Standardna nuklearna elektronika

7/21/2019 Standardna nuklearna elektronika

http://slidepdf.com/reader/full/standardna-nuklearna-elektronika 1/40

Savremena eksperimantalna fizika III

- Standardna nuklearna elektronika-



Standardna nuklearna elektronika

2

Sardžaj

1. Osnovne elektronske komponente detektroskih sistema ........................................................................... 4

2. Signali u nuklearnoj elektronici ................................................................................................................ 6

3. Pretpojačavač ............................................................................................................................................ 8

3.1 Pretpojačavač osetljiv na napon ......................................................................................................... 8

3.2 Pretpojačavač osetljiv na naelektrisanje ............................................................................................. 9

4. Glavni pojačavač ..................................................................................................................................... 10

4.1 Uobličavanje signala ......................................................................................................................... 11

4.2 Nepravilnosti kod detekcije signala .................................................................................................. 14

5. Diskriminator .......................................................................................................................................... 15

6. Jedno-kanalni analizator ......................................................................................................................... 16

7. Višekanalni analizator ............................................................................................................................. 16

7.1 ADC .................................................................................................................................................... 17

7.2 Spektrometrija sa višekanalnim analizatorom .................................................................................. 19

8. Metodi okidanja (trigger) ........................................................................................................................ 19

8.1. Hod i pulsiranje ................................................................................................................................ 20

8.2 Okidanje prednjom ivicom signala .................................................................................................... 21

8.3 Brzo okidanje prilikom prolaskom kroz nulu (fast zero-crossing triggering) .................................... 21

8.4 Okidanje konstantnim odnosom ....................................................................................................... 22

8.5 Okidanje kompenzovanom amplitudom i vremenom porasta (ARC – Ampitude and risetime

compensated triggering) ......................................................................................................................... 23

9. Logički moduli ........................................................................................................................................ 24

10. Osnovi koincidentne tehnike merenja ................................................................................................... 25

10.1 Vremenski spektri ........................................................................................................................... 26

10.2 Koincidencione jedinice .................................................................................................................. 27

10.3 Prave i slučajne koincidencije ......................................................................................................... 28

10.4 Popravka za slučajne koincidencije ................................................................................................. 30

10.5 Prilagođavanje kašnjenja. Koincidenciona kriva ............................................................................. 30

10.6 Kombinacija selekcije visine signala i određivanja koincidencija. Brza i spora kola ....................... 32

10.7 Zakasnele koincidencije .................................................................................................................. 3310.8 Određivanje koincidencionog vremena razlaganja......................................................................... 34

10.9 Pretvarač vreme – amplituda (Time to amplitude converters – TAC) ............................................ 34

10.10 Pretvarač vreme-digitalni signal (Time-to-Digital Converter TDC) ............................................... 35

10.11 Primena koncidentnih merenja .................................................................................................... 36

11. NIM Standard........................................................................................................................................ 37




3

12. Prenos signala ....................................................................................................................................... 38

Spisak litarature .......................................................................................................................................... 40




4

1. Osnovne elektronske komponente detektroskih sistema

Interakcijama sa detektorima zr čenje proizvodi različite signale na izlaznim kontaktimadetektora. Ti signali sadrže informacije o zračenju ili česticama koje su interagovale sa

detektorom, kao sto su energija zračenja, vrsta zračenja, ugao emisije, vreme kada se odigrao

neki proces itd. Da bi se naka od tih informacija o datom zračenju mogla upotrebiti za analizu posmatranog procesa signali se moraju obraditi. To podrazumeva na primer odreĎivanje visine

signala, koja je često propor cionalna enegiji zračenja koje je interagovalo sa detektorom, ili

brzine porasta signala na osnovu čega se moze zaključiti o kojoj vrsti zračenja se radi. Nekad jedovoljno samo prebrojati broj signala doji dolazi sa detektora da bi se znalo koliko iznosi fluks

is pitivanih čestica. Za tu namenu, obarde signala, se koriste različite elektronske komponente(Slika 1.). Na kraju procesa obarde signala koji stižu od detektor a ili više njih, moze se dobitienergetski spektar zračenja, vremenska razlika izmeĎu odvijanja nekih procesa, prostorna

distribucija zračenja ili druge informacije koje su od interesa u datom merenju. Ukratko rečeno,različite elektronske komponente nam omogućavaju da u upotrebljivom zapisu, kao sto su

spektri ili odbroji, dobijemo informacije koje je zračenje o sebi ostavilo interekcijama sa

detektorom. Zajedno sa samim detektorom različite elektronske komponente čine jedandetektorski sistem.

Slika 1. Šema detekcije zračenja i obrade signala.

Na Slici 2. je prikazan primer šeme detektorskog sistema sa germanijumskim detektorom

koji služi za detekciju gama zračenja. Ovaj detek torski sistem se sastoji od HPGe detektora,izvora napajanja, pretpojačavača, pojačavača, mulitikanalnog analizatora i osciloskopa. Ceosistem moze biti povezan sa računarom ili nekim dugim ureĎajem koji bi omogućio zapis

podatak. Ovakav jedan detektorski sistem omogućava da se snimi spektar gama zračenjamerenog uzorka. Svaka od komponenata ovoga sistema ima odreĎenu funkciju koje će biti dalje

u tekstu deteljnije objašnjene.

Slika 2. Komponente detektorskog sistema sa germanijumskim detektorom.




5

Postoji nekoliko pricipijalnih načina na koje se može realizoti elektronsko kolo za obradusignala u nuklear noj elektronici. Takva kola imaju odreĎen broj glavnih komponenata što je prikazano na Slici 3. Pored tih elektronsk ih ureĎaja u kolima za obradu signala se mogu dodavatii druge komponente zavisno od potreba datog merenja.

Pre svega je detektoru potrebno obezediti radni, visoki napon kao i električno

snabdevanje svim ostalim ureĎajima. Signali koji nastaju na izlazu detektora usled interakcijazračenja sa njim se dalje vode do pretpojačavača, koji prihvataju signale sa detektora i prosleĎujuih drugim komponentama sistema.

Signali dobijeni sa pretpojačavača se dalje mogu procesuirati na dva načina, digitalno ilianalogno. Signali sa pretpojačavača se mogu digitalizovati pomoću digitajzera. Na ovaj način seoblik signala sa pretpojačavača transformiše u digitalni oblik i potom se obraĎuje na računarima

pomoću različitih softvera. Digitalna obrada signala omogućava čuvan je svih detektovanihsignala koje prosleĎuje pretpojačalo i njihovu naknadnu obradu po završetku merenja.

Drugi način obrade signala koji se naziva analognim se zasniva na upotrebi različitihelektronskih komponenata. U ovom slučaju se signali sa pretpojačavača prvo uvode u pojačalokoje vrši po jačanje slabijih signala sa pret pojačavača (nekoliko mili volti) i daje izlazne signale

amplitude i do nekoliko desetina volti. Izlazni signali analognih pojačavača se dalje moguobraĎivati na primer sa jednokanalnim analizatorom koji se dalje povezuje da brojačem(skalerom). Na ovaj način se dobija inetgralni spektar zračenja, pošto će jednokanalni analizator

prihvatiti samo signale koji se nalaze u odreĎenom opsegu zadatih vrednosti napona. TakoĎe semoze korisiti i analogno-digitalni pretvarač koji prosleĎuje signale višekanalnom analizatoru.Ova tehnika omogućava snimanje diferencijalnih spektara, tj. na primer ukupnog spektra

zračenja nekog merenog izvora razvrstanog po energijama. To se postiže time što će višekanalnianalizator procesuirati sve signale koje prihvati a ne samo one sa odreĎenim opsegom naponakao što je to slučaj sa jednokanalnim analizatorom.

