрета на обработку 25 амплитуды спектрометрического сигнала амплитудным анализатором 7 и преобразование ее преобразователем 6, амплитуды спектрометрииеского . сигнала согласно формуле /3/. Если нап- 30 ряжение на выходе анализатора формы импульса 4 заключено в пределах диапазона дискриминатора формы импульса

5, то на вход амплитудного анализатора 7 поступает сигнал с преобраэо- 35 вателя амплитуды спектрометрического. сигнала 6, в котором произошла коррекция амти2итуды импульса от детектора 1 согласно формуле /3/.

На фиг,2 показан вариант преобразователя амплитудного спектрометрического сигнала согласно функциональной зависимости /3/, где реализуется

Т Т! линейное приближение Х "

Т -Т, 45

Схема работает следующим о1!разом, На один из входов дифференциального усилителя 9 подается напряжение с источника опорного напряжения 8, пропорциональное величине Т,, а на другой вход, поступает сигнал. от анализатора

4, пропорциональный величине Т, где

Т - измеренное время фронта напряже-.. ния импульса с ..детектора 1. Выходной сигнал с дифференциального усилителя

9, пропорциональный величине Т-Т,, поступает на усили тель-нормирователь

10, коэффициент передачи которого on"

К - 1 ределя ется отношением —,---- —, где

2 Т!

К, Т» Т, измерены нри определенных условиях функционирования устройства, например при нормальных условиях, Сигнал с усилителя-нормирователя IO, поступающий на один из входов перемножителя напряжений 11, будет таким образом пропорционален величине

Т - Т

/k-I/ /- ††"/. На другой вход переТ вЂ” Т, множителя напряжений 11 поступает сигнал от устройства 3, пропорцио-.. нальный амплитуде А того же импульса с детектора 1, Если от дискриминатора 5 не приходит сигнал запрета, то уровень напряжения на выходе логической схемы ИЛИ-НЕ, поступающий на управляющий вход линейного ключа, поддерживает его в замкнутом состоянии, так что через него поступает сигнал с перемнохителя напряжений

ll величина которого определяется произведением

Т - Т

А (k-1) (— — - --)

Т- T.

2 на один из входов сумматора 12, на другой вход которого приходит сигнал от устройства 3, пропорциональный амплитуде А импульса детектора 1.

Таким образом, на выходе сумматора

12 появляется сигнал, поступающий нв вход анализатора 7, представляет со.-. бой результат .реализации функциональной зависимости /3/ при линейТ- Т, ном приближении Х = — — -- . Если

Т2- т дискриминатором 5 вырабатывается сигнал запрета, то уровень напряжения, на выходе логической схемы ИЛИHF, становится таким, что ключ pas кается, и на вход анализатора 7 пос!!. тупает сигнал с устройства 3 через сумматор 12, В этом случае амплитуда импульса с детектора 1 не подвергается преобразованию, На фиг, I .показан вариант преобразователя амплитуды спектрометрического сигнала 6 согласно функциональ-.. ной зависимости /3/, где используется экспериментально установленная связь Х f/Т/, представленная в виде набора значений f;/Ò/, хранящихся в запоминающем устройстве .

Схема работает следующим образом,!

Сйгнал от анализатора 4,амплитуда

1389467

Формула изобретения

1.; Устройство для регистрации рентгеиовскагб и гамма-излучения, содержащее последовательно соединенные между собой сцинтилляционный.

Детектор типа.фосвич, спектрометрический усилитель, анализатор формы пмпульса, дискриминатор формы импульса„ амплитудный анализатор, о т л и55 которого пропорциональна измеренному франту нарастания импульса от детектора 1, поступает на аналого-цифра-.- вай преобразователь 13, цифровой код, полученный в, результате преобразования, поступает на шину адреса запоминающего устройства 14, Считыва ние садержимогр ячеек памяти происходит с поступлением управляющего сиг- 1р нала на шину управления при появле" иии сигнала "Конец преобразования", вырабатываемого аналого-цифровым преобразователем 13, если нет сигнала запрета от дискриминатора 5 и на выходе логической схемы ИЛИ-НЕ в этом случае уровень напряжения соответствует логической едйнице, Если сигнал запрета ат дискриминатора 5 пас" тупил, ro управляющего сигнала на шине управл=":ния не возникает, размыкается линейный ключ, сигнал от устройства 3 проходит через сумматор 17 иа вход анализатора 7 беэ коррекции.

