Устройство для измерения малых вариаций интенсивности потока ядерных частиц

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ВАРИАЦИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее два детектора ядерных частиц, двухканальный усилитель-формирователь, интeгpatop, ключ, источник питания, шину и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения достоверности и точности измерения , в него введены генератор импульсов , коммутатор и датчик внешнего воздействия в виде переключателя, а измерительный блок выполнен в виде двух счетчиков импульсов, счетные входы которых подключены к выходу генератора импульсов и к управляющему входу ключа, соединенному своим выходом с общей шиной, а информационным входом - с выходом интегратора, причем детекторы ядерных частиц, подключенные к выводам противоположной цолярности источника питания, соединены своими выходами с входом интегратора, выход которого подсоединен к входу двухканального усилителя« формирователя , подключенного своими выходами к соответствукицим входам коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих счетчиков импульсов, а управляющий вход коммутатора подключен через датчик внешнего воздействия к общей шине.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (!9) (l 3) 4(51) G 01 Т 1 16 — —..

ЗСР е.-.-, B

gгк:, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТБУ

1ОСУДАРСТВЕНН1 1й НОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3606093/24-25 (22) 16.06.83 (46) 07.07.85. Бюл. Р 25 (72) Б,.Г.Ерозолимский, Ю.А.Мостовой и О.В.Хахан (53) 535.232.61(088.8) (56) 1. Ерозолимский Б., Спивак П.

Эталонирование нейтронных источников в графитовой призме реактора. M.

Атомная энергия, 1957, с.327.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 404032, кл, G 01 Т 1/17, 1971 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

mumX ВАРНАЦНЙ ННТЕНСНВНОСТН ПОТОi(А

ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее два детектора ядерных частиц, двухканальный усилитель-формирователь, интегратор, ключ, источник питания, общую шину и измерительный блок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппения достоверности и точности измерения, в него введены генератор импульсов, коммутатор и датчик внешнего воздействия в виде переключателя, а измерительный блок выполнен в виде двух счетчиков импульсов, счетные входы которых подключены к выходу генератора импульсов и к управляющему входу ключа, соединенному своим выходом с общей шиной, а информационным входом — с выходом интегратора, причем детекторы ядерных частиц, подключенные к выводам противоположной полярности источника питания, соединены своими выходами с входом интегратора, выход которого подсоединен к входу двухканального усилителяформирователя, подключенного своими З выходами к соответствующим входам коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих счетчиков импульсов, а управляющий вход коммутатора подключен через датчик внешнего воздействия к общей шине.

1131333

Изобретение относится к области ядерной электроники, а именно к иэмеppHHIo малых вариаций интенсивности ядерного излучения, возникающих под действием внешних воздействий. Такие 5 измерения обычно осуществляются путем определения возникающей при этО1. вя1 ия11»;1 асимметрии в количестве событий, регистрируемых детектором ядерного излучения при наличии и отNI 1111 сутствии воздействия: где 11

Ч1 Ч„ счет детектора при наличии воздействия,, N> счет детектОря при Отсут ствии воздействия.

Нзвестно устройство (1), содержя— щее два детектора ядерных частиц, ус». 1и r1 ль 11 с грело нный прибОр в ко1 тором длл Определения малых вариаций

IIIIxe»IипнОсти потока ядерных частиц иэмерлетсл р11эностный ток детекторов.

Обя детектора находятся в поле излу—

ЧЕ11ИЯ ОДНОГО И ТОГО ЖЕ ИСТОЧ»ИКЯ:

o1,I11 D обляст11 Где интечсивность потока ядер; ых частиц иэменяетсл под

11»ешпим Во здействием, другой — в»е этой Области.

Непостатком известного устройства лвллется невысокая достоверность и зб точность измерений, обусловленная тем,. что нестабильность измерител ной аппаратуры правьш1яет величины измеряемых вариаций интенсивности ядер»с го излучения . 35

Наиболее близким техническим решением лнляется разнос гный интенсиметр (2, содержащий двя де гектора ядерных частиц, двухканяль»ый усилитель-формирователь, интегратор, ключ,4О источник питания, общую шину и измерительный блок, Недостатком данного устройства является невысокая достоверность и точность измерений, обусловленная тем, что погрешность измер;.тельного блока превь1шает величи»ы измеряемых вариаций интенсивности ядерного излучения.

Целью изобретения является повьш1е-zp ние достоверности и точности измерения малых вариаций интенсивности ядерного излучения, возникающих под влиянием внешних воздействий.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два детектора ядерных частиц, двухканальный усилитель-формирователь, интегратор, к.пюч, источник питания, общую шину и измерительный блок, введены генератор импульсов, коммутатор, датчик внешнего воздействия в виде переключателя, а измерительный блок выполнен в виде двух счетчиков импульсов, счетные входы которых подключены к выходу генератора импульсов и к управляющему входу ключа, соедийенного своим выходом с Общей шиной и информационным входом — с выходом интегратора, причем детекторы ядерных частиц, подключенные к выводам противоположной полярности источника питания, соединены своим выходами с входом и»тегратоpa, выход которого подсоединен к входу двухканального усилителя †формиро еля, подключенного своими выходами к соответствующим входам коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих счетчиков импульсов, я управляющий вход коммутатора подключен через датчик внешнего воздействия к общей шине.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения малых вариаций и»те»си»ности потока ядерных частиц; на фиг. 2 -- функция интеграла вероятности мгновенного значения флуктуирующего наг1ряжения на конденсаторе интегратора; »а фиг. 3 — зависимость коэффициента усиления от поcòoÿííîé времени интегратора.

Устройство для измерения малых вариаций интенсивности потока ядерных частиц содержит (фиг. 1) два детектора 1 и 2 ядерных частиц интегратор 3, двухканальный усилитель-формирователь 4, коммутатор 5, два счетчика б и 7 импульсов, генератор 8 импульсов, ключ 9 и датчик 10 внешнего воздействия.

Выходы детекторов 1 и ? ядерных частиц, расположенные соответственно в варьируемой зоне и вне ее, подсоединены своими выходами к входу интегратора 3, выход которого подключен к информационному входу ключа 9 и к входу двухка»ального усилителяформирователя 4, подсоединенного своими выходами к соответствующим входам коммутатора 5, управляющий вход которого соединен через датчик

10 внешнего воздействия к общей шине и выходы — к управляющим входам счетчиков б и 7 импульсов, подключенных своими счетными входами к

11313 выходу генератора 8 импульсов и к управляющему входу ключа 9, выход которого соединен с общей шиной.

Устройство работает следующим образом. 5

Детекторы 1 и 2 ядерных частиц находятся под воздействием одного и того же источника ядерного излучения, так что нестабильность самого источника во времени оказывается 10 практически исключенной. Разностный ток с выхода детекторов 1 и 2 ядерных частиц поступает на вход.интегратора 3, напряжение на выходе которого в каждый момент времени будет 15 определяться разностью зарядов, прйшедших с выходов обоих детекторов

1 и 2 ядерных частиц, и постоянной времени .интегратора 3. Напряжение на выходе интегратора 3, флуктуирую- N щее относительно нуля, поступает на вход двухканального усилителя-формирователя 4, стабильность рабочей точки которого поддерживается за счет введения глубокой отрицательной об- 25 ратной связи с его, выхода на вход с постоянной времени, много большей постоянной времени интегратора 3 и периода внешнего воздействия. На выходах двухканального усилителя-форми- 30 рователя 4 в моменты, когда входное флуктуирующее напряжение переходит через нуль, устанавливаются соответственно потенциалы +0,2 В и -10 В для положительного значения входного напряжения и -10 В и +0,2 В для отрицательного значения. Выходы двухканального усилителя-формирователя 4 через коммутатор 5, управляемый сигналом с выхода датчика 10 внешнего 4б воздействия, подключены к управляющим входам счетчиков 6 и 7 импульсов.

На счетные входы счетчиков 6 и 7 импульсов постоянно поступают импульсы с выхода генератора 8 импульсов. 45

Период импульсов, поступающих от ге..нератора .8 импульсов, меньше постоянной времени интегратора 3. Тогда прак. тически на каждое изменение полярности напряжения на выходе интегратора gp

3 будет приходиться не менее одного импульса от генератора 8 импульсов.

В зависимости от полярности напряжения на выходе интегратора 3 эти им пульсы будут считаться счетчиком

6 или 7 импульсов. С помощью коммутатора 5 синхронно с появлением и исчезновением сигнала с выхода датчика

33 4 t0 внешнего воздействия управляющие входы ечетчиков б и 7 импульсов меняются местами. Это позволяет исключить возможную асимметрию в счете счетчиков 6 и 7 импульсов, не связанную с измеряемой вариацией. При этом измеN6 17 ряемая асимметрия х = -в счете

1 16+ 147 - импульсов счетчиками 6 и 7 ймпульсов

8 ы оказывается усиленной в k - " по

II сравнению с асимметрией начал1,ной вариации потока ядерных частиц в области, регистрируемой детектором 1 ядерных частиц.

В вышеприведенных выражениях:

N, М вЂ” число импульсов сосчитанных соответственно счетчиками

6 и 7 импульсов;

tn — количество ядерных частиц в секунду, регистрируемых в каждом иэ детекторов 1 и 2 ядерных частиц; ь — постоянная интегрирования интегратора 3.

