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 рисунке 1, а высоковольтного преобразователя для ее питания - на рис. 2. 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). Здесь мы воспользовались относительно 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).

Фотоголовка сцинтилляционного детектора ионизирующей радиации

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.

Преобразователь для питания ФЭУ

Основу высоковольтного преобразователя, показанного на рис. 2, 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 СЗ, 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. Здесь 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.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}