5. Принцип работы стинтиляционного счетчика

При работе со сцинтилляционными счетчиками следует, прежде всего, учесть, что момент появления тока в цепи коллектора не совпадает с моментом освещения фотокатода. Этот сдвиг во времени объясняется тем, что электроны, средняя скорость которых в умножителе невелика и не превышает—5х10⁸ см /сек, затрачивают на пролет от фотокатода до коллектора заметное время, составляющее сотые доли микросекунды. Важным обстоятельством является то, что электроны последнего поколения отвечающие одновременному вылету электронов из фотокатода, возникают на последнем диноде не одновременно. Время пролета испытывает значительные отклонения от среднего значения вследствие разброса начальных скоростей электронов вторичной эмиссии по величине и по направлению, а также вследствие различия в длинах их траекторий. В соответствии с этим мгновенной световой вспышке будет отвечать не импульс тока, длительность которого зависит только от времени пролета электронов между последним динодом и коллектором (легко подсчитать, что это время не может превышать 10~¹⁰ —10~⁸ сек), а импульс, растянутый во времени до 10~⁹—10~⁸ сек, форма которого определяется условиями пролета электронов в ФЭУ данной конструкции.

При использовании ФЭУ в сцинтилляционном счетчике с неорганическими кристаллами, время высвечивания которых сравнительно велико и составляет десятые доли микросекунды и больше, временные свойства фотоумножителя практически не играют никакой роли и время разрешения сцинтилляционного счетчика будет определяться только временем высвечивания кристалла. При работе с органическими сцинтилляторами и особенно с жид­кими и твердыми растворами время разрешения фотоумножителя может оказаться сравнимым с временем высвечивания сцинтиллятора и при расчете разрешающей способности счетчика по времени должно быть учтено.

В экспериментах, требующих особо высокого разрешения по времени, применяют ФЭУ специальной конструкции, время разрешения которых сведено к (1–2)10^-10 сек. Улучшение временной характеристики фотоумножителя достигается путем уменьшения расстояния между динодами, придания электродам специальной формы, обеспечивающей изохронность траекторий электронов на отдельных участках (электроны с большими скоростями проходят большие пути, и наоборот), и уменьшения числа каскадов при повышении напряжения между ними.

Собственный фон умножителя

Основной причиной импульсного фона в умножителях термоэлектронная эмиссия с фотокатода и с первого динода. Иногда, при значительном повышении напряжения питания, по отношению к номинальному, на выходе умножителя могут появиться и импульсы фона, связанные с автоэлектронной эмиссией — холодным вырыванием электронов из поверхности электродов в местах образования большого градиента потенциала.

Хотя амплитуды, импульсов собственного фона умножителя должны, в принципе, отвечать вылету из катода или из динода всего лишь одного электрона, вылет нескольких электронов в пределах времени разрешения умножителя (и регистрирующего электронного устройства) обусловит появление импульсов фона с соответственно большими амплитудами.

Если импульсы от световых вспышек, образуемых в сцинтилляторе регистрируемыми частицами, существенно превышают импульсы фона по величине, собственный фон умножителя легко отсекается при помощи обычного амплитудного дискриминатора. В противном случае импульсный фон умножителя должен быть снижен до разумного предела, обеспечивающего возможность проведения физических измерений. Так как вероятность термоэлектронной эмиссии довольно резко зависит от температуры, для уменьшения фона от термоэлектронов рекомендуется понизить температуру фотокатода (при понижении температуры число импульсов от термоэлектронов убывает примерно вдвое на каждые 10° С). Фон же от автоэлектронной эмиссии в фотоумножителях хорошего качества при нормальном режиме эксплуатации практически отсутствует.

Особые трудности возникают при регистрации слабых световых вспышек, вызывающих появление на выходе ФЭУ импульсов, сравнимых по амплитуде с импульсами фона. При этом обычно условия физического эксперимента складываются так, что число световых вспышек, подлежащих регистрации, во много раз мень­ше числа импульсов фона. В этом случае импульсы от световых вспышек можно выделить из общей массы импульсов, регистрируя каждую световую вспышку в сцинтилляторе с помощью двух фотоумножителей, включенных в схему, выделяющую совпадения импульсов во времени. Схема совпадений зарегистрирует только импульсы от световых вспышек, импульсы же собственного фона умножителей, , схемой не регистрируются.