В основу получения усиления положено следующее. Если-имеются два детектора ядерных частиц, один из которых расположен в варьируемом потоке и регистрирует И, +дщчастиц в секунду, а другой — в постоянном потоке и регистрирует щ частиц в секунду, то разностный ток от двух включенных

/ навстречу друг другу детекторов ядерс ных частиц создаст на емкости интег1 ратора с i- КС напряжение LH= (rn-rn +am) где б — емкость интегратора; — заряд, возникающий в детекторе ядерных частиц при регистрации одной частицы. Если m,=m„ то среднее

9 значение напряжения д = + †gr, С однако существует флуктуаЦия этого напряжения относительно среднего, так как величины М, и щ имеют статистический разброс. Величина этой флуктуации определяется в виде m, m и мовет быть сосьвой во сравнению с эффектом дп, однако проявление эффекта на ее фоне оказывается усиленным по сравнению с проявлением его на фонема.. Оценим это усилие.

Рассмотрим вклад в флуктуирующее

1131333 напряжение 4f в момент времени t; =0, создаваемый статистическим разбросом частиц, пришедших в интервале времени J 4 .- времени тому назад. Этот вклагг вызван флуктуацией (гп, пт, 4вт) 5)P Zrr 44 событий. Среднеквадратичное значение потенциала, связанного с этой флуктуацией — 2mgty к моменту

1 с =0 уменьшится в / У " раз. Таким образом, будет иметь место среднеквадратичный вклад г; 4 1 в значение Ь ч от интервала времени, отстоящего на от момента г, =О. За время от 1.-- > до =0 эти вклады складываются квадратично

2 — mq

= -- ) 1 " =- — -„р"

М С Сг С о о

Отсюда абсолютное среднеквадратичное

1 — „ отключение будет равно с, - — р

4Ч С 7

d4Ч относительное О = - где о 2Л 2-Г т 7 о

1=-—

С

Измеряемые через равные промежутки времени мгновенные значения флуктуирующего напряжения на емкости интегратора должны подчиняться нормальному закону распределения:

-(ж-()

r.(((, x, C, l = где = — — — относительное значение мгновенного напряжения флуктуации;, Ж = --- — начальная асимметрия

2 1 вариации потока частиц, На фиг. 2 приведена функция интеграла этого распределения от- оо

lP,-ae

j@lg,,4.1=,, Je " которая позволяет получить асимметрию " суммы количества событий с а4 0 и 4 Ч с 0

Х =2А — 1.

Отсюда можно определить коэффициент усиления дх ЭЯ

К= — =2 а ак при дв эЯ Я 2 Д;

Если иметь загрузки детекторов ядерных частиц rn t0 + l0 шт/с, то о = t0 с позволяет получить коэффициенты усиления k =160-1600. Экспериментальные значения отношений получаемой асимметрии Х к исходной асимметрии

3,=0,9 10" и зависимость коэффициен--5 та усилен«я - f.() от постоянной времени ь интегратора приведены на

10 фиг.3.

Введение ключа 9, периодически разряжающего емкость интегратора 3, позволяет получить возможность оперативного определения точности полу>5 чаемого результата, так как точность измерений при этом определяется пол- . ным числом сосчитанных импульсов от генератора 8 имп льсов.

Если после каждого импульса от

20 генератора 8 импульсов через ключ 9 (фиг. 1) разряжать емкость интегратора 3, то коэффициент усиления будет име ть вид:

4rnT

25 где Т вЂ” период следования импульсов от генератора 9 импульсов, В этом случае при поступлении импульса от генератора 8 импульсов будет определяться знак напряжения на выходе интегратора 3, накопившегося за период между импульсами. Для этого постоянная времени интегратора должна быть много больше периода Т . При этом статическая ошибка измерения

35 прямо связана с количеством импульсов

Р, сосчитанных за время измерения, и I имеет вид 6 - — а величина относи-Гй

40 råëüíoé còàòèñòH÷åñêîé погрешности в измерении искомого эффекта

Использование изобретения позволяет измерять асимметрию в счете двух детекторов ядерного излучения поряд-8 ка 10 — 10 доли полного счета каждого детектора с помощью простой счетg0 ной техники. При этом отпадает необходимость в использовании дорогостоящего и прецизионного оборудования, такого, как ан ало гоцифровые преобразователи, электронно-вычислительные у устройства с памятью большой емкости, устройства ввода-вывода информации в цифровых кодах, которые обычно используются для измерения малых асим з ззз метрий в счете детекторов ядерных частиц. Требования к стабильности и точности измерительной аппаратуры снннавтсн ak=fBm". раа пс срааненав с существуницими устройствами аналогичного назначения.

1 I 3 I 333

1131333