应用网络分析法分析正比计数管输出电压

摘 要：研究了将正比计数管等效为电流源后，应用时域分析中常用的卷积积分的方法，分析含正比计数管的网络的输出电压。此法不但有利于通过网络分析的概念理解这一物理过程，而且便于计算正比计数管的输出电压或电流。所得的输出电压的表达式与应用其他方法所得出的结果相同，因此可根据输出电压的波形与电路时间常数的关系，选择时间常数以确定输出脉冲宽度，使正比计数管适用于不同的计数率。

关键词：正比计数管;电流源;网络分析;计数率

中图分类号：TP274 文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)0112702オ

Analysis about Output Voltage of Proportional Counter Tube Using Network Analytical Method

LIU Jiahua,ZHOU Huanyin,FANG Zongliang

(College of Chemical Defense,Beijing,102205,China)

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Abstract：This paper studies on the convolution integral which is often used in time domain analysis through equivalent transforming proportional counter tube to current source,and analyzes output voltage of network containing proportional counter tube.This method not only comprehends network analytical method more easily but also calculates the voltage and current of the proportional counter tube more conveniently.Because the formula of output voltage is the same as the one using other methods,the pulse width can be ascertained by choosing time constant based on the relation between voltage and current,and the proportional counter tube can be applied to different count ratio.

Keywords：proportional counter tube;current source;network analysis;count ratio

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1 引 言

在核辐射测量中，正比计数管的作用是将辐射粒子转变为电脉冲，为了用脉冲放大器放大由正比计数管输出的电压脉冲uo(t)，需要研究uo(t)的形状(前沿、幅度、后沿)。uo(t)的形状由两方面因素决定:首先是由正比计数管的结构、所充气体的性质、管内的电场强度等内部因素决定；其次是由与正比计数管连接的电阻和电容所决定。正比计数管与脉冲放大器的连接电路如图1所示。

其中CP为正比计数管G的极间电容,Ca为分布电容,Cg为耦合电容,Ci为脉冲放大器的输入电容,RL为正比计数管的负载电阻,Ri为脉冲放大器的输入电阻。要根据决定uo(t)波形的两方面因素求出uo(t),Э山正比计数管等效成一个电流源。

2 将正比计数管等效为一个电流源

入射粒子在正比计数管中产生的N对初始离子对，在管内电场的作用下，分e向两极漂移。初始离子对中的电子，向电场强度很大的丝极附近漂移，与气体分子碰撞引起电离而产生出AN对离子对。离子对中的电子瞬即漂移到丝极，对输出电流ip贡献不大(＜10％)。输出电流ip主要由碰撞电离产生的正离子从丝极漂向阴极圆筒而产生。每当入射粒子进入正比计数管就产生如下电流ip(t)[1]：

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式中Е酞+为正离子迁移率，P为正比计数管充气气压，Vo为正比计数管两极间电压，b为正比计数管阴极圆筒半经，a为正比计数管丝极半经，e为电子电荷，(Tp)m为正离子收集时间。

由式(1)可看出，ip(t)只与正比计数管的内部因素μ+,P,Vo,b,a,(Tp)m,A和Ne有关。Ne与入射粒子能量有关，而与外电路无关。又由于ip很小，在Ro,Co上产生的电压很小，一般为01~10 mV，而正比计数管的外加工作电压Vo常在几百伏以上，所以信号电压uo对工作电压Vo的影响不大，故认为正比计数管极间电压近似等于外加工作电压Vo，也即ip(t)Р皇芡獾缏繁浠的影响。所以根据电流源的性质，可以把正比计数管看成一个电流源。

3 用卷积积分分析[WTHX]uo(t)[WTBZ]

当把正比计数管等效为一个电流源后，由于ip(t)为尖顶窄脉冲，故图1所示电路的瞬态输出电路可等效为电流源与Ro和Co并联电路,如图2所示。

式中“*”为卷积分符号，hi(t)为Ro,Co并联电路的冲激响应。下标i表示由冲激电流源δi(t)引起图2电路中Co上的冲激电压响应。

4 讨 论

可见，随着t的增加，|uo(t)|起初增加很快，当t=1 μs时,即近似得到|uo(t)|最大值ANeCoУ40％，然后非常缓慢地增加，大约经过1 ms,才趋近于极大值ANeCo。И

时，即达到ANeCo×0338，但是，当|uo(t)|增加到一定值后，随着t增加，|uo(t)|却缓慢减少，甚至几毫秒后，|uo(t)|才趋于零。因此在实际应用时，就可根据图3所示uo(t)波形与RoCo的关系，选择时间常数(RoCo)Ы闲〉奈⒎值缏罚以变窄输出脉冲宽度，使正比计数管能用于高计数率，同时又保证脉冲幅度仍与原电离成正比。

参 考 文 献

［1］王经瑾.核电子学[M].北京:清华大学出版社，1986.

［2］吴治华.原子核物理实验方法[M].北京:原子能出版社，1997.

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”