8.3.2 正比计数器的输出信号在线视频

在了解了

正比计数器的工作原理之后呢

我们再来看一下

正比计数器的输出信号

首先来看一下

正比计数器的输出回路

我们在输出回路的基础上

讨论输出信号

正比计数器从它的输出回路

或者画它输出回路的

等效电路的角度来说

它和电离室没什么太大的区别

那这个里面呢

我们依然可以把它的等效电路

给它画出来

那么画出它的等效电路呢

就是从正比计数器本身来说

它的等效电路

也可以等效为一个电流源

并上一个电容

最后我们把这个等效电路

给它化简一下

得到下面这个比较简化的电路

那么在这个简化的电路里面

I0(t)是正比计数器的本征电流

R0 C0分别是输出回路的参数

我们先来讨论

正比计数器输出的电流脉冲信号

这个里面

我们先做两个基本的假设

第一个是气体放大系数

A要远远大于1

这样的话我们就可以忽略

初始电离产生的离子对

对输出信号的贡献

也就是说我们最后讨论

输出信号的话

讨论的都是雪崩之后

产生的电子和正离子

第二个就是全部输出信号

都是由正离子

从这个阳极表面向阴极漂移

而在外回路流过的感应电荷

也就是说

我们忽略了电子的漂移

对输出信号的贡献

那么这个原因呢

前面我们讲过

就是因为r0很小

电子基本上

是在这个阳极附近产生的

电子在被阳极收集之前

流过回路的感应电荷是很小的

所以忽略了

电子对输出信号的一个贡献

正比计数器的本征电流呢

我们也可以给它描述出来

那么它的本征电流的大小

我们可以用它的电场

就是每一个离子它所处的

位置的电场

以及离子的漂移速度

它们俩相乘

然后再乘以A乘以N乘以e

然后除以V0

这就是正比计数器的

本征电流信号

这个电流信号的导出和

我们前面就是电离室的

本征电流信号的导出过程

其实是一样的

只不过这个里面多了一个A

就是有一个放大的过程

N是初始电离产生的

电子离子对的数目

由于电场

我们已经有了它的表达式

虽然是一个非均匀的电场

但是我们知道了

它和位置r的关系

也知道了在离子漂移的过程里头

离子的漂移速度

那么它等于漂移率乘上约化场强

也就是和电场

以及工作气压的关系

我们也有

最后我们其实还有

就是离子的速度和它所处的位置

以及时间之间的关系

也就是u+等于dr除以dt

有了这些关系之后呢

我们就可以代到上面的式子里面

导出下面的这个正比计数器的

本征电流信号的具体表达式

那么在这个式子里面

我们多了一个参量叫τ

那我们看一下这个τ呢

它是仅取决于结构 工作气体

以及工作电压等参数的一个量

在一般的参数选择的条件下

它差不多是10的-8次方秒

这样的一个量级

而且这个τ

它和电离发生的位置

是没有关系的

所以正比计数器的电流信号呢

与电离的位置无关

是一个确定形状的电流信号

有了它的电流信号

我们来看一下

这个电流信号的具体特点

我们可以看出来

它的电流信号前面有一堆

和结构等等有关的常量

和时间有关的量

就是t加τ分之1

而且我们知道

τ是一个比较小的量

是10的-8方秒这样的一个量

那我们可以看出来

正比计数器它的本征电流信号呢

随着时间是不断减小的一个电流

所以我们可以画出来

那么在τ这个时间呢

电流比一开始要小了

到了原来的一半

然后2τ的时候变成1/3等等

所以它的电流信号

随着时间很快的在减小

如果你的时间取到一个微秒

这个时候可能就在100τ左右

所以这个电流信号

就是初始电流信号的1%左右

所以我们说这个电流信号呢

随着时间还是下降很快的

了解了正比计数器的

输出电流脉冲信号

我们再来看一下

正比计数器的

输出电压脉冲信号

还是我们回到它的输出回路

等效电路上来

有了它的输出电流脉冲信号

我们通过这样一个输出回路

等效电路的分析直接

可以得到它的输出电压脉冲信号

这个里面我们直接把I0(t)代进去

就可以得到它的输出电脉冲信号的

具体表达式

那么我们把这个式子重新整理一下

那么和时间有关的量

我们给它用一个F(t)去表示

那么F(t)在这个地方

我们说它仅仅和R0 C0

以及τ有关系

是这样的一个时间函数

和入射粒子的位置和能量

都没有关

因此正比计数器的电压脉冲信号

和输出回路的时间常数的选取

是有关系的

而和粒子入射的位置

是没有关系的

那么与粒子入射位置无关

这是我们用一个探测器

去测量这个入射粒子的能量

往往需要考虑的一点

就是说最好是没有关系

要有关系的话

这个你就不光

就是它的输出信号

不光是能量决定了

比如说和位置有关的话

你要考虑的东西会更多一些

关于正比计数器的输出信号呢

我们做一个简单的小结

第一个

正比计数器输出电流脉冲信号的

形状是一定的

就是说它是一个确定形状的电流信号

大小可以变化

但形状是确定的

这个形状和入射粒子的位置无关

这样的话就会导致

它输出的电压脉冲信号

是一个定前沿的电脉冲信号

第二个是由于τ比较小

只有10的-8次方秒

这样一个量级

我们说即使是

你取这个时间长度

是100个τ

也就是输出电流降为

初始值的1%

也仅需要微秒的量级

所以通常情况下呢

正比计数器

虽然它的信号是由离子漂移

直接贡献出来的

但是依然我们可以通过

选择比较小的R0 C0

得到比较快的响应时间特性

第三个呢我们说当R0 C0

远远大于T+的时候

当然可以获得最大的

输出电压脉冲信号的幅度

也就是ANe除以C0

但是由于电流的形状是一定的

那么我们不管怎么去选择

R0 C0的值

电脉冲信号的幅度

都和ANe是成正比的

当然你选择小的R0·C0的

这个值呢

会使整个最后输出

电脉冲信号的幅度会小一点

但是同时它的宽度也会变窄

获得比较好的分辨时间

所以这个是

我们用正比计器的时候要注意的

因为正比计数器

它本身有一个比较大的放大倍数

也就是A的存在

所以通常R0·C0

我们会选的比较小

这样的话

这个输出信号的宽度比较窄

但是幅度它并不会小

因为A是比较大的

这个就是关于正比计数器的

输出信号的一个内容

所以在正比计数器里面

我们说电子雪崩

是发生在阳极丝附近的

那么电子产生的位置

距离阳极是很近的

所以电子被收集的过程里面

流过回路的感应电荷量很小

正比计数器的输出信号

主要是电子雪崩过程中

产生的离子

从阳极附近

向阴极的漂移过程中产生的

由于这些离子可以看成是在

就是阳极表面的

同一位置产生的

因此这些离子向阴极漂移的过程

所产生的感应电流

是一个定形状的电流信号

同时我们知道

这个电流一开始比较大

随着离子的漂移会越来越小

由于电流是一个定形状的

电流信号

输出回路的参数的选择

就比较可以任意选择了

你任意选择这个参数

都不会影响

输出电压脉冲信号幅度

和初始电离产生电荷量之间的

正比关系

因此正比计数器可以做到

输出信号宽度较小

那么得到比较好的分辨时间

同时它也可以直接用来测量

入射粒子的能量

这一节的内容就到这里