Устройство для регистрации ядерных излучений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9 С 0 Оп ЗО БРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВ ОРСКОМ а ач ног отв тан о нен ка ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРОЮ(71) Объединенный институт ядерных исследований(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, включающее в себя полупроводниковый детектор, ис,точник высоковольтного питания детектора и предусилитель, состоящий извыходной секции, дифференцирующейцепочки и эарядочувствлтельной секции с полевым транзистором на входе,в состав которой входят сопротивление и емкость обратной связи, причем катод полупроводникового детектора и положительный вывод источника Высоковольтного питания детектора заземлены, по одному из выводов сопротивления и емкости обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе с входом дифференцирующей цепочки, подключенной выходом к входу зыходной секции, выход которой является выходом устройства, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности устройства,дополнительно введен источник питания зарядочувствительной секции,выходная с. кция выполнена в виде неинвер- Е тирующего усилителя-интегратора,причем анод полупроводникового детектора непосредственно подключен к затво Сф ру входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, выводы Я положительного и отрицатель- питания которой подключены к тствующим выводам источника я зарядочувствительноь секции, тельный вывод которого соедиотрицательным выводом источниоковольтного питания детектора, 110766820 Изобретение относится к областидетекторов ядерных излучений и можетбыть использовано в физических эксперимецтах с использованием полупроВодниковых 11 етек 1 Оров ядерных излучений,Известно устройстзо для регистрации ядерных излучениЙ, состоящее из полупроводниково о детектора а незаземленными Выводами и зарядочувствительного предусилителя,. Один ВЫВОД полупроводникового детектора подключается к ВысокОВ 0.1 ьтному источнику питания детектора, а другой вывод - непосредственно к входу зарядочувствительцой секции предусилителя.Недостатком таких устройств является то что ц качессве полупроВодникового детектора В них нельзя использовать широкораспространенные полупроводниковые детекторы, один из Выводов которого заземлен. .Заземление одного из выводов детектора обусловлено необходимостью обеспечения хорошего контакта с хладопрово"ом,. что особенно важно В детекторах больших объемов. Наиболее б:тизким по технической сущности к изобретению является устройство для регистрации ядерных излучений, включающее в себя полупРОВОдцик 013151 11 етектор, истОчник Высоковольтцого питания детектора и про;1 усилитель, состоящий из выходной секции, дифференцирующей цепочки и зар 11 дочувствительной секции с полевым трацзистором на входе, В состав которой входят сопротивление и емкость Обратной связи,причем катод по 1 уцроводниковогодетектора и положительный вывод источника Высоковольтного питания детек. тора заземлены,по одному из Выводов сопротивления и емкости обратной связи подключець 1 к затвору входного полевого транзистора зарядочувстгительной секции, к Выходу кот рой под -ключены их Вторые выводы Вместе свходом диффсреццирующей цепочки,по;К 11 ючецОЙ Выхо;10 м к Входу Выход 11 ой секции Выход которой являетсявыходом устройства. Гакое устройство включает переходной конденсатор,подключенцый од 11 им концом к входузарядочувствите:1 ьцой секции, а другим - к сигца;1 ьцому ко 1.цу детектора,с которым сдед 11 цсц т 1 кже резистор 5 10 15 через который подается на детектор вь 1 соковольтное питание.Емкость дифференцирующей цепочки шуцтирована резистором и вместе с сопротивлением дифференцирующей цепочки образует схему компенсации полюса нулемНедостатком прототипа является ухудшение разрешения устройства по сравнению с аналогом вследствие того, что во входной цепи предусилителя увеличивается паразитная емкость из-за включения переходного конденсатора, а также вследствие того, что вводится дополнительный источник шума - резистор, через которь 1 й подается высоковольтное питание на детектор,Целью изобретения является повышение разрешающей способности устройства для регистрации ядерного излучения. Цель достигается тем, что в устройство для регистрации ядерных излучений, включающее в себя полупроводниковый детектор, источник высоковольтного питания детектора и пред- усилитель, состоящий из выходной секции, дифференцирующей цепочки и зарядочувствительной секции с полевым трацзистором на входе, в состав которой входят сопротивление и емкость обратной связи, причем катод полупроводникового детектора и положительный вывод источника высоковольтного питания детектора заземлены, по одному извыводов сопротивления и емкости обратной связи подключены к затворувходного полевого транзистора зарядочувствительной секции, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе со входом дифференцирующей цепочки, подключенной выходом к входу вы.