Анализаторы импульсов

Дифференциальные амплитудные анализаторы используются для непосредственного получения дифференциального амплитудного спектра. Амплитудный анализатор импульсов, устройство для определения закона распределения амплитудэлектрических импульсов. С помощью амплитудного анализатора обычно анализируют распределение амплитуд случайного импульсного процесса, по зависимости числа появлений импульсов в заданном интервале амплитуд. Амплитудный анализатор широко применяют для анализа распределения энергии частиц различных видов излучения, для исследования непрерывных стационарных случайных процессов при условии выделения дискретных амплитудных значений случайного процесса в виде последовательности импульсов. В состав простейшего одноканального амплитудного анализатора (Рис. 8) входят два амплитудных дискриминатора и схема антисовпадений, пропускающая на выход сигналы с амплитудами, значения которых укладываются в разность между уровнями дискриминаторов (ширина канала). Исследование спектра производят последовательными измерениями при постоянной ширине канала, но с разными абсолютными значениями уровней дискриминации.

Существует много различных систем амплитудных анализаторов, отличающихся диапазоном и одновременностью измеряемых величин, точностью, наличием регистрации на выходе: многоканальные амплитудные анализаторы, с электронным коммутатором, и др.

Рисунок1 – Блок-схема одноканального амплитудного анализатора.

Одноканальный амплитудный анализатор регистрирует все импульсы, амплитуды которых превышают некоторый нижний порог Uпор.н и не достигают верхнего порога Uпор.в (рисунок1).

Разность Uпор.в-Uпор.н=Uк называется шириной канала амплитудного анализатора. При снятии дифференциального спектра ширина канала Uк сохраняется неизменной, меняется только его положение. Так, первое измерение ведётся при Uпор.н =0; второе– Uпор.н=Uк; третье– при Uпор.н=2Uк. Все измерения проводятся в течение одинаковых интервалов времени; когда интервалы неодинаковы, результаты нормируются.

Рисунок 2 – Измерениедифференциального амплитудного спектра.

Во время измерений одноканальным анализатором регистрируется лишь небольшая часть импульсов, амплитуды которых лежат в пределах канала (Uпор.н ≤А≤Uпор.в); все остальные импульсы теряются. Поэтому при исследовании слабых эффектов, или короткоживущих изотопов, применяются многоканальные амплитудные анализаторы. В многоканальном анализаторе регистрация возможна в любом из N каналов с шириной Uк. Обычно каналы устанавливаются так, что их нижние пороги соответственно равны 0, Uк, 2Uк, 3Uк и т.д.

Существуют разные системы многоканальных анализаторов с числом каналов от нескольких десятков до нескольких тысяч. Число каналов амплитудного анализатора определяется в основном энергетическим разрешением детектора. Современные многоканальные анализаторы обычно представляют собой устройство, базирующееся на высокоскоростном АЦП и накапливающем запоминающем устройстве (рисунок 3).

Рисунок 3 – Многоканальный амплитудный анализатор

Входные импульсы вначале приводятся к диапазону АЦП с помощью спектрометрического усилителя. Далее скоростным АЦП их амплитуда оцифровывается, и цифровой отсчёт интерпретируется микроконтроллером как адрес текущей ячейки накапливающего оперативного запоминающего устройства. Микроконтроллер инкрементирует содержимое текущей ячейки запоминающего устройства. Накопленные в ОЗУ отсчёты представляют собой зависимость интенсивности потока частиц (число в конкретной ячейке памяти) от порядкового номера ячейки памяти (однозначно соответствующего амплитуде входного импульса) - т.е. амплитудный спектр.

Кроме прямого измерения амплитуд импульсов, в некоторых экспериментах (например, при исследовании осколков деления) требуется определять отношения амплитуд двух импульсов А₁/А₂. В этом случае используются специальные схемы, позволяющие получать распределение таких отношений. Но это распределение может быть получено на основе обработки спектра.

Разработаны также методы для разделения импульсов сцинтилляционных детекторов по их форме, зависящей от типа регистрируемого излучения. В основу такого решения может быть положена схема рисунка 3, однако АЦП оцифровывает при этом не амплитуду импульса, а его огибающую. Далее быстрым вычислительным устройством осуществляется классификация импульса по отсчётам его огибающей.

Существуют анализаторы, определяющие зависимость числа импульсов от двух и более параметров. Например, при исследовании γ-лучей от реакции захвата нейтронов измеряется ряд спектров γ-лучей для разных энергий нейтронов n=f(En; Eγ).

Анализаторы, предназначенные для этих целей, регистрируют момент появления импульса от γ-кванта и его амплитуду А, т.е. n=f(t,A). В результате измерений получается двумерный спектр.

Рисунок 4 – Двумерный амплитудно-временной спектр

Многомерные измерения находят место также в γ-спектрометрии при исследовании каскадных переходов; в экспериментах по рассеянию нейтронов; в исследованиях с частицами высоких энергий. В последних двух случаях анализаторами накапливается и сортируется информация, поступающая от большого числа детекторов, расположенных в пространстве. Анализаторы, предназначенные для решения подобных задач, называются двумерными, трёхмерными и т.д., иначе многомерными или многопараметрическими.