Slika 3. Glavni delovi analognih i digtalnih detektorskih sistema.




6

2. Signali u nuklearnoj elektronici

Osnovna funkcija nuklearne elektronike je da obradi signale dobijene sa detektora. Zato

ćemo ovde predstaviti glavne karakteristike signala koji se susreću u merenjima u nuklearnoj

fizici. Prvo treba reći da se pod signalom podrazumeva svaka promena u vr emenu vrednosti

električnog napona ili struje. Glavne karakterisitke jednog signala su oblik, visina, širina, brzina porasta i brzina pada signala.

Signali mogu biti različitog oblika, na primer trapezoidnog, gausovskog ili

pravougaonog. Tipičan oblik signala jonizacione komre koja radi u diferencijalnom režimu je prikazan na Slici 4. Kada se govori o obliku signala treba reći da oni mogu biti unipolarni ili bipolarni (Slika 5.). Unipolarni signali su oni koji ne menjaju svoj polaritete tokom vremena dok

to nije slučaj kod bipolarnih signala.

Slika 4. Oblik signala jonizacione komore koja radi u diferencijalnom režimu .

Slika 5. Unipolarni i bipolarni signali.

Na Slici 6. su obeležene glavne karakteristike jednog signala. To su visina signala koja

odgovara maksimalnoj vrendosti amplitude signala. Zatim širina signala koja se obično odreĎujena polovini maksimalne visine signala. Pod vremenom porasta signala se podrazmeva vremenski

interval potreban da signal od 10% dostigne 90% svoje masimalne visine, dok brzina pada

signala predstavlja vremenski interval za koji amplituda signala opadne od 90% maksimalnevrednosti do 10 %. U praksi često dolazi do odstupanja od idealnog oblika signala kakav je

prikazan na Slici 6. Neke od tipočnih distorzija ilustrovane su na Slici 7. Mnoge od ovih

iskrivljenja signala se mogu korigovati različitim komponentama elektronskih kola.




7

Slika 6. Glavne karakteristike signala.

Slika 7. Primer tipičnih distorzija signala.

U nuklearnoj elektronici se koriste analogni i logički signali (Sika 8). Analogni signali

mogu biti različitog oblika i njihova visina ili brzina rasta i pada sadr ži informacije okarakteristikama detektovanog zračenja. Logički signali sa druge strane su pravouganog oblika i

mogu imati dve vrednosti ili dva stanja koje odgovaraju logičikim uslovima ima ili nema, tj. 1 ili0 u digitalnom zapisu. Logičk i signali se koriste u digitalnoj elektronici ili brojačkim ur eĎajimakakav je jednokanalni analizatora koji će uvek dati logički signal 1 ako je visina ulaznog signala

u odreĎenom opsegu ili će dati logički signal 0 ako to nije slučaj.

Slika 8. Analogni i logički signali.




8

U zavnosti od trajanja ili brzine porasta, signali se mogu podeliti na brze i spore. Brzi

signali imaju vreme porasta od nekoliko nanosekundi ili manje. Ovi signali se koriste da bi sedobile odreĎene vremenske informacije o odvijanju ispitivanog procesa. Kod sporih signala

vreme porasta je od stotinu ili više nanosekundi. Oni se koriste za dobijanje informacija o

energiji detektovanog zračenja.

3. Pretpojačavač

Glavna funkcija pretpojačavča je da prihvati signale sa detektora i prosledi ih prekokablova ka drugim delovima detektorskog sistema. Signali detektora su obično slabi, pa zbogtoga pretpojačalo mora biti postavljeno blizu detektora. Pretpojačavači pojačavaju signale od

1mV (signali detektora) do 1V. Veoma važna funkcija pret pojačavača je da uskladi im pedanse

izmeĎu detek tora i ostalih delova ekektronskih kola. Detektori imaju veliku impedansu koju

pret pojačalo prevodi na nisku impedansu:

gde su Uu i Ui ulazni i izlazni naponi, a Zu i Zi impedanse na ulazu i izlazu, u ovom slučajuimpedanse detektora i ostatka elektronskog kola.

U zavisnti od toga na promenu koje veličine su osetljivi pretpojačavači se mogu podelitina nekoliko vrsta. Gavni tipovi pretpojačavača su:

1) Osetljiv na napon

2) Osetljiv na struju3) Osetljiv na naelektrisanje.

U nuklearnoj elektronici se koriste pretpojačavači osetljivi na napon i naelektrisanje, dokse pretpojačavač osetljiv na struju retko kor isti u merenjima radijacije jer je namenjen za ureĎajesa niskom impedansom sto nije slučaj u nuklearnoj instrumentaciji. Ova vrsta pretpojačaja stogaovde neće biti razmatrana.

3.1 Pretpoj ačavač osetljiv na napon

Ovi pretpojačavači po jačavaju svaku promenu amplitude napona koja se pojavi na

njihovom ulazu. Iako su detektori zračenja ureĎaji u kojima se primarno stvara naelektrisanje,zbog toga što oni poseduju i odreĎeni kapacitet, na njihovom izlazu se može pratiti i promenanapona, V=Q/C. Ova činjenica omogućava primenu ovoga tipa pretpojačavača.

Pretpojačavači osetljivi na napon se koriste kod GM brojača, fotomultiplikatora ili

proporcionalnih brojača. Oni nisu pogodni za poluprovodničke detektore zbog toga što kod tevrste detektora dolazi do promene parazitne kapacitivnosti sa promenom temperature pa i sama

promena napona dosta varira sa promenom temperature.Šema pretpojačavača osetljivog na napon je prikazana na Slici 9. Možemo zapaziti da je

to tranzistor sa povartnom spregom koja se ostvaruje preko otpornika.

iu

u

iu

Z Z

Z U U




9

Slika 9. Šema pretpojačavača osetljivog na napon.

3.2 Pretpoj ačavač osetljiv na naelektrisanje

Šema pretpojačavača osetljivog na naelektrisanje je prikazana na Slici 10. U ovomslučaju se povratna sprega ostvaruje preko kondenzatora. Na taj način se postiže da seinegraljenjem struje naelektrisanja na kondenzatoru Cf otklanja zavisnost od promena

kapacitivnosti detektora. Ovaj tip pretpojačavača se na jčešće koristi kod poluprovodničkihdetektora.

Slika 10. Šema pretpojačavača osetljivog na naelektrisanje.




10

4. Glavni pojačavač

Pojačavač u elektronskim kolima u nuklearnoj elektronici obavalja dve glavne funkcije:

1) pojačava signal koji dolazi iz pretpojačavača

2) oblikuju signal za konverziju u sledećim procesima u elektronskim kolima.

U oba slučaja pojačavač treba da sačuva informacije od interesa koje su sadržane uobliku signala. Uglavnom se zahteva od pojačavača da imaju linearno pojačanje i da budu

stabilni u radu. Pod linearnim pojačanjem se podrazumeva da je očuvana proporcionalnost

izmeĎu ulaznih i izlaznih signala. Na Slici 11. je prikazana standardna oznaka i šema pojačavača,gde su pokazani kontakti za ulazne signale (input) i izlanzne signale (output).

Slika 11. Oznaka i šema pojačavača.

Pojačavači imaju svoj unutrašnji otpor u opsegu od mega do tera oma i daju pojačanje iod 10

6 puta. To omgucava da se ulazni signal sa pretpojačavača reda veličine mili voliti pojača i

do nekoliko desetina volti. Ako pojačavači pr ocesuiraju signale koji sadrže informacije o energijizračenja bitno je da se postigne što bolji odnos signal-fon, a to radi sa pojačanjem većihvrednosti.




11

Prilikom merenja u kojima su najvažnije vremenske informacije, izlazni signali koje daje

detektor, bi trebalo da budu linearni impulsi kratkog trajanja, zbog čega je neophodan brz odziv

pojačavača. U ovu svrhu se koriste tzv. bzi pojačavači (visokofrekfetni). Glavna osobina brzih pojačavača je očuvanje brzine porasta signala što podrazumeva da je potreban rad pojačavača uširokom opsegu frekfencija. Naime, brzi pojačavači moraju biti sposobni da obrade i signale

visokih frekfencija, zbog toga ovi pojačavači malo (ili uopšte ne) oblikuju signal i vrše limitirano pojačavanje (oko 10 puta). Veće pojačavanje može biti postignuto kaskadnim vezivanjem višeovakvih pojačavača čime se može postići pojačavanje od 1000 puta. U primenama gde je potrebno očuvati i informacije o vremenu i o visini siganla pojavljuje se problem izmeĎunajboljeg vremenskog razlaganja i odnosa signal – fon. U ovim slučajevima mora se postićiodreĎeni kompr omis.

4.1 Uobličavanje signal a

Važna funkcija koju obavljaju pojačavači jeste oblikovanje signala kako bi oni imali što povoljniju formu za dalju obradu. Oblikovanjem signala mogu se otkloniti različite distorzije

koje se mogu pojaviti kod signala. Pojačavači mogu vršiti diferenciranje ili integraljenje ulaznihsiglna, a takoĎe ih mogu oblikovati u trapezoidni ili gausovski oblik. Ako je to potrebno za datu

obradu podataka moguće je i od unipolarnog ulaznog signala dobiti bipolaran izlazni signal. Na Slici 12. prikazana je šema pojačavača koji se često naziva invertorom jer menja

polaritet ulaznog signala. Ovo bi bila najprostija promena oblika ulaznog signala koju možeizvršiti pojačavač.

Slika 12. Šema pojačavača koji vrši invertovanje signala.

K od pojačavača se uglavnom koristi povratna sprega koja treba da prekine signal u

odreĎenom mometu kada se dostigne kritična vrednost. Šema pojačavača sa povratnom spregomkoji vrši invertovanje signala je prikazana na Slici 13.

Slika 13. Šema pojačavač sa povratnom spregom koji invertuje signal.




12

U ovom slučaju se može dobiti da je odnos vrednosti ulaznog i izlaznog signala dat sa:

Često korišćena funk cija kod pojačavača je difer enciranje signala. Šema pojačavača koji bi obavljao ovu funkciju je prikazana na Slici 14., dok je na Slici 15. dat primer ulaznog iizlaznog signala nakon diferenciranja. U ovom slučaju odnos izlaznog i ulaznog napona su

povezani na sledeći način:

Slika 14. Šema pojačavača koji vrši difernciranje signala.

Slika 15. Izgled signala pre i nakon difernciranja.

Za difernciranje signala može da se koristi i RC kolo prikazano na Slici 16.




13

Slika 16. RC kolo za diferenciranje signala.

Pojačavač može da vrši oblikovanje signala na taj način što će ulazni signal bitiintegraljen. Šema pojačavača koji bi vršio ovu funkciju je data na Slici 17., dok je na Slici 18. prikazan ulazni signal i njegov oblik nakon integracije. Odnos amplituda ulaznog i izlaznog

signala u ovom slučaju je:

Slika 17. Šema pojačavač koji vrši integraljenje signala.

Slika 18. Izgled signala pre i nakon integraljenja.




14

Integracija signala se može izvršiti i pomoću CR kola, a šema jednog takvog kola je datana Slici 19.

Slika 19. RC kolo za integraljenje signala.

Moguće je na jedan signal u zavisnsoti od potrebe primeniti više uzastopnih operacija

diferncijaranja i integracije.

4.2 Nepravil nosti kod detekcij e obli ka signala

Prilikom detekcije zračenja mogu se javiti različiti problemi vezani za obradu signala.Jedan od njih je nagomilavanje (pile up) signala. Ovaj problem se javlja ako su brzine brojanja

velike. U tim slučajevima se detektuje signal pre nego što je došlo do potpune relaksacije sistemanakon detekcije prethodong signala. To je ilustrovano na Slici 20. a). Nagomilavanje signala

stvara problem da se odredi stvarna visina signala i takoĎe stvaran početak i kraj odreĎenogsignala. Problem nagomilavanja signala se može rešiti diferenciranjem signala sto je ilustrovanona Slici 20. b).

Slika 20. a) Nagomilavanje (pule up) signala. b) Otklanjanje efekta nagomilavanja

difernciranjem signala.

Čest problem kod signala je da nije dobro odreĎena osnovna linija signala, kao sto je

prikazano na Slici 21. U ovom slučaju se stvara lažna slika da je signal bipolaran iako bi onzapravo tre bao biti unipolaran. Ovaj problem se može takoĎe otkloniti oblikovanjem signala pomoću pojačavača.




15

Slika 21. Izgled signala sa loše definisanom osnovom (pole zero).

Od ostalih nepravinosti koje se javljaju a mogu otkloniti oblikovanjem signala

pojačavačem treba spomenuti otkanjanje šuma koje se postiže inegraljenjem oblika signala.

5. Diskriminator

Prilikom analize signala jedna od glavnih stvari koju je potrebno izvršiti jeste odreĎivanjevisine signala. Najjednostavniji ureĎaj koji se koristi u tu svrhu je diskriminator. Diskriminator je

ureĎaj koji ima odziv jedinao na signale čija je visina veća od neke zadate vrednosti. Na Slici 22. prikazan je način rada diskriminatora. Ako je amplituda ulaznog analognog signala veća od nekezadate vrednosti na izlazu će se pojaviti logički signal. Izlaz diskriminatora će biti nula ako jeamplituda ulaznog signala manja od zadate vrednosti. Na ovaj način se može dobiti ukupan,integralan odbroj signala čije su amplitude veće od zadate vrednosti.

Slika 22. Princip rada diskriminatora.




16

6. Jednokanalni analizator

Jednokanalni analizator ( single-channel analyzer - SCA) se koristi za analizu signala iz

linearnog pojačavača. Iz linearnog pojačavača na ulaz jednokanlanog analizatora pristižu linearnisignali čije su amplitude različitih visina. Na izlazu jednokanalnog analizatora pojaviće se

logički signali samo ako u spektru ulaznih signala ima i takvih čija visina amplitude upada uoseg definisan diferencijalnim pragom ΔV=V2-V1, gde V1 predstavlja donju vrednost praga a V2

gornju vrednost. To je ilustrovano na Slici 23. Vrednost ΔV se obično naziva kanalom i često sefiksira a menja se vrednost donjeg praga. Na taj način se mogu detek tovati signali različitihvisina koji uvek upadaju u neki opseg vrednosti ΔV i izvršiti njihova analiza po visini amplitude.

Jednokanalni analizator se naziva i diskrimatorom diferncijalnog tipa.

Slika 23. Princip rada jednokanalnog analizatora.

Šema jednostavnog detektorskog sistema sa jednokanalnim analizatorom je prikazana na

Slici 24. Ovaj detektorski sistem sastoji se od: detektora, snabdevanja viskim naponom,

pretpojačala, linearnog pojačavača, jednokanalnog analizatrora, skalera (brojača) i tajmera.Skaler ovoga detektorskog sistema će izbrojati koliko se signala sa pojačavača nalazi u opsegukanala definisanog jednokanalnim analizatorom za vreme merenja koje se odredi tajmerom.

Slika 24. Jednostavni detektorski sitstem sa jednokanalnim analizatorom

7. Višekanalni analizator

Višekanalni anlaizator (Multichannel analyzer - MCA) je uraĎaj koji vrši selekcijuulaznih signala po visini i čuva broj odbroja svake visine siganla u višekanalnoj memoriji.Sadržaj svakog kanala potom može biti prikazan pri čemu se dobija spektar visine signala.




17

MCA vrši digitalizaciju ulaznog signal pomoću analogno-dogotalnog pretvarača (analog-

to-digital converter – ADC). MCA potom preuzima brojeve od ADC i dodeljuje ih memoriji

kanala čije adrese su proprcionalne digitalizovanim vrednostima. Na ovaj način ulazni signali su

razvrstani prema visini signala i odbroj svake visine signal je lociran u memeoriji koja odgovara

odreĎenoj vrednosti. Ukupan broj kanala u koje je digitalizovan opseg napona naziva se

konverzicioni odnos (conversion gain). Osnovna struktura višekanalnog analizatora prikazan jena Slici 25. Glavni deo višekanalnog analizatora je dakle ADC, koji zahteva odreĎeno vreme zadigitalizaciju ulaznog signala.

Slika 25. Osnvna struktura višekanalnog analizatora

MCA je takoĎe opremljen sa disriminatorom ili SCA (singl chanal alizator) linearnom

kapijom ili sa meračem vremena. Mnogi sofisticirani modeli sadrže i mikroprocesor kojiomogućava manipulaciju podacima smeštenih u memeoriji.

7.1 ADC

Glavni deo višekanalnog analizatora je dakle ADC, ureĎaj koji konvertuje informacije

sadržane u analognom signalu u ekvivaletnu digitalnu formu Na Slici 26. je prikazan primeroznake za ADC).

Slika 26. Oznaka ADC-a.

Postoji više načina na koje može biti izvršena digitalizacija analognih signla. Jedan odnajosnovniji je Vilkisonovm metod za analogno-digitalnu konverziju. Princip ovog metoda je

ilustrovan na Slici 27. Ako imamo odreĎen analogni signila moze se postići da je za vreme

trajanja tog signila otvoren vremenski prozor koji omogućava punjenje kondenzatora. Kada




18

analogni signal „proĎe“ vremenski prozor se zatvara i počinje pražnjenje kondenzatora a

istovrmeno se uključuje u tom trenutku i oscilator koji je aktivan dok se kondenzator neistprazni.U trenutku kada prestane pražnjenje kondenzatora prestaje i rad oscilatora. Brojč koji je povezansa oscilatorm će izbrojati broj signla sa osclitora. Taj broj signala oscilatora je proporcionala u

ovom slučaju vremenu trajanja signala. Dobijen broj se potom čuva u digitalnoj memoriji. Na

ovaj način je izvršena digitalizacija vremena trajanja signala.

Slika 27. Vilkisonov metod za analogno-digitalnu konverziju.

TakoĎe je moguće podešavanje da širina vremenskog prozora odgovara visini signala i nataj način se moze digitalizovati visina amplitude signala. Kao kranji rezultat se dobija broj koji je

proporcionalan odreĎenoj karakteristiki analognog signala koja se digitalizuje. Šema ureĎaja koji bi vršio digitalizaciju am plitude signala je prikazana na Slici 28.

_

Slika 28. Analogno-digitaini konvertor koji vrsi analizu visine signala.




19

Sa Slike 28. se vidi da u trenutku ulaza signala u komparator napon na njemu počinje

linearno da raste i raste sve do trenutka kada se napon na komparatoru ne izjednači sa naponomulaznog signala. Informacije sa komparatora stižu do vrata. Vrata su otvorena za vreme t koje

odgovara linearnom rastu napona na komparatoru. Za to vreme kroz vrata prolaze pravougaoni

signali iz oscilatora. Pošto je visina ulaznog signala srazmerna trajanju signala iz komparatora,

broj pravougaonih signala iz oscilatora koji proĎu kroz vrata proporcionalan je visini signala.Dakle, analogna informacija (visma signala) pretvorena je u digitalnu (broj četvrtastih signala).

Digitalna informacija ide na adresu višekanalnog analizatora u kome se memoriše broj dogaĎaja.

7.2 Spektr ometri ja sa višekanalnim analizatorom

Na Slici 29. prikazane su šeme dva detektorska sistema koja mogu biti realizovana

korišćenjem višekanalnog analizatora. Kod ovakvih sistema signal sa pojačavača bi bio prosleĎen višekanalnom analizatoru koji vrši razvrstavanje signala po visini njihove amplitude.

Ako bi se ovakvi sistemi koristili za merenje na primer gama zračenje prilikom raspada

odreĎenog izotopa, kao izlazna informacija bi se dobijao ceo spektra emitovanog gama zračenja.

Slika 29. Šeme detektorskih sistema sa višekanalnim analizatorom.

8. Metodi okidanja (trigger)

Postoje različiti načini kojima ulazni signali mogu pokrenuti rad elektronskoih kola.UreĎaji koji služe za pokretanje elektronskih kola nazivaju se okidači (trigger). Oni u suštini pretstavljaju diskriminatore i propušta ju signale kada su ispunjeni odreĎeni uslovi. Postojerazličiti načini okidanja koji treba da eliminišu probleme koji su nastali kao posledica distorzije

signala kao što su efekati hoda i pulsiranja signala.




20

8.1. Hod i pulsiranje

Najvažniji faktor svakog sistema za vremenska merenja je njegova rezolucija pod kojomse podrazumeva najmanji vremenski interval koji može biti tačno meren. Rezolucija sistemamože biti odreĎena na više načina (jedan od njih je snimanje koincidencione krive). Ovakvo

merenje je ograničeno fluktuacijama koje se dešavaju u vremenskoj rezoluciji izmeĎu dvasignala. Glavni izvor ovih fluktuacija je generisanje logičkog signala pomoću diskriminatora iliSCA. Ovde se pojavljuju dva efekta: korak (hod) i pulsiranje.

Efekat hoda je izazvan fluktuacijama u amlitudi ili vremenu porasta ulaznih signala(Slika 30.). Posmatrajmo dva signala različitih amplituda koji su istovremeni. Ovi signali se

uvode u diskriminaor sa odreĎenim fiksnim pragom. Zbog različitih amplituda signali će pokrenuti diskriminator u različitim trenucima vremena iako su zapravo istovremeni. Ova

razliika u amplitudi ili vremenu porasta prouzrokuje korak logičkog signala. Korak je strogafunkcija metoda okidanja. Za minimalizaciju ovoga efekta razvijeni su brojni različiti metodi

„okidanja“ (pokretanja rada elektronkog sisitema).

