CÁC máy PHÂN TÍCH đa KÊNH MCA Kỹ thuật hạt nhân

PHẦN IV: CÁC MÁY PHÂN TÍCH ĐA KÊNHThí nghiêm 4.1: Pulse Schetcher – Bộ giãn xung ......................................... 163Thí nghiêm 4.2: ADC Wilkinson ................................................................ 167Thí nghiệm 4.3: ADC xấp xỉ gần đúng liên tiếp ............................................ 172Thí nghiệm 4.4: Hiệu chỉnh thang đo của ADC xấp xỉ gần đúng liên tiếp .... 176Thí nghiệm 4.5: Bộ biến đổi điện áp thành tần số ..................................179

Kỹ thuật hạt nhân PHẦN IV CÁC MÁY PHÂN TÍCH ĐA KÊNH GIỚI THIỆU VỀ MCA Sự phát triển nhanh cơng nghệ máy tính bổ sung vào thiết bị đo đạc có ảnh hưởng lớn máy phân tích đa kênh Cách vài năm, biết đến máy MCA độc lập Nhưng ngày có số lựa chọn hấp dẫn: ADC riêng biệt module NIM với số nhớ trung gian kết nối với máy tính dường lựa chọn kinh tế Cũng nhiều thiết bị thêm vào, việc chuyển đổi máy tính cá nhân thành MCA tìm thấy thị trường Các biến đổi loại Willkinson chiếm ưu thị trường, biến đổi với tốc độ nhanh khoảng 450MHz Tuy nhiên, với biến đổi 16.000 kênh, thời gian biến đổi khơng thể ngắn 30s Do đó, kỹ thuật như: biến đổi xấp xỉ gần liên tiếp biến đổi flash mà trước không sử dụng MCA khảo sát kỹ Trong hai phương pháp này, biến đổi xấp xỉ gần liên tiếp chấp nhận khơng tuyến tính vi phân lớn 10 lần so với biến đổi Willkinson Khiếm khuyết bù trừ cách sử dụng mạch bù Trong tương lai công nghệ mang lại cải tiến Do dó, vài kỹ thuật biến đổi nghiên cứu phần IV Các thành dùng thiết kế biến đổi Willkinson Bộ biến đổi trao đổi với máy chủ thông qua liên kết ADC máy tính Hai vấn đề cuối trình bày phần VI biên soạn tính phức tạp 216 Kỹ thuật hạt nhân THÍ NGHIỆM 4.1 PULSE STRETCHER -BỘ GIÃN XUNG I Mục đích Để nghiên cứu tính chất pulse stretcher - thiết bị lưu trữ giá trị đỉnh xung hạt nhân ADC thực biến đổi II Tổng quan Các biến đổi tương tự - số sử dụng phổ kế hạt nhân cần khoảng thời gian định để biến đổi đo thành giá trị tương đương nhị phân Do đó, giá trị đỉnh xung từ khuếch đại phổ phải giữ việc chuyển đổi hồn tất Đây mục đích PULSE STRETCHER Hình 4.1.1 hộp đen Một số yêu cầu PULSE STRETCHER phải: - Ghi nhận giữ đỉnh xung - Báo cho ADC biết xung đến - Tự ngắt khỏi nguồn xung 217 Kỹ thuật hạt nhân - Nhận tín hiệu từ ADC biến đổi thực - Xả điện tụ giữ đỉnh - Tự nối lại với nguồn xung để lặp lại trình Hình 4.1.1: Pulse Strecher hộp đen Hình 4.11 sơ đồ khối mạch thực đầy đủ nhiệm vụ Sơ đồ rõ biểu đồ dạng sóng điểm quan tâm mạch Các biểu đồ dạng sóng khác xuất Hình 4.1.3, sơ đồ thời gian hoạt động Pulse Stretcher Hình 4.1.2: Sơ đồ khối Pulse Strecher Các hộp khác Hình 4.1.2 thảo luận chi tiết Việc thảo luận dựa vào nhiệm vụ liệt kê Nhiệm vụ thứ nhiệm vụ quan trọng thực máy ghi nhận biên độ đỉnh Tụ thiết bị tích điện mà qua điện áp đỉnh có mặt Khuếch đại thuật toán diot phân bổ sung, cho phép điện áp qua tụ theo sau điện áp xung đến suốt thời gian tăng xung 218 Kỹ thuật hạt nhân ngăn chặn điện áp tụ giảm xuống điện áp xung giảm Rõ ràng xung đến lối vào (+) khuếch đại thuật toán (S mở), mạch điện hoạt động chia cấp dòng từ điot đến tụ C để đưa điện áp tăng đến điện áp xung Tuy nhiên xung giảm, diot ngăn dòng C xả vào khuếch đại thuật toán Ở điều kiện này, lối vào (+) trở nên thấp lối vào (), khuếch đại thuật toán hoạt động so sánh điện áp lối vào giảm đến điện áp nguồn (-) Hình 4.1.3: Dạng sóng Dĩ nhiên, điot giữ cho tụ khơng xả điện, đo trì đỉnh xung Bộ chia thiết bị đặt vào mạch điện để ngăn chặn ADC máy ghi nhận đỉnh khỏi việc nạp tụ Ghi nhận đỉnh chìa khố cho hai nhiệm vụ Khi điện áp lối vào từ phân (điện áp với điện áp qua tụ - điện áp đỉnh xung) lớn lối khuếch đại thuật toán thứ (điện áp xuống thấp đỉnh xung qua) điện áp lối ghi nhận đỉnh giảm Việc giảm thông báo thời điểm đến đỉnh, báo cho ADC bắt đầu xác định đỉnh báo cho mạch lật điều khiển cơng tắc đóng S1, việc lập ADC khỏi nguồn xung cách nối đất lối vào (+) khuếch đại thuật toán thứ Các mạch flip-flop điều khiển nhận tín hiệu từ ADC ADC hồn thành cơng việc mình, thực nhiệm vụ thứ đề cập Mạch flip-flop điều khiển xả điện bật nguồn dòng khơng đổi, nguồn dòng xả tụ - hoàn thành nhiệm vụ thứ 219 Kỹ thuật hạt nhân Bây giờ, mạch lật điều khiển công tắc mở công tắc S - kết thúc nhiệm vụ thứ Pulse Stretcher sẵn sàng nhận xung Khi xung đến, phân biệt ngưỡng thấp tìm thời điểm đến thơng qua mạch flip-flop điều khiển xả điện, tụ dòng khơng đổi ngắt mạch xả tụ nguồn dòng khơng đổi Nếu hiểu biết tốt điện tử hạt nhân nhận vải khó khăn mạch điện Đó vấn đề thời gian nhỏ Ngay S mở, để xung nhận tiếp, tụ chưa xả hết Do đó, mạch chưa thực sẵn sàng để nhận thêm xung Tuy nhiên khơng có tổn hại xảy ra, xung q nhỏ, bị bỏ qua ghi nhận đỉnh đủ lớn, đo xác Hiệu ứng thực tăng khoảng thời gian chết Chúng ta không cần mạch số phức tạp để giải vấn đề Tương tự khuếch đại thuật toán lối vào bão hồ theo chiều âm Bất kì chất bán dẫn bão hồ đòi hỏi thời gian phục hồi tương đối dài Diot ghi nhận biên độ xung có dòng nghịch đảo hữu hạn, dòng có khuynh hướng xả tụ C Cơng tắc số khối khác chưa thảo luận chi tiết Thử vẽ tay mạch làm việc cho khối Một phiên làm việc Pulse Stretcher bao gồm vài cải tiến cho Hình 4.1.4 với khối có Hình 4.1.3 Dễ ràng Q1 với S1, Q3 với ghi nhận đỉnh, U4 với phân biệt ngưỡng thấp transitor BC182 với nguồn dòng khơng đổi điều kiện Bộ chia chia thành vòng phản hồi khuếch đại thuận tốn thứ diot thêm vào để bù cho phần trở nghịch hữu hạn diot Diot D1 thêm vào để ngăn U1 khỏi bão hoà theo chiều âm cách chặn lối xuống -0.7V Các điện trở R1 R2, tụ C1 thêm vào để ngăn chặn dao động Điện trỏ R điện trở tách (decoupling) III Thí nghiệm Lắp rắp mạch điện kiểm tra hoạt động Thế lưu trữ ổn định nào? Độ ổn định thời gian cải thiện cách đưa vào tụ C2 với giá trị lớn Tuy nhiên, mạch khơng thể đáp ứng xác với xung ngắn Đánh giá mối liên hệ độ rộng xung điện dung giá trị cho phép việc ghi nhận biên độ xung 220 Kỹ thuật hạt nhân 221 Kỹ thuật hạt nhân THÍ NGHIỆM 4.2 ADC WILLKINSON I Mục đích Nghiên cứu biến đổi ADC Wilkinson thiết kế phiên thực tế mô tả phần III dự án đặc biệt II Tổng quan Bộ biến đổi tương tự số (ADC) cốt lõi phân tích đa kênh Chúng ta nghiên cứu hoạt động phiên ADC Wilkinson đơn giản Công việc minh hoạ Hình 4.2.1 Điện áp chưa biết Ux nối với lối vào INP Khi thiết bị bị kích hoạt xung lối vào START, lấy tín hiệu mẫu lối vào tạo mã nhị phân tương đương lối Đường liệu lối 8-bit D0-D7 có giá trị sau có xung xuất EOC (End of Conversion) 222 Kỹ thuật hạt nhân Hình 4.2.1: Hộp đen biểu diễn biến đổi Sơ đồ khối ADC Hình 4.2.2 Để thực chuyển đổi, hoạt động (Hình 4.2.3) đưa ra; Thơng thường transitor Q1 dẫn điện cao cực collector transitor Q2 Khi có xung dương cấp cho lối vào START, tín hiệu từ lối vào INP xuất lối vào không đảo khuếch đại thuật toán U1 Thế qua tụ C 0, lối khuếch đại thuật tốn mức cao Dòng vào C điện lối vào đảo không đảo Xung START phải đủ dài để nạp đầy tụ C Xung START đảo Q2 đảo xoá liệu đếm Xung START kết thúc a Sườn giảm đạt đến ONE SHOT nhờ Q2 đảo (INVERTER) khởi phát ONE SHOT mà tạo xung ngắn b Cổng lối vào transitor Q1 trở lại dẫn lối vào không đảo khuếch đại thuật tốn nối đất Vì điện lưu trữ dương qua C; lối khuếch đại thuật tốn đạt tới trạng thái bão hồ âm Mạch bên trái điơt khơng ảnh hưởng nhiều Hình 4.2.2: Sơ đồ khối biến đổi 223 Kỹ thuật hạt nhân Hình 4.2.3: Dạng sóng Xung từ ONE SHOT kết thúc; mạch flip-flop RS đuợc thiết lập a GATED CLOCK bắt đầu cấp xung cho COUNTER b CONSTANT CURRENT SOURCE kích hoạt Vì dòng khơng đổi sinh từ tụ C, điện qua C giảm tuyến tính Thời gian phóng điện tụ tỉ lệ với điện ban đầu qua tụ ZERO – DISCRIMINATOR: thông báo điện tụ a Xung sinh lối ZERO – DISCRIMINATOR thiết lập lại mạch lật Nguồn dòng khơng đổi bị ngắt, qua tụ b GATED CLOCK bị dừng Con số cuối đếm tỉ lệ với thời gian đếm tỉ lệ với điện áp đo 6a Tại lối vào khơng đảo khuếch đại thuật tốn điện dương nhỏ từ Q1 Điện lối vào đảo (bằng điện qua tụ phóng điện) Do đó, điện lối khuếch đại thuật toán cao nạp cho tụ khác biệt lối vào đảo không đảo Điện trở R1 mắc song song với tụ C cho qua dòng nhỏ liên tục từ khuếch đại qua điot vào tụ Điện trở ngăn nhiễu từ việc điều khiển điện âm 224 Kỹ thuật hạt nhân tụ Nghĩa là, khuếch đại giữ điện C không 0; R giữ điện không 6b Lối ZERO – DISCRIMINATOR thấp, mạch flip-flop RS kích hoạt lại xung START xuất Bây định nghĩa khối hộp đen sơ đồ khối (Hình 4.2.4) Hình 4.2.4: Các khối biến đổi ZERO – DISCRIMINATOR phải có dòng lối vào nhỏ Chúng ta sử dụng vi mạch LF356, khuếch đại thuật toán với lối vào FET Một số mạch phản hồi dương cải thiện thời gian đáp ứng Thế lối khoảng cấp vào Mạch phải giới hạn theo chiều âm để phù hợp với mạch CMOS, xu hướng sử dụng mạch flip-flop RS EOC 225 Kỹ thuật hạt nhân nghịch với tốc độ nơtron Do đó, nơtron lượng thấp xác suất cao Hầu hết nơtron “sinh ra” tạo có lượng cao Năng lượng trung bình