CC BY
20
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА _им. С. М. КИРОВА_
Том 278 1975
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ И ПОДБОРА ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК | СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ И ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
И. В. ГЛАВАНАКОВ, В. И. КРЫШКИН, В. Н. СТИБУНОВ, Н. П. ФЕДОРОВ
(Представлена научно-техническим семинаром лаборатории высоких энергий НИИ ЯФ)
Важнейшим требованием к регистрирующим системам (набор сцин-т;илля'циан;ных, черепковских и др. счетчиков и электродных схем) является высокая эффективность регистрации частиц ¡исследуемою процесса. Это требование в условиях больших фоновых загрузок приводит к необходимости иметь минимальное временное разрешение элементов системы регистр ащии. В этой работе описывается ¡методика измерения и подбора оптимальных характеристик счетчиков и электронных схем для получения высокой эффективности регистрации. Методика использовалась при настройке системы регистрации, состоящей из двух телескопов (5 сцинтилляционных и черенковокого счетчиков).
I. Подбор и измерение характеристик счетчиков
Поскольку временное разрешение счетчиков определяется характеристиками используемых фотоэлектронных умножителей (ф. э. у.) (при м.алых размерах пластического сцинтиллятора), то производился подбор режима питания ф. э. у. по обычной методике [1] с использованием ОаР— светодиода. Окончательный подбор ф. э. у. и режима его питания осуществлялся в следующих условиях: непосредственно на торцы пластического сцинтиллятора диаметром 5 см и толщиной 1,5 см, облучаемого радиоактивным источником Со60, устанавливались два ф. э. у. Импульсы с анодов ф. э. у. формиров-ались и подавались на время-амплитудный конвертор (в. а. к.) без дополнительной селекции импульсов по амплитуде в «боковых» каналах. При этом уровни дискриминации формирователей имели величину, соответствующую регистрации электронов с энергией 0,1—0,2 Мэ-В. Временное разрешение лучших экземпляров ФЭУ-30, измеренное в таких условиях, составляло 2т = 0,65—0,7 не. Измерение временного разрешения производилось на расходящемся пучке релятивистских электронов, обеспечивающем равномерное облучение всей площади сцинтилляторов. В табл. 1 приведены результаты этих измерений. В качестве «.базового» использовался счетчик с размерами сцинтиллятора 10X8X0,7 см3. Измерения для счетчика № 4 проводились с использованием двух в. а. к. для компенсации изменения задержки импульса ф. э. у. в зависимости от места прохождения электрона через сцинтиллятор [2].
Таблица 1
^ к ^ в
Тип
счетчика меры
раз-
Тип ф.э.у. количество, шт.
Временное разрешение, не
1 Сцинтилляционный 13x10x0,8 (см3)
2 Сцинтилляционный 25X1 (см)
3 »
4 Сцинтилляционный 26x1 (см)
5 Черенковский 35x30 (см)
ФЭУ-30 — 1 1,4
» 2,9—3
» »
ФЭУ-30 — 2 1,8—2
ФЭУ-36 — 2 5
ФЭУ-49 — 1 10
2. Установление уровней дискриминации формирователей
Имтульсы с ф.э.у. подавались на формирователи с компенсацией амплитудной зависимости, основанной на известном принципе «-следящего порога». Схемное решение этого метода аналогично предложенному в работе [3], то есть сложение инвертированного и «обрезанного», на определенном уровне сигнала ф.э.у. с нвинвертироозанным, но задержанным на длительность фронта сигналом ф.э.у. Величина задержки неинвертированного сигнала подбиралась для каждого типа ф. э. у. Изменение задержки сигналов с амплитудой, превышающей Зип (ип — уровень порога формирования) на выходе формирователя не превышает 0,1 не.
Ори измерениях временного разрешения счетчиков подбиралось напряжение питания, обеспечивающее минимальные временные флуктуации. После этого проводился контроль аппаратурной эффективности регистр ации счетчика при выбранном н апряжении. Блок-схем а измерения аппаратурной эффективности счетчика с формирователем приведена на рис. 1. Сигнал с анода ф.э.у. разветвляется на линейном
Счетчик |—>» др.
Л. В.
и.
л. и.
ф.
Ф.М.В.
Рис. 1. Блок-схема установки уровней дискриминации формирователей.
