Цифровая идентификация частиц по форме импульса

УДК 001(06)+539.2(06). Исследование материи в экстремальных состояниях
А.А. ГОЛУБЕВ, В.С. ДЕМИДОВ, М.В. ПРОКУРОНОВ1,
И.В. РУДСКОЙ, А.Д. ФЕРТМАНН, Н.А. ХАЛДЕЕВА,
А.Н. ШАБАЛИН1, С.А. ШУБИН1
Институт теоретической и экспериментальной физики
1НИИ импульсной техники
ЦИФРОВАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЧАСТИЦ ПО ФОРМЕ
ИМПУЛЬСА
Исследуемый метод идентификации частиц по форме сцинтилляционного импульса базируется на алгоритме оптимального фильтра. В этом
алгоритме [1] зарегистрированным гамма-кванту и нейтрону сопоставляN
N
i 1
i 1
ются случайные величины S и Sn, равные: S   p q , S   p q , pi 
i i
n
i in
постоянные коэффициенты, qi ( in ) - компоненты заряда, создаваемые в
анодной цепи ФЭУ за время ti  ti  ti 1 ( t0 - начало сцинтилляционного
импульса) при регистрации гамма-кванта (нейтрона). Для средних значений величин S и Sn , при коэффициентах poi  ( qi  qin ) /( qi  qin ) , выполняется условие: S < 0, Sn > 0.
Использование современных быстродействующих аналого-цифровых
преобразователей (АЦП) в сочетании с вычислительными комплексами
позволяет реализовать метод цифровой идентификацией типа частиц по
форме импульса. С помощью АЦП токовый импульс детектора преобразуется в цифровую форму. Получаемые цифровые значения тока суммируются с определенными весовыми коэффициентами. По значению полученной суммы - S определяют тип зарегистрированной в сцинтилляторе
частицы. Если S < 0, то частица идентифицируется как гамма-квант, если
S > 0, как нейтрон.
Исследования проводились с детектором на основе органического
сцинтилляционного кристалла стильбена 30мм  10мм и фотоэлектронного умножителя Hamamatsu R6095. Этим детектором регистрировались гамма – кванты(241Аm и 137Сs) и нейтроны (252Cf).
При регистрации частиц сигнал с анода ФЭУ подавался на два канала
цифрового осциллографа ,,Tetronix 2014” ( полоса пропускания 100 МГц,
разрядность 8 бит) с чувствительностью 200мВ/cм и 2мВ/cм. Использование двухканальной схемы позволило расширить динамический диапазон регистрации импульсов детектора и уменьшить погрешности преобраISBN 5-7262-0637-1. IV Конференция НОЦ CRDF
83
УДК 001(06)+539.2(06). Исследование материи в экстремальных состояниях
зования аналогового сигнала в цифровой. Частота взятия выборок, при
регистрации импульсов детектора, составляла 1 ГГц (1 нс между точками). Информация о зарегистрированных осциллографом импульсах по
интерфейсу GPIB-USB с помощью специально разработанной программы
циклически передавалась в компьютер, где сохранялась на жестком диске.
В алгоритм цифровой идентификации входит процедура режекции, которая позволяет корректировать форму регистрируемого импульса, устраняя наложенные импульсы. Скорректированные импульсы не отбрасываются, а используются для идентификации.
Результаты экспериментальных и расчетных исследований показывают, что метод цифровой идентификации частиц по форме импульса является весьма эффективным. В энергетическом диапазоне 30-600 кэВ (по
поглощенной энергии комптоновских электронов) были получены высокие значения коэффициента блокировки гамма квантов [2] (отношение
числа гамма квантов, попавших в детектор и идентифицированных как
гамма кванты, к числу гамма квантов, идентифицированных как нейтроны) ~ 0.5103  5*104 и эффективности идентификации нейтронов ≥0.85
при загрузке детектора до ~105 имп/с. Следует отметить возможность использования метода цифровой идентификации в наиболее сложных условиях, а именно при очень больших и переменных загрузках (≥10 5 имп/c) и
очень низких энергиях ~ 10-15 кэВ. При регистрации нейтронов и гамма квантов при энергиях ~15-25 кэВ значения коэффициента блокировки
гамма квантов и эффективности идентификации нейтронов составили
~103 и ≥0.6. По сравнению с аналоговыми схемами разделения метод
цифровой идентификации позволяет увеличить коэффициент блокировки
до ~3-5 раз при одинаковой эффективности идентификации нейтронов.
Полученные результаты являются методическим основанием для разработки детектирующего устройства с цифровой идентификацией по
форме импульса в реальном масштабе времени на основе быстродействующего АЦП и DSP – процессора [3].
Список литературы
1. E. Gatti and F. de Martini // Nuclear Electronics, I.A.E.A., Vienna, 1962, no. 2, p. 265.
2. Бровченко В.Г. Схемы идентификации частиц по форме сцинтилляционных сигналов
// ПТЭ, №4, 1971, с.7-28.
3. Мелешко Е.А. Быстродействующие цифровые регистраторы формы сигнала // ПТЭ,
1997. № 1. С. 5-26.
ISBN 5-7262-0637-1. IV Конференция НОЦ CRDF
84