ходной секции, выход которой является выходом устройства. Кроме того,дополнительно введен источник питания зарядочувствительной секции, выходная секция выполнена в виде неинвертируемого усилителя-интегратора,причем анод полупроводникового детектора подключен к затвору входного полевого транзистора зарядочувствительной секции, выводы подачи положительного и отрицательного питания которойподключены к соответствующим выводам источника питания зарядочувствительной секции, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом1107668 4ра через вывод подачи отрицательного литания эарядочувствительной секции 2, а затем через сопротивление4 обратной связи, равное, При5 этом источник питания зарядочувствительной секции и сама секция находятся под высоким потенциаломотносительно корпуса устройства.В известных устройствах аналогич 10 ного назначения переходная емкостьТмежду зарядочувствительной и выходной секциями шунтируется резисторомдля компенсации полюса нулем.Это необходимо, чтобы на выходеустройства получить короткий но однополярный сигнал,В предлагаемомустройстве этот резистор поставитьнельзя иэ-эа того, что зарядочувствительная секция находится под высоким потенциалом источника питания.Для того, чтобы обеспечить компенсацию полюса нулем в предлагаемом устройстве, выходной усилитель выполнен в виде неинвертирующего усили теля-интегратора и на выходе получается короткий однополярный импульсс постоянной спада детектора.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства,Схема содержит полупроводниковыйдетектор 1, зарядочувствительную секцию 2 предусилителя, емкость 3 обратной связи зарядочувствительной секции, сопротивление 4 обратной связизарядочувствительной секции, входнойполевой транзистор 5 зарядочувствительной секции, источник 6 высоковольтного питания детектора, источник 7 питания зарядочувствительной секции,дифференцирующую цепочку 8, выходную секцию 9 и выход10 устройства,Катод полупроводникового детектора 1 и положительный вывод источника 6 высоковольтного питания детектора заземлены, по одному из выводов сопротивления 4 и емкости 3 обратной связи подключены к затвору входного полевого транзистора 5 зарядочувствительной секции 2, к выходу которой подключены их вторые выводы вместе с входом дифференцирующей цепочки 8, подключенной выходом к входу выходной секции 9, выход которой является выходом устройства 10. Анод полупроводникового детектора 1 подключен к затвору входного полевого транзистора 5 зарядочувствительной секции, выводы подачи положительного и отрицательного питания которой подключены к соответствующим выводам отдельного источника 7 питания зарядочувствительной секции, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом источника 6 высоковольтного питания детектора.Устройство работает следующим образом.Импульс тока, возникший в полупроводниковом детекторе 1 под воздействием ядерного излучения, интегрируется зарядочувствительной секцией 2 на емкости 3 обратной связи, равной Со. Сигнал с выхода зарядочувствительной секции 2 поступает через дифференцирующую цепочку 8 на выходной усилитель - интегратор 9, а затем на выход устройства 10. Питание зарядочувствительной секции осуществляется от источника 7 питания, Высоковольтное питание 30(Р) = Бгде То = К Со, а Е - постоянная, определяемая величиной собранного заряда.Коэффициент передачи переходнойцепи между секциями равенр)- РВЬхг1+ Рслр ЙЬхКоэффициент передачи выходнойсекции м)з(Р) равен45"+Рс ("+)М/ (о)=Рс 11Использовав эти три выражения,легко найти. выражение для формы сигнала на выходе устройства Ц (Р)7 Р С,р Кьх +Рс сф 1 х)ьр)= Е1+РТо "+ Рсфср Кьх Рск,Выполнив сокращение при условиит.=с(к, + к,) 55 можно получить источника высоковольтного питания Вышеизложенное можно проиллюстрироватв следующим образом.Сигнал на выходе зарядочувствительной секции в операторной форме имеет видЦ. Р)на детектор поступает от источника 6 высоковольтного питания детектоС +спер К ЬхРС,(Значение 0,02 кзВ/пФ относится клучшим зарубежным транзисторам, которые нашей промышленностью не выпускаются). Энергетическое разрешение в таких системах составляет(2-2,5) кэВ.В предлагаемом устройстве нетпереходного конденсатора на выходе 10 зарядочувствительной секции, поэтому суммарная входная емкость уменьшается примерно на 6 пФ, кроме того,исключается шум одного резистора,равный 0,2 кэВ, Суммарное улучшение 15 разрешения составляет (0,02 - 0,05) +6+ 0,2 = (0,32 - 0,5) кэВ, что нафоне (2-2,5) кэВ составляет около203. Такое существенное улучшениевполне оправдывает некоторое услож нение схемы за счет введения дополнительного источника питания зарядочувствительной секции, а также изменения схемы выходного каскада предчить усилителя. Подписно 47венного комитетаетений и открыти35, Раушская наб 4/1 ТВНИИПИ Госпо делам 113035, Моск Зак раж дар изо д.4 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Прое Из последнего выражения обратнымпреобразованием Лапласа можно полуТаким образом, на выходе устройства форма сигнала совпадает с формой сигнала на выходе прототипа.Для оценки технико-экономической целесообразности построения настоящего устройства сравним его с базовым образцом, в качестве которого примем типичную систему детектор-предусилитель, состоящую из германиевого детектора среднего объема (30-40 см) с емкостью около 30 пФ и предусилителя, имеющего на выходе переходную емкость, два резистора по 1 ГОм каждый (один в цепи обратной связи, другой - для питания детектора) и полевой транзистор с зависимостью шума от емкости (0,02 + 0,05)кэВ/пФ. Редактор О.Юркова Техред Т.Дуб Корректор М.Максимишинец