XÂY DỰNG hệ PHÂN TÍCH đa KÊNH MCA sử DỤNG OSCILLOSCOPE và PHẦN mềm LABVIEW CHO DETECTOR NAI(TL)

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM II-P-1.4 XÂY DỰNG HỆ PHÂN TÍCH ĐA KÊNH MCA SỬ DỤNG OSCILLOSCOPE VÀ PHẦN MỀM LABVIEW CHO DETECTOR NAI(TL) Nguyễn Quốc Hùng, Nông Tiến Toản, Võ Hồng Hải Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Email: nqhung@hcmus.edu.vn TÓM TẮT Trong báo này, phát triển hệ phổ kế gamma dùng detector nhấy nháy NaI(Tl) 3inch x 3inch hệ phân tích đa kênh sử dụng phần mềm LabVIEW cho Oscilloscope 1GSa-8bits Oscilloscope có chức ghi nhận dạng xung truyền số liệu lên máy tính qua cổng COM Phần mềm LabVIEW tìm độ cao xung hình thành phổ Một máy phát xung ba nguồn phóng xạ gamma (133Ba, 60Co 137Cs) sử dụng để đánh giá hoạt động hệ đo Hệ phổ kế phát triển nhằm phục vụ cho giảng dạy nghiên cứu môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp.HCM Từ khóa: Osciloloscope, MCA, phổ kế gamma, LabVIEW GIỚI THIỆU Máy sóng (Oscillocsope) thiết bị điện tử có chức đo lường, hiển thị tín hiệu điện (V) biến đổi theo thời gian Osciloscope chia làm hai loại: Oscillosope dạng tương tự làm việc trực tiếp với điện đặt vào đo để di chuyển dòng electron ngang qua hình, oscilloscope dạng số lấy mẫu dạng sóng dùng chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) để chuyển đổi điện đo thành thông tin số Sau đó, thông tin số sử dụng để tái cấu trúc lại dạng sóng hình Dựa vào chức ghi nhận dạng xung tín hiệu chuyển đổi ADC osciloscope dạng số, giới người ta sử dụng oscilloscope để ghi nhận phân tích xạ hạt nhân xây dựng hệ phổ kế thời gian, đo trùng phùng xạ hiếm,… Trong báo này, sử dụng oscilloscope dạng số GWInstek GDS-1152A kết hợp với chương trình giao tiếp với máy tính (LabVIEW) để xây dựng hệ MCA ghi nhận phân tích xung tín hiệu xạ từ detector nhấp nháy NaI(Tl) inch × inch hình thành phổ lượng nguồn phóng xạ gamma Oscilloscope có chức ghi nhận dạng xung truyền số liệu lên máy tính qua cổng COM Một giao diện máy tính phần mềm LabVIEW 2013 xây dựng để thu nhận liệu, hiển thị xung tín hiệu, đồng thời phân tích hình thành phổ biên độ xung Các liệu xung tín hiệu phổ biên độ xung lưu trữ dạng tập tin Excel (.xlsx) Sau xây dựng, hệ đo tiến hành kiểm tra tốc độ ghi nhận, độ tuyến tính với máy phát xung Các nguồn phóng xạ có Bộ môn 133Ba, 60Co 137Cs dùng để đánh giá đường chuẩn lượng độ phân giải hệ đo HỆ PHÂN TÍCH ĐA KÊNH SỬ DỤNG OSCILLOSCOPE 1GSA-8BITS VÀ PHẦN MỀM LABVIEWTM Hệ MCA xây dựng dựa hai thành phần Oscilloscope GWINSTEK GDS-1152A 1GSa8bits máy tính dùng phần mềm LabVIEWTM 2013 Các bước để hệ MCA xử lý xung tín hiệu bao gồm: Oscilloscope số hóa xung tín hiệu detector ghi nhận, sau liệu truyền lên máy tính xử lý DPP (Digital Pulse Processing) chương trình lập trình phần mềm LabVIEWTM Oscilloscope 1GSa-8bit Oscilloscope GWInstek GDS-1152A sử dụng Bộ môn Vật lý Hạt nhân có ngõ vào hai kênh, ADC có độ phân giải bit, khoảng hoạt động 10V Do đó, thiết bị ghi nhận liệu dạng xung tín hiệu Tín hiệu xạ detector ghi nhận sau qua tiền khuếch đại khuếch đại cố định bề rộng xung (shaping time), thông qua cổng vào (channel) oscilloscope lấy mẫu tín hiệu dùng chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) để chuyển đổi điện đo thành thông tin số Sau hoàn tất số hóa, xung tín hiệu máy tính ghi nhận cổng USB tiếp tục xử lý phần mềm LabVIEW ISBN: 978-604-82-1375-6 144 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Hình Oscilloscope 1GSa-8bit Hình Nguyên lý hoạt động Oscilloscope Xử lý xung tín hiệu số chương trình giao tiếp LabVIEWTM Sau nhận liệu từ oscilloscope, chương trình lập trình phần mềm LabVIEW tiến hành thu thập chuỗi liệu phân tích liệu để đưa xung tín hiệu Với chuỗi tín hiệu vào thời gian biên độ, hàm lập trình chương trình LabVIEW tính toán độ cao xung biểu diễn song song hai đồ thị: đồ thị hiển thị xung tín hiệu, đồ thị hiển thị phổ độ cao xung Hình giao diện chương trình LabVIEW giao tiếp với máy tính, hiển thị song song hai đồ thị xung tín hiệu phổ độ cao xung Giao diện người dùng xây dựng phần mềm LabVIEW để tương tác với hệ MCA Chương trình không hiển thị liệu thu thập xử lý được, mà người dùng thao tác để điều chỉnh số thông số hệ MCA Hình Giao diện chương trình giao tiếp LabVIEW KHẢO SÁT TỐC ĐỘ ĐÁP ỨNG CỦA HỆ MCA Hình Khảo sát tốc độ đáp ứng với máy phát xung ISBN: 978-604-82-1375-6 Hình Đồ thị biểu diễn tốc độ đáp ứng 145 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Bảng Kết khảo sát tốc độ đáp ứng hệ MCA Tần số (Hz) Số kiện Tốc độ ghi nhận (Sự kiện/giây) 0,35 35 0,35 0,70 71 0,71 1,50 124 1,24 3,00 125 1,25 6,00 124 1,24 Để khảo sát tốc độ ghi nhận hệ MCA,, sử dụng máy phát xung phát xung tín hiệu có tần số thay đổi biên độ cố định Kết thu được trình bày Bảng Có thể nhận thấy tốc độ ghi nhận hệ MCA dừng lại 1,24 Hz THỰC NGHIỆM ĐO PHỔ GAMMA SỬ DỤNG DETECTOR NAI(TL) INCH × INCH Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm với Detector NaI(Tl) Sau khảo sát hệ MCA (Oscilloscope GDS-1152A) tiến hành thực đo phổ xạ gamma nguồn phóng xạ sử dụng detector nhấp nháy NaI(Tl) inch × inch Ba nguồn phóng xạ 133Ba, 60Co 137 Cs sử dụng thí nghiệm với hệ phổ kế gamma Phổ ghi nhận dùng để xác định đường chuẩn lượng, đánh giá độ phân giải hệ phổ kế Kết thí nghiệm trình bày Bảng Hình Bảng Các cặp vị trí kênh - lượng chuẩn độ phân giải đỉnh phổ lượng nguồn phóng xạ 133Ba, 60Co 137Cs Nguồn phóng xạ 133 Ba 137 Cs 60 Năng lượng (keV) Vị trí kênh FHMW R(%) 356 103 6,58 6,38% 0,93 662 189 11,90 5,28% 0,98 1173 325 14,08 4,28% 0,87 1332 372 24,80 6,55% 0,86 R2 Co ISBN: 978-604-82-1375-6 146 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (a) (b) (c) (d) Hình Phổ lượng nguồn 133Ba(a), 133Ba, 137Cs (b), 60Co(c) đường chuẩn lượng (d) KẾT LUẬN Trong báo này, trình bày việc xây dựng đánh giá hệ phân tích đa kênh sử dụng Oscilloscope 1GSa-8bits phần mềm LabVIEWTM 2013 cho Detector NaI(Tl) Các kết thực nghiệm với máy phát xung Detector NaI(Tl) cho thấy hệ phổ kế hoạt động ổn định Hệ phổ kế sau xây dựng sử dụng cho giảng dạy nghiên cứu môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp.HCM MULTICHANNEL ANALYZER (MCA) BASED ON OSCILLOSCOPE AND LABVIEW FOR GAMMA RAY DETECTOR NAI(TL) Nguyen Quoc Hung, Nong Tien Toan and Vo Hong Hai University of Science – VNU - HCM Email: nqhung@hcmus.edu.vn ABSTRACT In this article, we develop a gamma spectroscopy with NaI(Tl) scintillation detector of 3inch x 3inch, and a multichannel analyzer (MCA) based on using of LabVIEW for GDS-1152A Oscilloscope 1GSa-8bits data acquisition This oscilloscope have functions that make waveform measurements and transfer to Computer via COM port The pulse-height spectrum is accumulated by data processing with LabVIEW A pulse generator and three standard radioisotope sources of 133Ba, 60Co and 137Cs are used for evaluating the performance of the system The development of the gamma spectroscopy NaI(Tl) will be used for gamma study in Department of Nuclear Physics, University of Science, VNUHCMC Keywords: Osciloloscope, MCA, Gamma spectroscopy, LabVIEW TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương, Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2003, trang 75-81, 147-153 ISBN: 978-604-82-1375-6 147 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM [2] [3] [4] [5] [6] Nguyễn Quốc Hùng, Luận văn thạc sĩ Xây dựng chương trình nhúng VHDL tính thông số đặc trưng cho hệ MCA (Flash-ADC/FPGA), Đại học Cần Thơ, 2011 William R Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments – Second Revised Edition, Springer – Verlag Press, 1993 Bùi Tuấn Khải, Development of MCA (FLASH-ADC/FPGA based) for gamma spectroscopy, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM, 2012 Silviu Folea, Practical Applications and Solutions Using LabVIEW™ Software, Technical University of Cluj-Napoca, Romania, 2011 Website: http://www.canberra.com, http://www.gwinstek.com, http://www.laraweb.free.fr, http://www.ni.com ISBN: 978-604-82-1375-6 148