Slika 30. Korak u diskrimanatoru i SCA-u

Vremenske fluktuacije su takoĎe prouzrokovane fonom i statističkim fluktuacijamaoriginalnog signala detektora. Ove slučajne fluktuacije prouzrokuju da dva indetična signala naćeuvek izazvati okidanje u istom trenutku dajući vremensku varijaciju koja zavisi od apmlitude

fluktuacije. Ovaj efekat se obično reflentuje kao vremansko variranje i prikazan je na Slici 31.




21

Slika 31. Vremensko variranje

8.2 Okidanje prednjom ivicom signala

Ovaj najjednostavniji metod prikazan je na Slici 30. U ovom slučaju logički signal segeneriše u trenutku kada visina analognog signala prolazi odreĎen zadati prag. Alternativnimetod koji se koristi je okidanje zadnjom ivicom signala.

Metod okidanja prednjom ivicom je nerazdvojivo povezan sa problemom koraka, ali semože koristiti ako su amplitude redukovane u malom opsegu. Efekat koraka može bitiminimalizovan korišćenjem niskog praga koliko god to fon dozvoljava.

8.3 Brzo okidanje pri li kom prolaskom kroz nulu (fast zero-crossing tri ggeri ng)

Fast zero-crossig tehnika je razvijena pre svega zbog problema efekta koraka koji se

javlja u metodu okidanja prednjom ivicom signala. Ovde se prvo impuls transformiše u bipolarnisiganl i okidanje se vrši u tački u kojoj je bipolarni signal jednak nuli (Slika 32.). Kao što se vididve tačke prolaska su precizno odreĎene u vremenu i nezavisne su od am plitude impulsa. Kod

ove metode je postignuta mnogo bolja rezolucija nego kod prethodne tehnike. Problem koji se javlja kod fast zero-crossing okidanja je taj što je potreban konstantan ob lik i vreme porasta

signala što često nije slučaj kod poluprovodničkih i scintilacionih detektora veće zapremine.




22

Slika 32. Zero-crossing vremenska metoda

8.4 Okidanje konstantnim odnosom

Metod okidanja konstantim odnosom (Constant Fraction Triggering - CFT) je moždanajefikasniji metod koji se danas koristi. U ovom metodu logički signal se generiše prikonstantnom odnosu visine pika produkujući signal koji je osloboĎen efekta hoda (Slika 33.).

Postoji odreĎen optimalni nivo okidanja za postizanje na jbolje vremenske rezolucije koji zavisi

od tipa signala.

Slika 33. Metod okidanja konstantim odnosom

Kod ove tehnike ulazni signal se prvo deli na dva čiji jedan deo kasni za vreme jednakovremenu potrebnom da impuls poraste od konstantnog nivoa okidanja do pika impulsa (Slika




23

34.). Sledeći korak je inverzija i atenuacija impulsa za odreĎen faktor. Dva impusa se sumiraju i produkuje se bipolarni signal. Tačka u kojoj je signal jednak nuli je na konstantom faktoruoriginalnog signala.

Metod okidanja konstantnim odnosom ne zahteva bipolaran ulazni signal ali je

konstantno vreme porasta signala neophodno.

Slika 34. Tehnika okidanja konstantnim odnosom

8.5 Okidanje kompenzovanom amplitudom i vremenom porasta (ARC – Ampitude and

r isetime compensated trigger ing)

Metod okidanja konstantim odnosom produkuje signal bez efekta hoda ali zahteva da svi

impulsi imaju isto vreme porasta. Ovaj zahtev može biti otklonjen korišćenjem varijante CFT-akoja je poznata kao okidanje kompenzovanom amplitudom i vremenom porasta (Amplitude and

risetime compensation – ARC). Razlika je jednostavno u vrmenu kašnjenju t d . U ARC metodu t d

je manje od vremena porasta tako da sumirani signal prolazi pre nego što signal postignemaksimum. Vreme prolaska nule signal zavisi jedino od ranije pozicije signala gde je razlikaizmeĎu oblika signala minimalna (Slika 35.). Metod ARC okidanja je najprecizniji koji se danas

koristi i najčešće se upotrebljava kod poluprovodničkoh detektora velikih zapremina gde impulsivariraju u obliku tako dobro kao amplituda.




24

Slika 35. Okidanje metodom kompenzacije ampitude i vremena porasta signala

9. Logički moduli

U merenjima u nuklearnoj fizici čest je slučaj da je potrebno posmatrati odreĎenu logičku

povezanost izmeĎu različitih signala. Za tu svrhu se koriste logički moduli koji obavljajuodreĎene logičke operacije. Te logičke operacije su na primer I, ILI ili NEGACIJA. Ovi moduli

primaju više logičkih signala i na izlazu produkuju jedan logički signal ako je ispunjen datiuslov. Moguće je kombinovati veše logičkih modula da bi se izvršavalo više operacija.

Na Slici 36. date su šeme i logički ulazni i izlazni signali za tri modula I, ILI i NE I. Prvood njih, I modul, obavlja logičku operaciju konjunkcije. On će dati izlazni signal ako suistovremeno prisutna oba ulazna signala. Ovaj logički modul se koristi kod koincidentnihmerenja, kada je potrebno detektovati istovremene dogaĎaje sa različitim detektorima. Logički




25

modul ILI vrši logičku operaciju disjunkcije. Na njegovom izlazu će biti logički signal veći odnule ako je ulazu prisutan bar jedan signal. Ovaj modul se upotrebavlja za povezivanje različitihdetektora sa istim trigerom. Treći logički modul na Slici 36. se još naziva i veto iliantikoincidentni i predstavlja kombinaciju logičkih operacija negacije i konjunkcije. Njegovizlaz će generisati logički signal jedino u slučaju ako je jedan signal prisutan na ulazu a drugi

nije.

Slika 36. Logički I, ILI i NE I moduli.

10. Osnovi koincidentne tehnike merenja

Izuzetno važna tehnika u nuklearnoj i čestičnoj fizici je detekcija koincidencija.Koincidencione tehnike služe za detektovanje dogaĎaja izmeĎu kojih postoji odreĎena zavisnost(npr. prostorna ili vremenska). Ove tehnike se koriste prilikom merenja kada izmeĎu signala postoje odreĎene zavisnosti koje su prouzrokovane nekim fizičkim procesima. Vremenskekoincidencije izmeĎu dva ili više dogaĎaja služe kao veoma dobar kriterijum za razlikovanjenuklearnih reakcija.

Koincidencionim tehnikama je moguće detektovati odreĎene nuklearne procese, a takoĎe je moguće izvršiti smanjenje fona (antikoincidenciona merenja), kada je potrebno iskljućitidetenciju nekih dogaĎaja.




26

Jednostavan sistem za koincidencna merenja prikazan je na Slici 37. Osnov ove tehnike

je konverzija analognog u digitalni signal nakon čega se on šalje u koincidencni modul. Ako sudva signala u koincidenciji onda se na izlazu pojavljuje logički signal koji je odsutan ako nemakoincidencije izmeĎu signala.