В ячейках запоминающего устройст- 5 ва 14 хранятся дискретные значения

f,./Ò/ экспериментально установленной функции Х. = f/Ò/, умноженные на величину /k-1/. Кад, записанный па соответствующему адресу в ячейках запоминающего устройства 14, считывается на шину данных цифроаналогового преобразователя 15, который линейно преобразует данный код соответственно в напряжение, поступающее на один иэ входов перемножителя напря35 жений 16, на другой вход которого падается сигнал от устройства 3, пропорциональный амплитуде импульса от детектора 1. Результат перемножения

t поступает через нормально замкнутый ключ на один иэ входов сумматора 17» на другой вход которого приходит сигнал ат устройства 3. Таким образом„ сигнал с амплитудой, преобразованной согласно выражению /3/, поступает с выхода сумматора 17 на вход анализатора 7, ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения эффективности полного пог" лощения гамма-квантов н отношения площади под пиком поЛного поглощения и площади всего распределения, в него введены устройство хранения амплитуды спектрометрического сигнала и преобразователь амплитуды спектрометрическага сигнала, причем вход устройства хранения амплитуды спектраметрического сигнала соединен с выходом спектрометрического усилителя, а выход — с одним из входов преобразава" теля амплитуды спектрометрического сигнала, другой вход которого соединен с выходом анализатора формы им . пульса, а третий вход соединен с выходом дискриминатора формы импульса, а выход его соединен с многоканальнымамплитудным анализатором, 2. Устройство па п,l, о т л и ч а" . ю щ е е с я тем, что преобразователь

I амплитуды спектрометрического сигнала состоит иэ источника опорного напряжения, . дифференциального усилителя, усилителя-нормирователя, перемножителя напряжений, сумматора, I линейного ключа, логической схемы

ИЛИ-НЕ, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с, источником опорного напряжения, а его неинвертирующий вход соединен с выходом анализатора Формы импульса, а выхоц соединен с входом усилителя-нормирователя, выход которого соединен с одним иэ входов перемножителя нап,". ряжения, другой вход которого соединен с выходом устройства хранения амплитуды спектраметрического сигнала, а выход ега соединен с входом нормально включенногб линейного. ключа, управляющий вход которого са единен с.выходом логической схемы

ИЛИ-НЕ, вход которой соединен с выходом дискриминатора формй ймпульса, а выход HopMB$IbHo включенного линейного ключа соединен с одним из входов сумматора, другой вход котораго соединен с выходом устрой тВа хра- нения .амплитуды спектрометрического сигнала; а выход сумматора соединен с входам многоканального амплитудного анализатора.

3. Устройство по п 1 ° o> т n ..и ч аю-щ е е с я тем, что преобразователь амплитуды спектраметрического сигнала состоит из аналого-цифро1ЗВЫЬ во го пр. еобразователя, запоминаннпеге устройства, цифроаналогового преобразователя, перемножнтеля напряжений, сумматора, линейного ключа, логической схемы н логической схемы ИЛИ-НЕ, причем аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с вьг ходом анализатора формы импульса, а цифровой выход его соединен с адрес-щ ной шиной запоминающего устройства, и выход "Конец преобразования" аналого»цифрового лреобраэователя соединен с одним из входов логической схемы

И, другой вход которой соединен с выходом логической схемы ИЛИ-НЕ, вход которой соединен с выходом дискриминатора формы импульса, выход логической схемы И соединен с управляющим входом запоминающего устройст- рд ва, шина данных которого соединена с входом цифроаналогового преобразова-. теля, анапоговый выход которого соединен с одним иэ входов перемножителя напряжений, другой вход которого соединен с выходом устройства хранения амплитуды спектрометрического сигнала, а его выход соединен с входом нормально включенного линейного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом логической схемы ИЛИ-НЕ, а выход нормально включенного ключа соединен с одним иэ входов сумматора, другой вход которого соединен с выходом устройства хранения амплитуды спектрометрического сигнала, а выход сумматора соединен с входом многоканального амплитудного анализатора.

1 389467

dmbn Я фиГ3

Составитель С, Кулешов

Техред 1.Дидык

Корректор МЛ!ароши

Редактор В,Фельдман

МММ»

Заказ 1694 Тир аж 359 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35., Раушская наб. ° д. 4/5

) - ) Проиэводственно-полиграфическое предприятие; г. Ужгород, ул. Проектная, 4