разветвителе (ЛР) на два сигнала, один из которых поступает на вход линейных ворот (ЛВ), а другой — на исследуемый формирователь (Ф), управляющий наносекундными линейными воротами. Во избежание частотных перегрузок спектрометрического усилителя и амплитудного анализатора (АА) управление линейных ворот производилось формирователем «мертвого» времени (МВ) (тМерт—оОч-ЮО мкс). Сигнал с выхода линейных ворот удлинялся без искажения амплитуды и поступал на амплитудный анализатор «АИ-256». Анализатор при этом регистрирует только те импульсы, амплитуда которых превышает уровень дискриминации формирователя. Эффективность счетчика с формирователем легко определяется из вида амплитудного распределения. Эти измерения позволяют обойтись без изучения счетных характеристик.
Все схемы спектрометрического тракта и их характеристики описаны в работе [4].
3. Измерение и подбор характеристик телескопа
Обычно измерения аппаратурной эффективности телескопа, тасла случайных совпадений, выделения частиц с определенной скоростью и вр ем енное согл асов ание эл ементов тел еокоп а производится м етодом задержанных совпадений [б] последовательно для каждой из схем.'Тани е измерения требуют мониторирования интенсивности и знания «временной» структуры пучка, проходящего через телескоп. При подстройках характеристик элементов телеокопа измерения повторяются и требуют больших затрат времени.
В данной работе измерение и временное согласование элементов телескопа и телеокопов осуществляется с помощью время-амплитудного конвертора [6] на основе предложенной в работе [7] методики измерения кривых случайных совладений и антисовпадений. Принцип пояснен на простом примере элемента телескопа, состоящего из двух счетчиков и схемы совпадений. Блокнсхема измерений представлена на рис. 2. На рис. 3, а показан врем я нпро летный спектр от этих счетчиков, когда импульсы подавались непосредственно на в. а. к. без схемы совпадений. Пик связан с релятивистскими частицами с (электроны и т. д.).
Рис. 2. Блок-схема измерения характеристик телескопа рз двух счетчиков.
На рис. 3, б приведен тот же самый спектр, но импульсы с формирователей подавались на в. а. к. через «ворота», управляемые схемой совпадений с разрешающим временем, большим ширины электронного пика по основанию, чтобы схема совпадений регистрировала все электроны. Разрешающее время другой схемы совпадений (рис. 3, в) меньше, но ее эффективность равна 100%, так как ширина электронного пика по основанию равна разрешающему времени этой схемы, оно в этом случае является минммальнькм для эффективного отбора электронов. На рис. 3, г показан спектр при управлении «воротами» схемой ^ совпадений с разрешающим временем, меньшим ширины электронного пика по основанию, и, следовательно, с эффективностью меньше 100%.
Точное значение эффективности легко определить из соотношения площадей под нормированными по высоте пиками на рис. 3, г и 3, в. Для сравнения на рис. 3, д показана кривая задержанных совпадений той же схемы совпадений, что и' на рис. 3, в. Разница в форме кривых связана с величиной разрешающего времени этой схемы.
Обычно об эффективности схемы совпадений (или антисовпадений) судят по наличию плато на кривой задержанных совпадений, которое при минимальном разрешающем времени будет отсутствовать (рис. 3, в). Для подавления фона случайных совпадений часто необходимо определить наименьшее разрешающее время при эффективной регистрации исследуемых событий. Данный метод позволяет сделать это быстро и наглядно. Кроме того, по высоте пьедестала, на котором;
Рис. 3, а—г. Временное распределение импульсов от двух счетчиков, регистрируемых схемой совпадений для разного разрешающего времени, д — кривая задержанных совпадений.
находится пик коррелированных событий, можно определить вклад случайных совпадений. Отметим, что метод оценки случайных совпадений с помощью введения задержки в один из каналов предполагает равномерное распределение фоновых событий, что в общем случае неверно.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. И. Рыкал и н, Т. Г. Кмита, И. В. Рыжиков, И. А. Новоселов. Препринт ОИЯИ, Р-2466, Дубна, 1965.
2. В. Г. Лапшин, В. И. Р ы к а л и н, 3. Цисек. Препрйнт ОИЯИ, № 13-3530, Дубна, 1967.
3. М. Драже в, С. Паржицкий. Препринт ОИЯИ, № 13-4604, Дубна, 1970.
4. В. А. Аульченко, Ю. В. Коршунов. Препринт ИЯФ СО АН СССР, 14, Новосибирск, 1970.
5. Ю. К. Акимов. Сцинтилляционные методы регистрации частиц высоких энергий. М., изд-во МГУ, 1963.
6. В И. Крышкин, В. Н. Стибунов, Н. П. Федоров. ПТЭ, № 6Г 66, 1970.
7. В. И. Крышкин, В. Н. Стибунов, Н. П. Федоров. ПТЭ, № 4, 99, 1971.
