Спектрометр энергий заряженных частиц

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН,6 01 Т 1 36 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Болюнова А.Д., Веревкин А.Д., Гальперин Ю.И. и дрЙзмерение заряженных частиц средних и высоких энергий. Космические иСследования, .1970. У 111 9 1, 126-135.2. Гальперин Ю.И , Горн Л.С. Хазанов Б.И. Измерение радиации в космосе. М., Атомиэдат, 1972, с.117.3. Горн Л,С Хазанов Б.И. Спектрометрия ионизирующих излучений на космических аппаратах. М., Атомиэдат, 1979 . с. 182 (прототип) . (54)(57) СПЕКТРОМЕТР ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий соединенные БО 970980 А последовательно полупроводниковыйдетектор, импульсный усилитель иамплитудный анализатор, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергетического порога чувствительности, в него введены детекторэлектронов с микроканальными пластинами и коллектором, источник ускорявщего напряжения, второй импульсныйусилитель, узел временного отбора,при этом вход мнкроканальных пластин.детектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения,коллектор - с входом второго импульсного усилителя, выход которого и второй выход первого импульсного усилителя соединены с входами устройства .временного отбора, а выход этого узла - с входом .управления амплитудного анализатора.Изобретение относится к измерению ядерных излучений и рентгеновских лучей и может быть использовано в космических исследованиях для измерения энергетических распределений заряженных частиц средней энергии.Известны сцинтилляционные энергетические спектрометры потоков заряженных частиц.в космическом пространстве, характеризующихся монотон.ным характером энергетических распределений и отсутствием четко выде-ленных линий. Они содержат фотоэлектронные умножители, подходящие сцинтилляторы, усилители и амплитудныеанализаторы 1 1, 23Такие спектрометры обладают достаточной чувствительностью к заряженным частицам и позволяют опреде- лить характер распределений в значительном диапазоне энергий. Однако сцинтиляционные спектрометры заряженных частиц обладают высокой чувствительностью к видимому и ультрафиолетовому излучениям Солнца, что затрудняет ихиспользование на космических аппаратахДля защиты Ьт этих излучений сцинтиллятор приходится покрывать металлиэированной . светонепроницаемой пленкой, толщина которой может составить 0,3 мг/смф и более. Этому значению толщины соответствует пробег протонов с энергией около 100,кэВ, что и определяет энергетический порог чувствительности прибора, т.е. минимальное значение энергии, которое может быть измерено. Практически лороговое значение оказывается еще более высоким из-за малой конверсионной эффективности сцинтиллятора при детектировании заряженных частиц с энергией .порядка десятков килоэлектронвольт,Наиболее близо к предлагаемому спектрометр энергий заряженных Частиц с монотонным энергетическим . распределением, содержащий полупроводниковый детектор, импульсный усилитель и амплитудный анализатор 3 1.Такой спектрометр по сравнению оо сцинтилляционным спектрометром,менее чувствителен к видимому и ультрафиолетовому излучениям .и обладаетлинейной характеристикой преобразования энергия - амплитуда сигнала, из-эа чего сзижеи энергетический порог чувствительности. Однако этот важнейший параметр по-прежнему оказывается высоким, что является зна-. чительным недостатком такой аппаратуры.Количественно энергетический порог чувствительности определяют соотношениемЕмин -6 яшгде Й, - средний квадратическийшум ППД. При этом частота шумоэых импульсов (флуктуационных выбросов), амплитуда которых превосходит Е, не( превышает 1 имп/с.Для типичного значения бе 7-10 кэВ,Е =40-60 кэВ.. Испольэуемое в ряде спектрометров,устанавливаемых на космичееких аппаратах, пассивное охлаждение ППД,т.е. соединение детектора. с хладопроводом, связанным с конструкциями10 космического аппарата, находящимисяв тени хотя и достаточно сложно,.позволяет снизить значение Еминвсего до 25-30 кэВ.,Цель изобретения - снижение энер 15 гетического порога чувствительности.укаэанная цель достигается тем,. что в спектрометр энергий заряженных частиц, содержащий соединенныепоследовательно полупроводниковыйщ детектор, импульсный усилитель иамплитудный анализатор, введены де-.тектор электронов.с микроканальнымипластинами и коллектором, источникускоряющего напряжения, второй импульсный усилитель, узел временногоотбора. Вход микроканальных пластиндетектора электронов соединен с источником ускоряющего напряжения,коллектор - свходом второго импульсного усилителя, выход которого и второй выход первого импульсного усилителя - со входами устройства вре,- менного отбора, а выход этого узласоединен с входом управления амплитудного анализатора.35. На чертеже дана структурная схема предлагаемого спектрометра энергий заряженных частиц.Спектрометр содержит полупровод.никовый детектор 1, импульсные.уси 4 О лители 2 и 3, амплитудный анализатор4, устройство 5 временного отбора,детектор 6, электронов с микроканаль"ными пластинами и коллектором 7 иисточник 8 ускоряющего напряжения.. Спектрометр работает следующимобразом. Когда заряженная частицапопадает в полупроводниковый детектор .1, на его выходе развивается сигнал, амвлитуда которого пропорциональна энергий частицы (энергии,переданной чувствительному объемудетектора). Кроме того, поверхностьППД 1 под действием этой. заряженнойчастицы эмиттирует вторичные электроны, Из кремния под действием ионов55 .с,энергией Е более 3 кэВ вылетаетпо крайней мере несколько таких вторичных электронов и число их растетс энергией Е . Вторичные электроныускоряются полем, созданным источни 60 ком 8 напряжения, попадают в микроканальные пластины 6 н, вызываютпоявление. сигнала в цепи коллектора7. Импульсы с ППД усиливаются усилителем 2, а импульсы детектора электронов - усилителем 3, и устройствомЗаказ 6453/2 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 ..ЯаФилиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 5 временного отбора выделяются слу" чаи одновременного срабатывания обоих детекторов. Сигнал .с выхода устройства временного отбора разрешает проведение анализа .импульса ППД амплитудным анализатором 4. Если же сигнал на выходе ППД,1 обусловлен шумом детектора, он не сопровождается сигналом в цепи коллектора 7,устройство временного отбора 5 не. срабатывает, и такой импульс из анализа устройством 4 исключается.Такое построение спектрометра позволяет существенно снизить энергетический порог чувствительности при. уменьшении частоты фоновых импульсов.Если в спектрометре использован усилитель 2 с постоянной времени формирования Тф = 1 мкс, то интегральная частота шумовых импульсовинт 1/2 У - 1 6,10.5 мп/ ПРэнергетическом пороге Е =6 частота импульсов, амплитуда которых превышает порог Е " = 0,21= 2,5х 10+ имп/с, где 0,2 - значение интегральной функции ошибок, когдааргумент равен единицеЧастота фоновых сигналов детектора электроновс микроканальнымипластинамине превышает 10 имп/с. Частота слу,чайных совпадений, т,е. фоновых импульсов в измерительном каналеспехтрометра уф=2%ЕР при ь=10с пЕ "О, 05 имп/с.10 Следовательно, в предлагаемомспектрометре .посравнению с прототипом энергетический порог чувствительности снижен в б раэ при уменьшении.частоты фоновых сигналов на порядок.15Практическое применение предла-.гаемого спектрометра позволит Йолучить больший объем научной информации (в частности, представляющие р большой научный интерес при.магнитосферных исследованиях участка спектров заряженных частиц от несколькихкэВ до 30.кэВ) практически без увеличения стоимости эксперимента.