Если заданы световые чувствительности анода Sy и фотокатода Svk. то пороговый световой поток источника типа А Фгп,А будет измеряться в лм-Гц~/.

При наличии фоновой засветки приведенный пороговый поток можно найти по формуле

где 5фн - чувствительность ФЭУ к фоновому потоку излучения. 14.5. ИМПУЛЬСНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФЭУ

Широкое применение ФЭУ нашли в ядерной физике в качестве элемента СВД1НТИЛЛЯЦИОННОГО счетчика. Счетчик состоит из сцинтиллятора - вещества, высвечивающего при поглощении ионизирующего излучения, ФЭУ, преобразующего вспышки сплнтиллятора в короткие электрические импульсы, и регистрирующего устройства, измеряющего количество импульсов в единицу времени или их амплитуду. Число вспышек в сцинтилляторе пропорционально количеству поглощенных частиц, а интенсивность вспышек - энергии частиц.

Эффективность применения ФЭУ в сцинтилляционных счетчиках характеризуется следующими параметрами: амплитудным разрешением, временным разрешением и энергетическим эквивалентом собственных шумов.

Собственное амплитудное разрешение. Флуктуации процесса фотоэлектронной и вторичной эмиссии диодов приводят к тому, что вспьпп-кам одинаковой интенсивности на входе будут соответствовать электрические импульсы различной амплитуды на выходе ФЭУ. Собственное амплитудное разрешение ФЭУ - это способность различать близкие по интенсивности световые импульсы. Для оценки системы сцинтилля-тор-ФЭУ используется параметр "энергетическое разрешение", который показьшает способность различать близкие по энергии кванты гамма-излучения. Очевидно, что этот параметр во многом зависит от собственного амплитудного разрешения ФЭУ, которое определяется двумя основными характеристиками - интегральным и дифференциальным спектрами амплитуд.

Интегральный спектр амплитуд характеризуется зависимостью скорости поступления импульсов на выходе ФЭУ (скорости счета) от амплитуды импульсов и„мп =/(tn)- Ординате и„мп каждой точки графика соответствует скорость счета импульсов, амплитуда которых превышает заданное пороговое значение U„. Импульсы на выходе ФЭУ реги-

Рис. 14.14. Интегральные амплитушые спектры идеального и реального фэу

Рис. 14.15. Дифференциальные амплитудные спектры идеального и реального фэу

стрируются электронным устройством с регулируемым порогом чувствительности - амплитудным дискриминатором, который пропускает только импульсы с амплитудой, превышающей заданное значение порогового напряжения. На рис. 14.14 приведены интегральные спектры идеального (кривая 1) и реального (кривая 2) ФЭУ. Идеальным считаем ФЭУ, у которого отсутствуют флуктуащ1И фотоэлектронной и вторичной эмиссии и коэффициент усиления не претерпевает мгновенных изменений. При подаче на вход такого ФЭУ световых импульсов одинаковой интенсивности все импульсы на выходе будут равны по амплитуде.

Для оценки собственного амплитудного разрешения ФЭУ чаще пользуются дифференциальным спектром амплитуд - графиком зависимости скорости счета импульсов с амплитудой, укладывающейся в небольшой ™тервал, от амплитуды импульсов dnJdU =/(С/имп)- Дифференциальный спектр измеряется одно- и многоканальными амплитудными анализаторами (дифференциальными дискриминаторами). На выходе такого устройства появляется стандартный импульс, если входной сигнал попадает в заданный интервал амплитуд. В одноканаль-ном дифференциальном дискриминаторе напряжение дискриминации можно регулировать, но при зтом установленная ширина канала (интервал амплитуд) не должна изменяться. На рис. 14.15 показаны дифференциальные спектры идеального (график 1) и реального (кривая 2) ФЭУ. Разброс амплитуд характеризуется наклоном (крутизной) границы интегрального спектра или шириной дифференциального спектра. Собственное амплитудное разрешение R ФЭУ выражается в процентах и находится как отношение ширины кривой дифференциального распределения анодных импульсов AU (рис. 14.15), определяемой на полувысоте этой кривой, к наиболее вероятной амплитуде распределения при облучении фотокатода вспышками одинаковой интенсивности

R=(AU/U) 100.

Таким же образом определяется энергетическое разрешение системы сцинтиллятор--ФЭУ при облучении моноэнергетическими части-

цами. Наилучшее энергетическое разрешение на практике не превосходит 7%, причем собственное амплитудное разрешение ФЭУ составляет приблизительно 4%. -

Временное разрешение ФЭУ, как и фотоэлемента, характеризуется группой параметров; временем нарастания фронта между уровнями 0,1-0,9 значения амплитуды, шириной импульсов на половине высоты или по основанию на уровне 0,1 амплитуды (см. рис. 13.6).

Энергетический эквивалент собственных шумов - это энергия гамма-излучения Иш, вызывающая в системе сцинтиллятор-ФЭУ импульсы с амплитудой, определяемой по уровню собственных шумов. Этот параметр, характеризующий пороговую чувствительность системы сцинтиллятор-ФЭУ, выражается в единицах энергии ядерных излучений по аналогии с единицами пороговой чувствительности при оптических измерениях. Энергетический эквивалент собственных шумов ФЭУ вычисляют по формуле

И/С/п/С/ими.ср.

где - энергия моноэнергетического излучения эталонного сцинтиллятора; Симп.ср средняя амплитуда импульса на выходе ФЭУ при попадании частицы с энергией ; U„ - порог дискриминатора при заданной скорости счета (обычно 50 имп/с) шумовьгх импульсов ФЭУ без сцинтиллятора.

Вместе с необходимо указать скорость счета шумовых импульсов и тип используемого сцинтиллятора.

Одноэлектронные характеристики ФЭУ. Очень большой коэффициент усиления ФЭУ позволяет регистрировать на выходе сигналы, вызванные одиночными электронами, эмиттируемыми фотокатодом. Действительно, каждый электрон, проходя умножительную систему, приводит к появлению у анода заряда еМ. Средняя амплитуда импульса на анодной нагрузке равна

где С - емкость цепи анода, включающая междуэлектродную емкость ФЭУ и емкость, вносимую электронной схемой регистрации.

Амплитуда выходных импульсов, вызванных одиночными электронами с фотокатода, составляет десятки-сотни милливольт, поэтому эти импульсы могут быть без труда зарегистрированы с помощью измерительной аппаратуры.

При измерении сверхслабых световых сигналов возможны два способа использования ФЭУ в измерительной аппаратуре: 1) измерение среднего значения анодного тока, 2) измерение средней частоты следования импульсов анодного тока, вызванньгх одиночными фотонами, падающими на фотокатод.