Skip to main content
Вся фізика

Ядерна електроніка

Ядерна електроніка - сукупність методів ядерної фізики, в яких використовуються електронні прилади для реєстрації, перетворення і обробки інформації, що надходить від детекторів частинок. Мала тривалість процесів і, як правило, висока їхня частота, а також наявність сторонніх процесів (фону) вимагають від приладів ядерної електроніки високої часової роздільної здатності (~10-9 с). Необхідність одночасного вимірювання великого числа параметрів (амплітуди сигналу, часу його приходу, координати точки його детектування та ін.) призвела до того, що саме в ядерній електроніці вперше були розроблені схеми аналого-цифрового перетворення, застосовані цифрові методи накопичення інформації, багатоканальний і багатовимірний аналіз з використанням ЕОМ. При реєстрації частинок, а також фотонів рентгенівського і γ-випромінювань завдання ядерної електроніки зводиться до підрахунку імпульсів від детектора; при ідентифікації типу частинок або при дослідженні їхнього спектра аналізуються форма імпульсу, його амплітуда або відносна затримка між імпульсами. У випадку дослідження просторового розподілу частинок реєструються номери «спрацьованих» детекторів або безпосередньо визначається координата точки детектування. У пристроях ядерної електроніки використовуються методи антизбігів і збігів, амплітудні дискримінатори, лінійні схеми пропускання і суматори, багатоканальні часові і амплітудні аналізатори, а також пристрої для зчитування інформації з координатних детекторів (іскрових камер і пропорційних камер) тощо.  Пристрій для реєстрації частинок містить: детектор; підсилювач сигналу; перетворювач, який переводить сигнал детектора в стандартний імпульс або перетворює амплітуду чи час приходу сигналу в цифровий код; реєструючий прилад (лічильники імпульсів, запам'ятовувальні пристрої, ЕОМ, рідше — самописні прилади або фотоапаратура). На рис. 1 зображена спрощена система для дослідження спектра частинок. Заряджена частинка перетинає детектори Д1 — Д3 і зупиняється в детекторі Д4. Сигнали з Д1—Д3 через формувачі Ф1, Ф2, Ф3 надходять на схему збігів СС, яка відбирає ті події, при яких сигнали на її входи приходять одночасно. Одночасність приходу імпульсів забезпечується узгоджувальними лініями затримки ЛЗ. Схема збігу виробляє сигнал, який «дозволяє» перетворення досліджуваного імпульсу від детектора Д4. Результат перетворення з аналого-цифрового перетворювача АЦП у вигляді цифрового коду заноситься в оперативний запам'ятовувальний пристрій ОЗП або ЕОМ. Виміряний амплітудний спектр виводиться на екран електронно-променевої трубки ЕПТ. Частина системи, обмежена пунктиром, являє собою багатоканальний амплітудний аналізатор імпульсів. Швидкість рахунку на виході схеми збігів, що фіксується лічильником СЧ, показує число зареєстрованих подій. Часовий відбір сигналів здійснюється схемами збігів, які спрацьовують від імпульсів з певною тривалістю і амплітудою. Для амплітудного відбору використовуються дискримінатори, які генерують вихідний імпульс, якщо амплітуда вхідного сигналу або більша за певну величину (інтегрувальний дискримінатор), або міститься в певних межах (диференціювальний дискримінатор). Дискримінатори виконуються за схемою тригера Шмідта (спускова схема) або з використанням схем порівняння (компараторів), виконаних у вигляді інтегральних схем. Останні являють собою високочутливі підсилювачі — обмежувачі. 
У сучасній ядерній електроніці блоки, що реалізують одну логічну функцію («І», «АБО» та ін.), поступаються місцем універсальним багатофункціональним пристроям, логічні функції яких можна задавати ззовні. Такі пристрої реалізуються на базі постійних запам'ятовувальних пристроїв, програмованих логічних матриць або матриць вентилів. Обчислювальна техніка дозволила створити автоматизовану апаратуру з програмно регульованими параметрами: ЕОМ керує порогами спрацьовування схем, часовою роздільною здатністю, затримкою сигналів, логікою відбору подій, режимом роботи вимірювальної системи тощо. Впроваджуються в експеримент мікропроцесори і спеціальні процесори для розпізнавання образів, для накопичення і попередньої обробки результатів вимірювань. Накопичення експериментальних даних відбувається в ЕОМ з подальшим записом на магнітну стрічку. Результати попередньої обробки виводяться на екран електронно-променевої трубки, що дозволяє оператору втручатися в хід вимірювань. ЕОМ керує різними виконавчими пристроями: моторами, що переміщують детектори або мішені, реле, комутаторами сигналів тощо (рис. 2).