Способ измерения среднего времени появления -го фотоэлектрона из фотокатода фотоэлектронного умножителя

Способ измерения среднего времени появления -го фотоэлектрона из фотокатода фотоэлектронного умножителя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

о и и ГА н и- е

ИЗОБРЕТЕНИЯ 1ц 446006

Саюз Сове сках

Социалистических

Республик н Авто скому свиднпльств (61) Зависимое от авт, свидетельства (22) Заявлено 11,04.72 (21) 1770389/26-25

1 (51) М. Кл. G 01t 1/00 с присоединением заявки М (32) Приоритет

1

Опубликовано 05.10.74. Бюллетсн:: ¹ 37

, Дата опубликования описания 16.06.75

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК 537.533(088.8) (72) Авторы нзобретсния

Б. С. Новисов и Л. И. Менькин (71) Заявитель

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ВРЕМЕНИ ПОЯВЛЕНИЯ

Q-ГО ФОТОЭЛЕКТРОНА ИЗ ФОТОКАТОДА ФОТОЭЛЕКТРОННОГО

УМНОЖИТЕЛЯ

Изобретение относится к экспериментальной ядерной электронике и может быть использовано для контроля качества фотокатода фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) .

Известны способы определения среднего времени появления Q-го фотоэлектрона из фотокатода ФЭУ (tq), основанные на предположении, что статистическая закономерность появления фотоэлектрона подчиняется биноминальному закону. Однако для каждого

ФЭУ на закон фотоэмиссии электронов из фотокатода накладываются поправки, обусловленные, например, неравномерностью толщины фоточувствительного слоя данного фотокатодг, чистотой материала фотокатода, технологией нанесения фотокатода на стекло баллона и т. п., поэтому представляет практический интерес экспериментальное определение

Для определения tq с большой статистической точностью после возбуждения фотокатода световой вспышкой «медленного» сцинтиллятора, например Nal(TI), под действием гамма-кванта производят интегрирование с различной задержкой двух последовательных импульсов тока из фотоэлектронного умножителя и измеряют уменьшение амплитуды импульсов напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки для экспериментального определения tq.

Установка содержит радиоактивный источник 1, «медленный» сцинтиллятор 2, ФЭУ 3, динод 4, анод 5, интегратор 6, быстрый токовый усилитель 7, формирователь управляющего сигнала 8, блок 9 переменной калиброванной задержки, амплитудный анализатор 10.

На фиг. 2 представлены амплитудные спект10 ры импульсов на выходе интегратора при различных величинах задержки в блоке 9. Спектр

2, а соответствует Т„д — — 0; 2, б — Т„д —— tq » — наибольшее время появления

15 (Q — 1) -го фотоэлектрона для Z сигналов;

2, в — tq — т (Тзад (1д; 2 а — Тзад = tq, макс

2, д — T, = tq " . Здесь tq — среднее время появления Q-го фотоэлектрона из фотокатода ФЭУ. На фиг. 2, е показано распределе20 ние времени появления Q-го и (Q + 1)-фотоэлектрона для совокупности Z сигналов.

Физическая основа способа заключается в следующем.

Моноэнергетический поток гамма-квантов

25 hcTo÷íèêà 1 регистрируется сцинтиллятором 2, который оптически связан с фотокатодом

ФЭУ 3. При поглощении фотона сцинтиллятор дает световую вспышку, которая регистрирует ся фотокатодом. В результате на диноде 4 и зО аноде 5 ФЭУ появляются импульсы тока. Ес446006

3 ли энергия фотонов невелика, а геометрические размеры сцинтиллятора таковы, что вероятность полного поглощения гамма-кванта олизка к единице, то импульс тока на выходе ФЭУ несет заряд, обусловленный небольшим числом фотоэлектронов. 1-1апример, при регистрации фотонов с Е, = 10 кэв кристаллом (1Ча1(1 е) из фотокатода будет эмиттироваться в среднем 1о фотоэлектронов, поскольку конверсионная эффективность широко распространенного сурьмяно-цезиевого фотокатода не превышает двух фотоэлектронов на

1 кэв поглощенной энергии фотона. Эти фотоэлектроны эмиттируются в течение времени высвечивания сцинтилляторà t„поскольку при регистрации малых энергий (порядка

10 — 2u кэв) длительность сцинтилляции практически совпадает с постоянной времени высвечивания этого сцинтиллятора, т. е. 4 = т =

= 260 нсек, Очевидно, что при такой величине

4 и количестве фотоэлектронов, всегда найдется интервал времени t внутри интервала

4, в который появляется только один фотоэлектрон. Ьсли за окончание интервала t„ принять момент появления и-ro фотоэлектрона, а за начало — момент появления (и — 1)и го фотоэлектрона, то tq = 4.

i=l

Импульсы тока на выходе ФЭУ, соответствующие регистрируемым кристаллом Nal фотонам, поступают на интегратор b, вход которого в исходном состоянии заблокирован низкоомной нагрузкой, и на вход усилителя 7, выход которого подключен к входу формирователя 8. 11орог срабатывания формирователя установлен по уровню сигнала, амплитуда когорого соответствует одному фотоэлектрону, выбитому из фотокатода ФЭУ.

Формирователь под действием сигнала с динода вырабатывает импульс длительностью больше t,. Выходной сигнал формирователя поступает на управляющий вход интегратора

6 через блок 9 переменной калиброванной задержки и переводит его на время своей длительности в режим интегрирования анодного импульса тока.

