Фотоэлектронные умножители и электронные устройства в сцинтилляционном методе

Энергия фотонов, поглощенная в детекторе, для последующего анализа преобразовывается в электрический сигнал или импульс. Амплитуда этих импульсов служит измерителем количества поглощенной энергии, а время поступления импульса используется в схемах совпадения.

Преобразование световых вспышек в сцинтилляторе в электрический импульс производится с помощью фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). Основными частями ФЭУ являются фотокатод и серия динодов (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Фотоэлектронный умножитель, конвертирующий вспышку света из сцинтиллятора в электрический импульс

Для использования в сцинтилляционном методе наиболее удобны ФЭУ, фотокатоды которых нанесены на плоский торец колбы. Полупрозрачный фотокатод может наноситься непосредственно на стекло колбы или на прозрачную металлическую подложку. Поступающие из сцинтиллятора световые фотоны выбивают из фотокатода электроны. Последние ускоряются в электрическом поле между фотокатодом и первым динодом. Энергии электронов оказывается достаточно для вырывания из динода нескольких электронов на каждый упавший на динод электрон. Эти электроны, в свою очередь, ускоряются в электрическом поле между первым и вторым динодом и умножают число электронов, вырываемых из второго динода. Далее процесс повторяется на следующих динодах. Результирующий заряд собирается анодом. Общий коэффициент усиления ФЭУ зависит от приложенной разницы потенциалов и в типичном варианте он равен ~10⁶. Амплитуда импульса пропорциональна числу первичных световых фотонов, упавших на фотокатод, т.е. пропорциональна энергии излучения, поглощенной в сцинтилляторе.

Вместе с несомненными достоинствами ФЭУ имеют ряд недостатков. Они достаточно громоздки, чувствительны к изменениям температуры, влажности, магнитным полям и довольно дорогие. В некоторых сцинтилляционных детекторах вместо ФЭУ используются твердотельные детекторы фотонов, как например, лавинные диоды.

Импульс, генерируемый ФЭУ, должен иметь достаточную мощность для прохождения по коаксиальному кабелю к другим электронным устройствам. Поэтому он сначала поступает в предусилитель (рис.2.10). Предусилитель согласовывает выходное сопротивление ФЭУ и передающего коаксиального кабеля. Далее импульс попадает в основной усилитель, который увеличивает амплитуду импульса и корректирует его форму, делая ее более удобной для амплитудного анализа. Импульс, приходящий от предусилителя имеет быстрое нарастание и медленный спад. Усилитель расширяет импульс и усиливает его. Амплитудный анализатор далее сравнивает амплитуду импульса с регулируемыми верхним и нижним значениями амплитудного окна. Если импульс попадает внутрь окна, то анализатор выдает стандартизованный логический импульс, который поступает на пересчетное устройство и измеритель скорости счета. В настоящее время вместо одноканальных анализаторов импульсов обычно используются многоканальные амплитудные анализаторы.

Рис. 2.10. Электроника сцинтилляционного детектора