Slika 37. Sistem za koincindencna merenja

10.1 Vremenski spektr i

Važna metoda u nuklearnoj fizici je merenje vremenskih intervala izmeĎu signala. UreĎajkoji može da se koristi u ovu svrhu je TAC (time-to-amplitude converter) koji daje izlazni signal

čija je amplituda proporcionalna vremenskom intervalu izmeĎu ulaznog start i stop signala.Diferencijalna distribucija amplitude, ovako dobijenog signala, obraĎena multikanalnimanalizatorom daje meru distribucije vremenskih intervala izmeĎu start i stop signala, i obično senaziva vremenski spektar. Kod vremenskih spektara apscisa je dužina vremenskog intervala T ,

ordinata je dN/dT , gde je dN broj vramanskih intervala čija vrednost se nalazi unutar dT okovrednosti T .

Sistem koji se koristi za odreĎivanje vremenskog spektra prikazan je na Slici 38.

Pretpostavimo da neki izvor signala šalje dva signala u dve grane. TIME PICK -OFF jedinice u

svakoj grani kola provode vremenski logički signal do start i stop ulaza TAC-a. Fiksnovremensko kašnjenje prisutno je u stop grani kola. Višekanalni analizator prepoznaje broj vremenskih intervala koji se nalaze unutar kanala vremenske dužine ΔT merenjem od nule do

neke maksimalne vrednosti. Na ovaj način dobijen spektar prikazan je na Slici 39.




27

Slika 38. Jednostavan sistem za odreĎivanje vremenskog spektra.

Slika 39. Višekanalni spektar dobijen sistemom prikazanom na Slici 38.

10.2 Koincidencione jedinice

Koincindencni jedinice odreĎuju da li su dva ili više signala u koincindenciji ili nisu igenerišu logički signal ako je to tačno ili ga ne generišu ako nema koincind ecije (Slika 40. pokazuje primere koincidentnih i nekoincidentnih signala).

Slika 40. Koincindencija izmeĎu signala




28

Jedinice za detekciju vremenskih koincidencija obavljaju odreĎene funkcije i selektujusamo one ulazne signale izmeĎu kojih postoji vremenska razlika manja od parametra kola koji se

naziva koincidencno vreme razleganja. Ako ulazni signali stignu u vremanu koje je kraće odvremena razlaganja smatraće se da izmeĎu njih postoji vremenska koincidencija tj. detektuju sesamo oni signali za koje se smatra da su istovremeni.

Elektonsko odreĎivanje koincindecija može se izršiti na različite načine. Jednostavanmetod koji se često koristi zasniva se na sumiranju dva ulazna signala koji potom prolaze krozdiskriminatior koji je namešten na visini nešto iznad sume dva logička signala. Metod je prikazan na Slici 5. U ovom slučaju suma impulsa će biti dovoljno velika da pokrenediskriminator kada su impulsi bliski u vremenu. Pod koincidencijom ovde se podrezumeva

koincidencija u vremenu tokom koje se javlja preklapanje signala. Ovaj vremenski period

determiniše vreme razlaganja koincidencije i zavisi od širine siganla i minimuma potrebnog preklapanja signala. Zapaža se da će izlazni koincidentni signal biti formiran ako postoji preklapanje izmeĎu bilo k ojih delova ulaznih siganla (Slika 41.). Naravno u realnim situacijama

naophodan je odreĎen minimum preklapanja pre nego što bi koincidencija bila prepoznata. Tadaće svi impulsi koji dolaze u vremenskom intervalu jednakom sumi njihovih vremenskih dužina

biti prepoznati kao koincindencije.

Slika 41. Metod sumiranja za detekciju koincindecija dva signala

10.3 Prave i slučajne koincidencije

Na Slici 42. prikazan je sistem koji se sastoji od dva nezevisna detektora koji mere

karakteristike zračenje emitovanog od odreĎenog radioaktivanpg izvora. Ovaj izvor emitujenajmanje dva kanta u tzv. pravoj koincidenciji pod čime se podrazumeva da oni potiču ododreĎenih nuklearnih procesa koji se odvijaju u samom izvoru i izmeĎu kojih postoji nekazavisnost (pretpostavićemo da ne postoji vremensko kašnjenje izmeĎu emitovanja ovih kvanata).




29

Slika 42. Pojednostavljen sistem za snimanje radioaktivnosti izvora koji emituje koincidentno

zračenje

Vremenski spektar koincidencionih dogaĎaja, snimljen ovim sistemom ima oblik, koji je

prikazan na Slici 43. OdreĎen deo pravih koincidencija daje porast detektovane radioaktivnostisimultano u oba detektora. Prave koincidencije se odvijaju u odreĎenom regionu vremenskogspektra dajući izlazni signal koji se produkuje kao pravi koincidencioni pik. Ako ne bi postojalokašnjenje izmeĎu obe grane kola, koincidencioni pik bi bio centriran oko nule i mogla bi da se posmatra samo polovine pika. UvoĎenjem fiksnog zakašnjenja u stop granu kola doći će do pomeranja spektra za iznos k oji je jednak tom kašnjenju i obe strane pika će biti prikazane.Povrišina ispod ovoga pika daje vrednost ukupnog broja detektovanih koincidencija.

Slika 43. Vremenski spektar radioaktivnog izvora koji emituje prave koincidencije

Simetrija dobijenog pika zavisi od karakteristika mernog sistema. Ako su detektori,

osobine elektronike i okidača iste u obe grane kola tada će fluktuacije signala u vremenu iveličina amplitude biti jednake i signal će biti simetričan. Kada se karakteristike grana kolaznatno razlikuju često se pojavljuje asimetričan pik.

U koincidencionim merenjima moguće je pojavljivanje koincidencija koje ne potiču odnuklearnih procesa u izvoru nego su posledica nekorelirenih pojava u pozadinskom zračenju ilise javljaju zbog slučajnog pokretanja diskriminatora pomoću okidanja koje prouzrokuje




30

elektronski fon itd. Prilikom merenja broj slučajnih koincidencija treba da ima minimalnumoguću vrednost.

10.4 Popravka za slučajne koincidencije

Broj slučajnih koincidencija može biti procenjen merenjem signala iz svake grane kola i

koincidencionog vremena razlaganja. Pretpostavimo da su N 1 i N 2 odbroji signala u granama 1 i

2 respektivno, sisitema prikazanog na Slici 42. i σ koincidenciono vreme razlaganja. Kako svakonaleganje signala produkuje koincidencije, to znači da će signali koji su detektovani ukoincidencionom vremenu razlaganja σ pokrenuti koincidentni modul. Pretpostavimo da je

brzina brojanja signala konstanta. Tada će za svaki signal iz grane 1 postojati N 2σ signala izgrane 2 koji upadaju u ovaj odgovarajući vremenski period. Kako je N 1 broj inpulsa u jedinici

vremena u grani 1, ukupan broj slučajnih koincidencija u jedinici vremena će biti približno:

Broj slučajnih koincidencija ≈ σN 1 N 2 (1)

U standardnim koincidencionim merenjima veoma je bitno izvršiti korekcijudetektovanog broja koincindencija zbog toga što slučajne koincidencije daju dodatni obrojizmerenom broju impulsa prave koincidencije. Ako je poznat broj izmerenih impulsa iz svake

grane kola i koincidenciono vreme razlaganja na osnovu izraza (1) može se izvršiti korekcija.Drugi način odreĎivanja slučajnih koincidencija se zasniva na direktnom merenju

privremenim korišćenjem dužeg zakašnjenja u ma kojoj grani kola, tako da se pik prave

koincidencije javlja na prihvatljivom vremenskom prozoru koincidencione jedinice. Ovaj drugi

pristup se češće koristi zato što ga je jednostavnije primeniti kada brzina brojanja signala nijekonstantna tokom vremena merenja.