Величина задержки в блоке 9 устанавливается оператором и может изменяться от нуля до 4. Амплитуда сформированного интегратором импульса напряжения измеряется анализатором 10.

Измерение tq производится следующим образом.

Интегрируют импульс анодного тока ФЭУ с целью определения количества фотоэлектронов, создающих этот токовый импульс. Для этого отключают управляющий вход интегратора от блока задержки и деблокируют его вход. В этом случае амплитуда импульса на выходе интегратора

4 гДе ii(t) — функция, описывающая формулу анодного тока; С вЂ” емкость, на которой производится .интегрирование токового импульса. Величина U»,„ èçìåðÿåòñÿ анализатором 10. Для получения малой статистической ошибки на всех этапах определения t измеряют 2. импульсов, например 10000 импульсов. Спектр амплитуд Х„-импульсов представлен на фиг. 2, а.

Интегрируют повторно импульс анодного тока ФЭУ, исключая ту долю заряда (е), которая образуется на выходе ФЭУ в случае вылета из фотокатода одного фотоэлектрона.

Исключение этои доли заряда приведет к уменьшению амплитуды сигнала на выходе интегратора на величину Л. Для этого приводят интегратор b в исходное состояние с заблокированным входом, а его управляющий вход подключают непосредственно к выходу формирователя 8. В этом случае задержка управляющего сигнала для интегратора равна нулю. 11оскольку порог формирователя 8 установлен на уровень сигнала, соотвегствующего испусканию одного фотоэлектрона, то интегрирование токового сигнала на аноде начнется только после появления в цепи анода ФЭУ заряда вь который соответствует первому выбитому фотоэлектрону, в то время как заряд е1 стечет на шину нулевого потенциала через блокировку. Каждый из 2;„сигналов, сформированных в этом режиме работы измерительного устройства, будет иметь амплитуду на величину Л меньшую, чем в случае полной интеграции анодного тока. В результате амплитудное распределение Х„сигналов сместится

Ь на величину ф = — (гр — ширина канала

9 анализатора 10) в сторону меньших каналов

Отношение величин Уц/ф где Np — номер ка нала, соответствующий максимуму распредс ления амплитуд Х„сигналов,,определяет наэ более вероятное количество фотоэлектроно . которые выбиваются из фотокатода в резуль тате полного поглощения фотонов источника 1 сцинтиллятором 2.

Увеличивают постепенно от нуля время задержки управляющего сигнала для интегратора 6 в блоке калиброванной переменной задержки с целью последовательного исключения долей зарядов из полного заряда на аноде ФЭУ при интегрировании импульса тока, соответствующего второму фотоэлектрону (в ), третьему (е ) и т. д. до Q-го фотоэлектрона. По изменению спектра амплитуд Х„ импульсов и по величине задержки сигнала формирователя 8 в блоке 9 определяют время появления Q-ro фотоэлектрона с точностью до времени появления первого фотоэлектрон а поскольку начало задержки отсчитывается or момента регистрации первого фотоэлектрона формирователем 8. макс

При времени Таад t q i каждый импульс формируется интегратором с потерей части

446006

Фиг 1 заряда, которая соответствует Q — 1 фотоэлектронам (см. фиг. 2, е и б). При tq ( (T» (t и, импульсов из Х формируются с потерей заряда от Q фотоэлектронов, а Մ— п импульсов формируются с потерей заряда от

Q — 1 фотоэлектронов. Это приводит к появлению асимметрии амплитудного распределения и уменьшению его высоты (см. фиг. 2, в).

При Т„ = tz количество (и,+ n>) импульсов, п равное (см. фиг. 2, е), формируетсч- с по2 терей заряда от Q фотоэлектронов, а вторая половина сигналов из Z„— с потерей заряда от Q — 1 фотоэлектронов. В результате максимум амплитудного распределения сдвигается на величину ф/2 в сторону меньших каналов и симметрируется.

Высота распределения становится минимальной (см. фиг. 2, е и г). При T» = все импульсы формируются с потерей заряда от Q фотоэлектронов. Это приводит к тому, что максимум распределения амплитуд Х импульсов смещается на величину g по отношению к первоначальному положению (см. фиг. 2, б) и сужается. Высота пика достигает первоначальной величины пр (см. фиг. 2, е и д).

Таким образом, по изменению амплитудного распределения импульсов, в зависимости от величины времени задержки при интегрировании импульса тока в цепи анода ФЭУ, устанавливается соответствие между величиной

5 задержки и средним временем появления Q-ro фотоэлектрона. Согласно приведенным амплитудным спектрам (2, б, в, г, д), среднее время появления Q-го фотоэлектрона для данной совокупности сигналов Х„ равно величине задержки Т»„= tq Точность определения tq определяется количеством импульсов Х, кото. рые используются для измерения tq. чем больше Z, тем меньше статистическая погрешность определения tq.

Предмет изобретения

Способ измерения среднего времени появле20 ния Q-ro фотоэлектрона из фотокатода фотоэлектронного умножителя путем регистрации фотонов сцинтилляционным детектором, о тли чающийся тем, что, с целью повышения точности, производят интегрирование с

25 различной задержкой двух последовательных импульсов тока из фотоэлектронного умножителя и измеряют уменьшение амплитуды импульсов напряжения.

446006 е и 2(у з)Я (p

Фиг г

Составитель Ю. Громов

Редактор Т. Орловская Техред А. Дроздова Корректор 0. Тюрина

Ззказ 1385/3 Изд. № 551 Тираж 678 Подписное

ЕНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2