nơtron từ trình phân hạch MeV Nói cách khác, để nơtron ghi nhận hiệu quả, phải có lượng nhỏ eV Để làm chậm xuống mức lượng mà nơtron ghi nhận, đầu dò nơtron thường đặt lớp chứa H (paraffin plastic - nước) Nơtron va chạm với proton (hạt nhân H) truyền phần động Sau va chạm lặp lại với H (khoảng 10 đến 14 lần) lượng nơtron nhỏ 1eV nơtron bị bắt Chú ý chế độ làm việc này, đầu dò đếm số nơtron mà khơng cho thơng tin lượng nơtron Hầu hết đầu dò nơtron đầu dò gamma tương đối hiệu tia gamma ln ln có mặt với nơtron Do đó, điều mong muốn phân biệt hai kiện đầu dò May mắn thay, đầu dò chứa khí, q trình ghi nhận gamma thường cho phép phần nhỏ lượng gamma giải phóng đầu dò máy phân tích biên độ xung đơn giản (biên độ xung tỉ lệ với lượng giải phóng đầu dò) sử dụng để tách kiện notron khỏi tia gamma Trong số trường hợp, kĩ thuật phức tạp hơn, chẳng hạn như: phân tích thời gian tăng xung ghi nhận để phân biệt hai kiện nơtron gamma III Thí nghiệm Lặp đặt thí nghiệm Trong thí nghiệm này, đầu dò BF3 nhỏ sử dụng Đầu dò hoạt động ống đếm tỉ lệ với BF3 khí đếm Cho Bo vào chất khí cải tiến Li-7 hạt alpha (cả hai vừa hạt ion hoá vừa phân chia lượng phản ứng) chất khí tạo ion hố Nếu Bo thành đầu dò, hai hạt đó: Li-7 alpha vào chất khí gây ion hố Trong trường hợp này, lượng lớn giải phóng đầu dò 1.47 MeV thay 2.13 MeV làm cho việc phân biệt kiện nơtron gamma khó khăn Hầu hết hệ đầu dò sử dụng BF3 sử dụng máy phân tích đơn kênh đơn giản (SCA) sau khuếch đại Lối SCA dùng để điều khiển chia thời gian Việc xếp cho phép tách tia gamma 277 Kỹ thuật hạt nhân Trong thí nghiệm này, sử dụng máy phân tích đa kênh để xem dạng phổ xung từ đầu dò, sau sử dụng ROI để biểu diễn phân biệt tích phân máy chia thời gian Cảnh báo Nguồn nơtron phải sử dụng cẩn thận, nơtron có lẽ loại xạ hạt nhân nguy hiểm lượng chúng hiệu sinh học liên quan Hơn nữa, nguồn nơtron nguồn gamma Sau sinh ra, nơtron bị hấp thụ hạt nhân (vài ms sau sinh ra), có khoảng 1-10 gamma phát với lượng trung bình 1MeV Do đó, khơng đứng gần nguồn chiếu xạ cần sử dụng cáp dài (1-4m) đầu dò, tiền khuếch đại thiết bị điện tử Sơ đồ hệ điện tử thí nghiệm Hình 5.5.1 Thí nghiệm Nối hệ Hình 5.5.1 Hình 5.5.1: Hệ thống đếm nơtron i Đặt đầu dò nơtron buồng che chắn nơtron Tốc độ xung cao, đầu dò rút để điều chỉnh tốc độ đếm đến khoảng 2000 số đếm/phút Đặt bias theo giá trị khuyến cáo, điều chỉnh hệ số khuếch đại khuếch đại cho phổ xung từ đầu dò chiếm khoảng 60% dải MCA Sử dụng hệ số chuyển đổi MCA 1024 Ghi lưu phổ nửa nửa thứ nhớ MCA Các kiện bên trái phổ (vùng lượng thấp) gamma tương tác với đầu dò kiện bên phải phổ gây kiện giải phóng lượng nhiều đầu dò (chủ yếu kiện nơtron) 278 Kỹ thuật hạt nhân ii Lấy đầu dò khỏi nguồn nơtron chuyển nguồn cách đầu dò 10 feet (1feet=30.8cm) Đặt nguồn gamma cường độ cao gần đầu dò ghi lại phổ đầu dò, sử dụng nửa thứ nhớ MCA Đặt thời gian sống giống như phần (i) So sánh hai phổ (áp dụng tính chất chồng chập MCA) iii Xác định kênh