9.Амплитудный анализ импульсов
Так как амплитуда выходного сигнала некоторых детекторов в большинстве случаев линейно связана с энергией регистрируемой частицы, то амплитудный спектр импульсов напряжения от таких детекторов подобен энергетическому спектру исследуемых частиц. Исследование амплитудного спектра импульсов напряжений производят с помощью устройств, называемых дискриминаторами. Простейший метод амплитудного анализа импульсов - отделение импульсов исследуемого излучения от импульсов меньших амплитуд (шумы или более мягкое излучение). Для этого применяются интегральные дискриминаторы, импульс на выходе которых появляется только тогда, когда амплитуда импульса на входе усилителя превышает некоторый предел - порог дискриминации Uпор (рис.7, а). Затем величина Uпор меняется, и эксперимент повторяется многократно. Кривая зависимости скорости счета от порога дискриминации дает возможность получить интегральный спектр исследуемого излучения. По форме интегральной кривой можно судить о составе спектра исследуемого излучения. Однако нельзя получить информацию о числе импульсов каждой амплитуды: такую возможность дает дифференциальный спектр (рис.7, б), который может быть получен из интегрального спектра путем численного дифференцирования последнего. Но подобный метод требует длительных расчетов и повышенной стабильности аппаратуры. Поэтому он обычно не применяется. Для непосредственного получения
дифференциального спектра разработаны специальные приборы - дифференциальные амплитудные анализаторы импульсов. Такой одноканальный амплитудный анализатор регистрирует все импульсы, амплитуда которых превышает некоторый нижний порог Uпор.н не достигает верхнего порога Uпор.в. Разность Uпор.н - Uпор.н= U называется шириной канала амплитудного анализатора. При снятии дифференциального спектра меняется положение Uпор.в и Uпор.н так, чтобы ширина канала U оставалась
неизменной, блок схема одноканального амплитудного анализатора представлена на рис. 6.
Рисунок 6 Блок схема одноканального анализатора
Рисунок 7 Интегральный и дифференциальный спектры
Дискриминаторы верхнего и нижнего уровней являются устройствами, аналогичными интегральному дискриминатору, описанному ранее, причем порог срабатывания дискриминатора верхнего уровня выше порога срабатывания дискриминатора нижнего уровня. Для регистрации импульсов, амплитуда которых заключена в пределах Uпор.н+ΔU импульсы с входов и выходов обоих дискриминаторов поступают на схему антисовпадений. Сигнал на выходе схемы антисовпадений появляется только в том случае, когда срабатывает дискриминатор нижнего уровня, а дискриминатор верхнего уровня не срабатывает. Таким образом, при измерениях одноканальным анализатором регистрируется лишь небольшая часть импульсов, амплитуда которых лежит в пределах канала (Uпор.н<A<Uпор.в) все остальные импульсы теряются. Этого недостатка лишены многоканальные амплитудные анализаторы, в которых регистрация возможна в любом из N каналов с шириной Uk. Обычно каналы устанавливаются так, что их нижние пороги соответственно равны O,Uk,2Uk,3Uk и т.д. Амплитудные распределения регистрируются и обрабатываются с помощью цифровой электронной техники, в частности, компьютеров. Исследуемый диапазон амплитуд разбивается на конечное число интервалов, обычно равных, каждому из которых присваивается порядковый номер. Эти интервалы принято называть каналами. За одинаковое для всех каналов время подсчитывается число импульсов, амплитуда которых лежит в пределах каждого из интервалов. Таким образом, непрерывное амплитудное распределение Pa(u) представляется в виде дискретного распределения Cn(n), где n – номер канала, а Cn – число отсчетов в канале. Другими словами, распределение представляется гистограммой (рис. 8).
Рисунок 8 Гистограмма амплитудного распределения
Преобразование аналоговых сигналов в цифровые коды, с которыми может работать компьютер, осуществляется амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП), в котором амплитуда каждого импульса измеряется и определяется соответствующий ей номер канала. Затем компьютер считывает номер канала и прибавляет единицу к содержимому элемента массива, выделенного для каждого канала. Такой метод регистрации амплитудного распределения получил название «многоканальный амплитудный анализ». Число каналов анализатора определяется техническими характеристиками АЦП. Обычно амплитудный анализатор имеет линейную характеристику, т.е. номер канала пропорционален амплитуде на входе АЦП, а максимальный номер канала соответствует максимальному значению амплитуд, которое возможно измерить с помощью АЦП. На практике используются анализаторы с числом каналов 100-20000 в зависимости от поставленной задачи. Итак, учитывая сказанное выше, можно считать, что связь номера канала с энергией линейна. В этом случае часто применяется такая
характеристика, как цена канала, выраженная в энергетических единицах, например, кэВ/канал. Цена канала, а, следовательно, и диапазон энергий регистрируемого излучения, определяются характеристиками детектора и коэффициентом усиления спектрометрического тракта, с одной стороны, и числом каналов АЦП, с другой стороны. На рисунке 9 показаны амплитудные распределения двух энергетических линий, причем, нижнее распределение зарегистрировано при коэффициенте усиления в 3 раза большем, чем верхнее. Из этого рисунка видно, что положения максимумов пиков сдвигаютсяпропорционально увеличению коэффициента усиления, что соответствует уменьшению цены канала в три раза; ширина пиков, канал выраженная числом каналов, также пропорционально увеличивается. Особо обращаем Ваше внимание на то, что ПШПВ может характеризовать разрешение спектрометра только в том случае, если она выражена
энергетическими единицами, но не числом каналов. Именно это демонстрирует рисунок 9: ширина пиков на гистограммах зависит от коэффициента усиления, но относительное разрешение спектрометра (fwhm/E) от него не зависит, а определяется техническими данными детектора и спектрометрического тракта.