U više koincidentnim sistemima obično nije moguće izvršiti analitičku korekciju za

slučajne koincidencije, nego se vrše dodatna merenja u odvojenim koincidencijama izmeĎu svihmogućih parova ulaznih signala i dobijeni rezultati se koriste u mnogo složenijim analizama.

10.5 Prilagođavanje kašnjenja. Koincidenciona kriva

Prilikom podešavanje kašnjenja signala u pojedinim granam kola neophodan je izvor kojiemituje zračanje u pravoj koincidenciji. Za detektore gama zračenja veoma često se koristi zračenje koje potiče od anhilacije pozitrona (čiji je izvor 22

Na). U ovom slučaju se dva fotona jednake energije emituju u suprotnim smerovima. Ako se detektori postave direktno u pravcu

prostiranja radijacije sa izvorom izmeĎu njih, tada ova pojava može biti korišćena za

podešavanje kašnjenja. Ako detektor nije sposoban za detekciju gama zračenja, ali je dovoljno tanak (plastičniscintilatori), koincidencije mogu biti očekivane ako se detektori smeste blizu jedan drugog idopuštaju da snop naelektrisanih čestica proĎe kroz oba brojača (treba biti siguran da česticeimaju dovoljnu energiju da proĎu kroz oba detektora, Slika 44.).




31

Slika 44. Načini merenja kojima se podešava kašnjenje pri koincidencionim merenjima

Sa izvorom koincidencija moguće je odrediti odnose vrednosti vremena kašnjenjamerenjem broja koincidencija kao funkcije od vremena kašnjenja ureĎaja i tako se dobija grafikkoji se naziva koincidenciona kriva (Slika 9.). Sistem kojim se može izvršiti ovakvo merenje prikazan je na Slici 45.

Slika 45. Koinidenciona kriva




32

Slika 46. Sistem za snimanje koincidencione krive

Sa Slike 45. se vidi da će sistem biti najbolje podešen ako kašnjenje odgovara sredini

platoa pika prikazane krive. U tom slučaju će najveći broj pravih koincidencija biti detektovan. Uidealnom slučaju kriva bi trebalo da bude pravougaonog oblika. MeĎutim, zbog prisutnihrazličitih fluktuacija siganla doći će do deformacije oblika krive. Ako je dužina signala manja odtrajanja ovih fluktuacija detekcija pravih koincidencija nije moguća.

Širina koincidencione kriva na polovini maksimuma visine jednaka je dvostrukomkoincidencionom vremenu razlaganja. Vreme razlaganja zavisi od osobina samog sistem a

takoĎe pomoću odreĎenih ureĎaja njegove vrednosti se mogu menjati. Ovo vreme je približno jedako sumi širina dva impulsa.

10.6 Kombinacija selekcije visine signala i određivanja koincidencija. Brza i spora kola

Na Slici 47. prikazan je sistem koji kombinuje selekciju visine signala i kolo za detekcijukoincidencija.

Slika 47. Sistem za selekciju visine signala i spore koincidencije.




33

Pomoću sistama koji kombinuje koincidencijiona merenja i selekciju visine signal postižese da dobijeni slektor koji odreĎuje broj detektovanih dogaĎaja za odreĎene energije sadrži samoone linije koje su prethodno izdvojene koincidencionom jedinicom.

Signali iz detektora se prvo pojačavaju i oblikuju a zatim se šalju kroz vremenski SCA zatestiranje visine signala. Logički siganli iz modula su korigovani za efekat hoda (kašnjenja) i

može biti testirana koincidencija izmeĎu njih. Ovakav sistem daje dobru vremensku rezoluciju inašao je brojne adekvatne primene. U sistmu prikazanom na Slici 46. oblikovanje signala uništava nake informacije o

vremenu porasta i rezoluciji signala. Ako se želi postići maksimum i u vremanskoj rezoluciji i uanalizi visine signala koriste se tzv. brza-spor kola. Ovakav sistem deli signal u dve grane, brzu i

sporu, testira ih odvojeno i potom kombinuje rezultate (Slika 48). Spora grana šalje signal do pojačavača koji ga oblikuje i potom se vrši testiranje visine signala. Brza grana propuštadirektnio signal (ili preko brzog pojačavača) u brzi koincidencioni modul. Ovaj signal potom ideu trostruki koincidentni modul zajedno sa signalima iz spore grane kola. Na ovaj način seuproreĎuje signal iz brze grane kola sa SCA signalom iz spore grane.

Slika 48. Brz-spor koincidencni sistem

10.7 Zakasnele koincidenci je

Jedan od načina da se definišu prave kincidencije jeste da se uključe svi dogaĎaji izmeĎukojih postoji odreĎen interval vremena manji od vremena razlaganja instrumenta. Ovo je čest

slučaj sa radijacijom koja se emituje iz istog radioaktivnog izvora, ali je odvojena odreĎenimvremenskim intervalom koji je jednak vremenu života intermedijalnog stanja. Ovakvekoincidencije se iz istorijskih razloga nazivaju zakasnele koincidencije. Vremanska distribucija

tada može prikazati odreĎeni eksponencijalni pad (rep) u desnom delu pika prave koincidencije.OdreĎivanjem vremenske konstante ovoga dela pika može biti odreĎena konstanta raspada

intermedijalnoga stanja. Merenje može biti izvršeno bilo kojom višekanalnom tehnikomkorišćenjem TAC-a ili serijom pojedinačnih kanalnih merenja pomoću koincidencionih jedinica i promenljivog kašnjenja.




34

10.8 Određivanje koincidencionog vremena razlaganja

Postoji nekoliko metoda pomoću kojih se može odrediti vreme razlaganjakoincidencionog ureĎaja. Jedan od njih se sastoji u simultanom merenju brzine sigana dva potpuno nekolerina signala i rezultujuće slučajne koincidencije. Vreme razlaganja potom može

biti odreĎeno na osnovu izraza (1). Merenje mora biti tako izvršeno da se u potpunosti isključimogućnost pojavljivanja pravih koincidencija izmeĎu dve grane kola. Drugi metod odreĎivanja vremena razlaganja se sastoji u snimanju koincidencione krive.

Kao što je ranije objašnjeno širina na polovini visine pika prave koincidencije nakoincidencionoj krivi je jedanaka dvostrukom vemenu razlaganja. Za ovaj metod su neophodni

izvori koji sa velikom verovatnoćom emituju prave koincidencieje kako bi odnos visina vrha

prave koincidenicije prema fonu, koji potiče od slučajnih koincidencija, bio što je moguće veći.

10.9 Pretvarač vreme – ampli tuda (Time to ampli tude converters – TAC)

TAC je ureĎaj koji konvertuje vremenski period izmeĎu dva logička signala u izlaznisignal čija visina je proporcionalna njegovom trajanju. Ovaj impuls potom može biti analiziranmultikanlnim anlizatorom pri čemu se dobija spektar u funkciji od vrednosti trajanja vremenskogintervala. ADC (analorgo digitalni konverter) može takoĎe biti korišten posle TAC zadigitalizaciju izlaznog signala. Jedinice kao ove su poznate kao time-to-digital converter.

Merenje vremena TAC ureĎajem pokreće se pomoću START signala, a zaustavlja se pomoću drugog STOP signala. Jednostavan metod koji se koristi u TAC ureĎajima jestekorišćenje kondenzatora koji počinje konstantno da se razelektriše dolaskom START signala arazelektrisanje se zaustavlja nailaskom STOP signala. Ukupno naelektrisanje koje se pri tome

sakupi je proporcionalno vremenskom intervalu izmeĎu START i STOP signala (Slika 49.).

Slika 49. Pretvarač vreme – amplituda




35

10.10 Pretvarač vreme-digitalni signal (Time-to-Digital Converter TDC)

Kada se u sistemima za koincidenciona merenja koristi TAC tada se prvo vremenskiinterval konvertuje u analogni impuls čija je amplituda proporcionalna dužini tog intervala a potom se dobijeni signal digitalizuje. Mnogo efikasniji način je digitalizacija vremenskog

intervala eliminisanjem koraka u kojem se vrši pretvaranje vreme -amplituda. To se postižekorišćenjem brojačkih tehnika i stabilnih oscilatora. Osnovna ideja je da se koristi START signalkoji pokreće skaler koji vrši brojanje konstantne frekfencije oscilatora. Dolaskom STOP signalaskaler se isključuje i daje broj koji je proporcionalan vremenskom intervalu izmeĎu impulsa.

Brojački TDC-a je lako konstuisati i šema ovoga ureĎaj je prikazan na Slici 50.

Slika 50. START-STOP pretvarač vreme-digitalni signal korišćenjem sata ili skalera

Drugi način je upotreba tehnike variranja koja se bazira na korišćenju dva oscilatora čije

se frekfencije neznatno razlikuju (Slika 51). Šema ovakvog ureĎaj pretstavljena je na Slici 52.

Slika 51. Princip rada varirajućeg TDC




36

Slika 52. Šema varirajućeg TDC

10.11 Pr imena koincidentn ih merenja

Koincidentna tehnika merenja se može koristiti u različitim eksperimantima. Takvamerenja su detekcija sukcesivnih kaskadnih raspada, merenja brzina čestica na osvnovu vremena potrebnog da čestica stigne od jednog do drugo detektora, merenja raztličitih ugaonih zavisnosti

emisije čestica itd. U svim ovim merenjima se posmatraju dogaĎaji koji se dešavaju istovremeno

u dva ili više detektora ili se traži detekcija odreĎenih čestica u jednom detektru nakonodreĎenog vremena pošto je detektovana jedna čestica u prvom detektoru.

Koinicidente tehnike su našle primenu i u antikoincidentim merenjima. U ovom slučajuse zahteva da u jednom detektoru bude detktovano zračenje dok u drugom detektoru zračenje

nije detektovano. Ovaj metod se koristi kod aktivnih zaštita detektora od fona. Zračenje izokruženja, pozadinsko zračenje ili fon, predstavlja smetnju u različitim merenjima. To jezračenje koje je prisutno u okruženju detektora i ne potiče od izvora zračenja čije merenje sevr ši. Ako je zračenje ispitivanog izvora veoma male aktivnosti ono ce biti "sakriveno" ilimaskirano fonom. Zbog toga je potrebno izvršiti redukciju fonskog zračenenja ili zaštitudetektora od fona. Redukcija fona se najčeće vrši sa pasivnim zaštitama na taj nalin što sedetektor okruži sa materijalom koji dobro absorbuje fonsko zračenje. TakoĎe se mogu korisiti i

aktivne zaštite detektora. Tada se jedan, glavni detektor okruži sa više drugih detektora. Na tajnačin čestica koja dolazi izvan detektorskog sistema okida i zaštitini i glavni detektor, dok

čestica iz merenog uzorka okida samo glavni detektor. Ako se zaštitini detektor i glavni detektor povežu antikoincidento, iz spektra se eliminišu dogaĎaji koji potiču od čestica koje dolaze izvandetektorskog sistema i detektuju se samo dogaĎaji koji potiču od merenog uzorka tj. eliminišu sesignali koji potiču od čestica izvan detektorskog sistema koje svojim interakcijama izazivaju povišenje fona, Ako signal u glavnom detektoru i zaštitnom detektoru bude proizveden

istovremeno tj. izazove ga čestica izvan detektorskog sistema taj signal se blokira i odbacuje kao




37

fon. Zaštitni detektori se nazivaju i veto ili antikoincidentni detektori dok se blokirajući signalnaziva veto signal. Sistem sastavljen od zaštitinih detektora naziva se aktivna zaštita detektora. Na Slici 55. prikazana je šema detektorskog sistema koji kombinuje aktivnu i pasivnu zaštitu.

Slika 53. Šema jednog detektroskog sistema koji koristi aktivnu zaštitu. Germanijumski detektro je zaštićen sa plastičnim scintilatorima.

11. NIM Standard

Svi ureĎaji čije funcionisanje smo opisali do sada se izraĎuju u odreĎenim standradnim

formama koje omogućavaju lako i jednostavno povezivanje sa drugim ureĎajima. Za sve to suuspostavljeni odreĎeni standardi. Prvi takav standard koji je i najednostavnije i najčešće sekoristi je modularni NIM sandard (NIM – NUCLEAR INSTRUMENT MODULE).

U NIM standardu sve elektronske komponente kao šro su pojačavači, jednokanalni ivišekanalni analizatori, diskirminatroi itd., su konstruisane u formi modula koji su prikazani na

Slici 54. TakoĎe su i standardizovana k ućišta koja služe za sna bdevenje ovih ureĎaja potrebnimelektričnim naponom. Svi moduli imaju tačno odreĎen oblik priključaka i svi se mogu

prikljušivati na sva NIM kućišta. Na ovaj način je omogućeno lako povezivanje i zamenaodreĎenih elektronskih komponenata potrebnih u datom merenju. NIM standard ima i tačno

definisane vrednosti napona za snabdevanje svih mogućih modula. Zbog svega toga NIMstandard daje ogromne prednosti prilikom dinzajniranja jednog detektorskog sistema i njegove

uoptrebe.




38

Slika 54. NIM standardni moduli i kućišta.

12. Prenos signala

Prenos signala u nuklearnoj elektronici se obavlja pomoću različitih kablova koji su

prikazani na Slici 55. I vrsta kablova (BNC, kablovi za snabdevanje ureĎaja visokim naponom) i priključci kablova su standardizovani. Prilikom povezivanja ureĎaja kablovima treba voditi

računa o dve stvari. Prva je podešavanje im pedansi. Ako impedanse nisu dobro podešene doćićedo gubitka signala. Druga bitna stvar je kašnjenje signala zbog dužine kablova, što može prouzrokovati probleme prilikom prikupljanja vremenskih informacija.




39

Slika 55. Kablovi koji se koriste u nukearnoj elektronici.




Spisak litarature

1.

W. R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer-Verlag

Berlin Heidelberg, 1994.

2. W. D. Hamilton, The Electromagnetic Interaction in Nuclear Spectroscopy, North-Holland

Publishing Company, Amsterdam, 1974.3. Kai Siegbahn, Alpha-, Beta-, and Gamma-ray Spectroscopy, North-Holland Publishing

Company, Amsterdam, 1968.

Standardna nuklearna elektronika

Documents

Transcript of Standardna nuklearna elektronika