cho bên kênh hầu hết kiện gamma ghi nhận, bên kênh hầu hết kiên notron ghi nhận Dùng kênh phần ROI Đặt giới hạn ROI kênh 1000 MCA ROI tượng trưng SCA đắt tiền chia thời gian hoạt động chế độ phân biệt tích phân với phía thấp ROI đại diện cho mức phân biệt Trong hệ đếm điện tử đơn giản thường có biến điều khiển phải tối ưu cho hoạt động tốt hệ: bias (có thể ảnh hưởng đến việc khuếch đại tín hiệu ghi nhận đầu dò), hệ số khuếch đại, mức phân biệt Hầu hết trình cần biến điều chỉnh, thường hệ số khuếch đại khuếch đại mức phân biệt, biến thứ 3thế bias điều chỉnh để nhận hoạt động tối ưu Phần thí nghịêm này, khám phá phương pháp phương pháp mà điện hệ số khuếch đại xác định trước mức phân biệt điều chỉnh iv Sử dụng hệ số khuếch đại xác định phần (i) ROI xác định phần (iii) Đặt đầu dò vào buồng che chắn nơtron điều chỉnh tốc độ đếm khoảng 2000 số đếm/phút Giảm bias khoảng 150V, ghi phổ xác định số đếm ROI Ghi số đếm ROI v Tăng điện lên 25V tiếp tục tích luỹ phổ, xác định số đếm ROI Chú ý MCA, phân bố xung thay đổi theo giới hạn ROI (mức phân biệt) Lặp lại phương pháp đo điện cao khuyến cáo 100V Vẽ số đếm ROI hàm bias Điều biểu diễn đường cong plateau gắn với nhiều loại đầu dò chứa khí trí với số đầu dò nhấp nháy Trên đường cong bạn, ý điểm ứng với khuyến cáo Số đếm ROI giảm cao Giải thích điều xảy Chú ý đồ thị tương tự thu giữ không đổi hệ số khuếch đại thay đổi 279 Kỹ thuật hạt nhân vi Đưa bias trở lại giá trị khuyến cáo ghi phổ Thay đổi giới hạn ROI đến 10 kênh ghi số đếm ROI phổ, tăng giới hạn đến 20 ghi lại giới hạn ROI theo bước 10 kênh vẽ số đếm ROI theo giới hạn Điều biểu diễn cho đường cong phân biệt tích phân Chú ý vị trí điểm tối ưu xác định trước đường cong Thí nghiệm Ghi nhận nơtron i Dùng bias khuyến cáo với giá trị hệ số khuếch đại, ROI xác định phần (i) (iii) thí nghiệm trước, đặt đầu dò vào ống chứa rỗng bọc ống bọc đầu dò khác Đặt nguồn nơtron ống khác Đặc biệt ý không chạm vào nguồn, khơng đứng gần nguồn lâu cần thiết Tích luỹ phổ, ghi phổ số đếm ROI ii Đổ đầy nước vào ống chứa đầu dò, cẩn thận để khơng cho nước tiếp xúc với đầu dò nguồn Tích luỹ phổ khoảng thời gian sống giống phần (i) so sánh phổ, so sánh số đếm ROI Giải thích kết iii Rút đầu dò ra, bao quanh cadmi đặt vào ống Tích luỹ phổ, xác định số đếm ROI so sánh với kết phần (i) (ii) Giải thích kết iv Bỏ Cd khỏi đầu dò bao nguồn lớp Cd mỏng, lặp lại phép đo giải thích 280 Kỹ thuật hạt nhân THÍ NGHIỆM 5.6 THÍ NGHIỆM TRÙNG PHÙNG I Mục đích Mục đích thí nghiệm để khảo sát thời gian tín hiệu hạt nhân Một số vấn đề tín hiệu thời gian sinh giải thích đặc trưng mạch trùng phùng chậm II Tổng quan Trong nhiều ứng dụng hạt nhân, thông tin thời gian kiện thời gian ghi nhận kiện xạ có giá trị quan trọng việc biết lượng xạ Tất thí nghiệm trước tập trung phân tích đặc trưng đầu dò hạt nhân khác phổ lượng Tuy nhiên, nhiều ứng dụng đòi hỏi hai kiện ghi nhận đồng thời hai nhiều đầu dò Một số kỹ thuật chuẩn đốn y học đòi