Железо / 386000

Железо / Безопасность / Осторожно - радиация / Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения

Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения

Для обнаружения ионизирующего излучения нередко используют способность некоторых веществ - сцинтилляторов - делать видимой, светящейся траекторию "простреливающей" их ионизирующей частицы.

Сцинтилляционные детекторы ионизирующих излучений имеют определенное преимущество перед счетчиками Гейгера - по амплитуде и длительности вспышки можно судить о типе и энергии породившей ее частицы. Важно и то, что сцинтилляционный счетчик имеет значительно большую эффективность, нежели счетчик Гейгера, фиксирующий обычно лишь одну-две частицы из ста в него попавших.

Конструктивно сцинтилляционный счетчик прост: нужный сцинтиллятор (см. приложение 7) наклеивают на катод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и все это помещают в тщательно изолированный от посторонней подсветки бокс. Остальное - подсчет фотоимпульсов, сортировка их по амплитуде, форме и т.п. - дело обычной электронной техники.

Принципиальная схема фотоголовки сцинтилляционного счетчика приведена на рис. 81, а высоковольтного преобразователя для ее питания - на рис. 82. Напряжение питания ФЭУ - высокое по отношению к "земле" - подают обычно на его катод. Это позволяет связать анодную цепь ФЭУ с электронным анализатором прибора гальванически, учитывать при необходимости и постоянную составляющую его фототока.

Напряжение питания ФЭУ, его распределение между динодами и, соответственно, соотношения номиналов резисторов R2...R13, составляющих динодный делитель, зависят от типа фотоумножителя (см. приложение 6). -десь мы воспользовались относительно

Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения 3-14.jpg

Рис. 81. Фотоголовка сцинтилляционного детектора ионизирующей радиации

низковольтным ФЭУ-85. Поскольку режим работы ФЭУ в сцинтилляторах бытового назначения близок к "темновому", сопротивления динодных резисторов могут быть и значительно выше рекомендованных (при сохранении пропорций).

Единственная оперативная регулировка в канале - резистор R14 - выполняет очень важную функцию: на компараторе DA1 им задают пороговое напряжение U3-4. Лишь импульсы, имеющие амплитуду Uимп>U3-4, откроют компаратор и на его выходе (выв. 9) будет сформирован импульс цифрового стандарта.

В автономной, дозиметрической аппаратуре, использующей ФЭУ, возникает проблема их питания. Необходимое ФЭУ высокое напряжение Uфэу (0,8...1 кВ и более), требования к его стабильности (фоточувствительность ФЭУ довольно сильно зависит от напряжения питания; см. приложение 7) предъявляют к устройствам, формирующим это напряжение, довольно жесткие требования.

Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения 3-15.jpg

Рис. 82. Преобразователь для питания ФЭУ

Основу высоковольтного преобразователя, показанного на рис. 82, составляет блокинг-генератор, формирующий на обмотке II трансформатора Т1 импульсы напряжения с амплитудой Uимп@Uфэу. Через диодный столб VD3 они заряжают конденсатор С5, который становится таким образом источником питания фотоумножителя. Пульсации Uфэу (они имею форму "пилы" с временными интервалами между "зубцами" tп@R7·C4) снимает RC-фильтр (С5, R8, С6, R9, С7).

В цепь питания блокинг-генератора введен транзистор VT2, коллекторный ток которого зависит от тока базы, зависящего, в свою очередь, от тока стока полевого транзистора VT3 . Напряжение на затворе этого транзистора зависит от Uфэу, напряжения на стабилитроне VD1 (транзистор VT1 - его токозадающий "резистор") и соотношения "плечей" делителя R3+R4, R6 (резистором R3 выставляют нужное Uфэу ). Легко видеть, что при понижении Uфэу (по абсолютной величине), возникшем по какой-либо дестабилизирующей причине, напряжение питания блокинг-генератора увеличится и воздействие дестабилизирующего фактора будет тем самым в значительной мере компенсировано.

Трансформатор блокинг-генератора наматывают на ферритовом кольце М3000МН 20х12х6 мм. В связи с тем, что этот феррит имеет низкое объемное сопротивление, острые ребра сердечника необходимо загладить и тщательно весь его изолировать; обмотать, например, лавсановой или фторопластовой лентой.

Первой наматывают обмотку II, содержащую 800 витков провода ПЭВ-2 0,07. Намотку ведут в одну сторону, почти виток к витку, оставляя между началом и концом обмотки промежуток 2...3 мм. Обмотку II также покрывают слоем изоляции. Обмотку I (8 витков ПЭВШО 0,15...0,25) и обмотку III (3 витка тем же проводом) укладывают по сердечнику возможно равномернее.

Фазировка обмоток (точками на Т1 отмечены их синфазные концы) должна быть соблюдена при монтаже трансформатора.

О деталях преобразователя. Резистор R6 - КИМ-0,125, R3 - СП-38А, другие - МЛТ-0,125 и 0,25. Конденсаторы С-, С4 - КМ-6 или К10-176; С5 ,С7 - К15-5-Н70 (1,5 кВ) или другие керамические на напряжение не менее 1 кВ; С1 и С2 - любые оксидные. Диодный столб 2Ц111А-1 можно заменить четырьмя последовательно включенными диодами типа КД102А. При каких-либо иных заменах нужно иметь в виду, что диодный столб VD3 не только должен иметь высокое обратное напряжение - не менее Uфэу , но и малый (при этом напряжении) ток утечки - не более 0,1 мкА.

Транзистор блокинг-генератора можно заменить на КТ630В. -десь определяющим параметром является напряжение насыщения транзистора в импульсном режиме: при токе в импульсе 1...1,5 А - Uкэ нас имп Ј0,3 В. Остаточное напряжение на коллекторе транзистора нетрудно оценить по осциллограмме: по "зазору" между плоской вершиной импульса и линией нулевого потенциала.

Ток, потребляемый высоковольтным преобразователем от источника питания, будет зависеть, конечно, от нагрузки. С двумя описанными здесь сцинтилляционными головками, работавшими в режиме радиационного локатора, он не превышал 16 мА.

Железо / Безопасность / Осторожно - радиация / Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения