Studies on the transmission and processing of pulse-shaped signals from nuclear radiation detectors using methods of systems theory

摘要

Mit Hilfe von Methoden aus der Systemtheorie der Elektrischen Nachrichtenübertragung und der Theoretischen Elektrotechnik wird die Übertragung von im-pulsförmigen Signalen von Strahlungsdetektoren vom Detektor über „elektrisch lange" Leitungen (Kabel) bis zum Ausgang des ersten Impulsverstärkers beschrieben. Es wird am Beispiel eines Impulses eines BF_3 - Proportionalzählrohres mit Hilfe der Fouriertransformation gezeigt, dass die Impulse von Strahlungsdetektoren ein Frequenzspektrum bis deutlich über 10~8 Hz beinhalten. Werden diese Impulse über Leitungslängen von einigen Metern bis zum ersten Verstärker übertragen, so sind dabei die Gesetze der Leitungstheorie zu beachten, wenn Signalverfälschungen durch Reflektionen vermieden werden sollen. Im Beispiel werden die Leitungsgleichungen angewandt und der Einfluss der Leitung und des Abschlusswiderstandes demonstriert. Ebenso wird der Einfluss des Frequenzganges v(ω) und des Phasenganges δ(ω) des Verstärkers im Rechenmodell berücksichtigt. Die vorgestellten Methoden erlauben die Analyse und Optimierung der Signalübertragung und -Verstärkung von Impulsen von Strahlungsdetektoren. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Impulsformen.%Using methods of the systems theory of electronic communications and theoretical electrical science, this study describes the transmission of pulse-shaped signals from nuclear radiation detectors from the detector over "electrically long lines" (cables) to the output of the first pulse amplifier. The example of pulses from BF_3-proportional counters shows, using the Fourier transformation, that pulses from radiation detectors contain a frequency spectrum ranging well above 10~8 Hz. If these pulses are transmitted to the first amplifier over a line length of several meters, the laws of the theory of transmission lines must be taken into account to avoid false signals caused by reflections. In the example, line equations are applied and the influence of the line and the terminating impedance is demonstrated. The influence of the frequency response v(ω) and the phase response δ(ω) of the amplifier is also considered in the sample calculation. The methods presented make it possible to analyze and optimize the transmission and amplification of signals from radiation detectors. Close agreement emerges between empirically observed and calculated pulse shapes.