hỏi hai photon 511 keV từ hủy cặp positon ghi nhận đồng thời Nếu hai photon ghi nhận hai đầu dò thời gian, điều chắn hai phôtôn đến vị trí từ 281 Kỹ thuật hạt nhân hai kiện riêng rẽ xảy lúc Với thí nghiệm loại này, hai photon hủy xem tìm thấy thời điểm khác biệt thời gian chúng không 10 ns Một ứng dụng phổ biến khác việc đếm trùng phùng tìm thấy nhiều đầu dò nhấp nháy lỏng Trong hầu hết đầu dò này, chất nhấp nháy lỏng quan sát thấy nhờ hai ống nhân quang điện Tín hiệu ống nhân quang thêm vào cộng chung lại với cho xung tổng Tuy nhiên, tính đến lượng thấp thường hiệu suất thấp việc thu nhận ánh sáng, ống nhân quang điện phải hoạt động vùng nhiễu mà dòng tối từ photocathode đóng góp đáng kể vào số lượng xung Để giảm kiện sai, kiện mà ghi nhận đồng thời hai ống nhân quang xem kiện bắt nguồn chất nhấp nháy lỏng Do đó, lối ống nhân quang trước tiên đưa đến mạch trùng phùng kiện tín hiệu mạch tổng đưa đến máy phân tích biên độ xung Hình 5.6.1 Hình 5.6.1: Hệ trùng phùng với đầu dò nhấp nháy lỏng Thời gian xung tăng Một phương pháp trực tiếp đơn giản việc tạo tín hiệu thời gian đưa xung từ tiền khuếch đại khuếch đại đến mức phân biệt đơn giản: chẳng hạn khởi phát Schmitt Lối khởi phát sườn tăng tín hiệu lối vào qua mức phân biệt Phương pháp làm việc tốt biên độ xung lối vào đồng tất xung lối vào có thời gian tăng Thật khơng may, tín hiệu đầu dò hạt nhân thường ngẫu 282 Kỹ thuật hạt nhân nhiên biên độ phụ thuộc vào loại đầu dò, thời gian tăng thay đổi hệ số 10 Một ví dụ vấn đề gặp phải hình 5.6.2, 5.6.3 biên độ biến đổi thời gian tăng Hình 5.6.2:Thời gian sườn tăng với biên độ xung khác Hình 5.6.3: Giản đồ tăng thời gian sườn lên với khoảng thời gian tăng khác Crossover timing Một số vấn đề gặp với thời gian tăng giảm thiểu với Crossover timing (thời điểm giao nhau) Điểm mà xung lưỡng 283 Kỹ thuật hạt nhân cực từ khuếch đại từ cực dương tới cực âm trì liên quan với số thời gian Điều với xung có biên độ thay đổi Do đó, phân biệt thời gian nhạy với giao điểm tạo xung, xung độc lập với lượng kiện (Hình 5.6.4) Hình 5.6.4: Thời điểm giao Phương pháp phù hợp với đầu dò như: đầu dò nhấp nháy NaI(Li) cho phép thời gian đặc trưng giảm xuống đến ±10ns Không may thay, điểm giao hàm thay đổi theo thời gian tăng xung ghi nhận, kĩ thuật không phù hợp với máy ghi nhận chẳng hạn đầu dò Ge lớn Các thay đổi điểm giao thường sử dụng sở đo thời gian tăng dạng tín hiệu ghi nhận hệ thống Đặt số thời gian (constant fraction timing) Một kĩ thuật cải tiến thời gian gọi đặt số thời gian (CFT) Hình 5.6.5 Trong kĩ thuật này, tín hiệu vào chia ra, phần tín hiệu bị nghịch đảo bị suy giảm biên độ, sau cộng với tín hiệu trễ (tín hiệu trễ khơng đảo khơng giảm) Điều sinh tín hiệu với giao điểm O Hình 5.6.5 Phương pháp làm việc tốt với hai xung lưỡng cực không phân cực với biên độ thay đổi, không bù cho thay đổi thời gian tăng đầu dò Xem hình 5.6.6 Tuy nhiên, việc sử dụng thời gian trễ ngắn phần khơng suy giảm tín hiệu (thời gian trễ ngắn thời gian tăng mong đợi từ đầu dò), độ phân giải thời gian ngắn khoảng 10ns thu với đầu dò Ge lớn khoảng lượng phù hợp 284 Kỹ thuật hạt nhân Hình 5.6.5: Đặt số thời gian Thí nghiệm làm hai phần Phần đầu minh hoạ số vấn đề gặp phải với thời gian xung tăng ổn định số thời gian theo thay đổi biên độ Phần thứ hai sử dụng hai đầu dò nhấp nháy để nghiên cứu số đặc trưng xạ huỷ việc đếm trùng phùng Hình 5.6.6: Đặt số thời gian với thời gian tăng khác (Constant fraction timing with different risetimes) Thí nghiệm 1: Nối thiết bị Hình 5.6.7 Nối lối suy giảm từ máy phát xung với lối vào khuếch đại Với tất lối suy giảm ngắt, điều chỉnh hệ số khuếch đại khuếch đại biên độ xung từ máy phát xung để thu xung khuếch đại có biên độ khoảng 8V Nối trực tiếp tín hiệu từ máy phát xung với khởi phát tín 285 Kỹ thuật hạt nhân hiệu trễ bên ngồi dao động ký Đặt mức thấp (LLD) phân biệt SCA 0.5V (Khoảng lối vào SCA từ – 10V LLD núm điều khiển 10 vòng với 100 khoảng chia/vòng Do đó, LLD điều khiển tới 1/1000) Hình 5.6.7: Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm i Dùng dao động kí để đo thời gian tăng xung từ khuếch đại ii Dùng khởi phát tín hiệu trễ bên ngồi dao động kí, khởi phát dao động kí với lối trực tiếp từ máy phát xung Nối lối LLD SCA với lối vào thẳng đứng dao động kí, đo ghi biên độ xung, độ rộng xung thời gian trễ từ lúc bắt đầu tín hiệu khởi phát dao động kí Tín hiệu LLD từ SCA khởi phát xung lối vào qua mức phân biệt ví dụ thời gian tăng đơn giản iii Sử dụng công tắc suy giảm máy phát xung để làm giảm biên độ lối theo hệ số (4V) Bạn khơng phải thực điều chỉnh tới khởi phát dao động kí, dao động kí khởi phát tín hiệu không suy giảm trực tiếp từ máy phát xung Lặp lại phép đo ghi thời gian trễ hai tín hiệu khởi phát dao động kí lối LLD Lặp lại hệ số suy giảm (1.6V) 10 (0.8V lối ra) Xác định thay đổi thời gian tín hiệu LLD tín hiệu khơng suy giảm tín hiệu suy giảm 10 lần, so sánh thời gian tăng khuếch đại Vẽ thay đổi thời gian trễ theo biên độ xung khuếch đại iv Lặp lại thí nghiệm thực phần (ii) (iii) sử dụng lối SCA Điều chỉnh núm trễ SCA tới giá trị nhỏ Lối SCA sử dụng biến đổi phân số thời gian không đổi mà ứng với việc khởi phát lối SCA phần đuôi xung khuếch đại giảm đến 50% 286 Kỹ thuật hạt nhân biên độ đỉnh Kiểm tra điều cách quan sát tín hiệu khuếch đại lối vào dao động kí lối SCA lối vào thứ (Có thể bạn phải sử dụng chế độ quét xen kẽ chế độ quét tín hiệu dao động kí) Để thực xác phép đo thời gian, bạn đánh trễ tín hiệu khởi phát dao động kí mở rộng thời gian quét dao động kí đến 0.1 microgiay/cm Vẽ lại thay đổi thời gian trễ theo biên độ xung máy khuếch đại So sánh kết bạn với kết phần (iii) v Việc khởi phát trễ dao động kí với tín hiệu trực tiếp từ máy phát xung, quan sát tín hiệu 2SCA (SCA1 SCA2) Đặt độ trễ SCA1 đến giá trị nhỏ SCA2 microgiây Đặt tốc độ quét dao động kí 0.5 microgiây Điều chỉnh tín hiệu khởi phát trễ dao động kí cho tín hiệu từ SCA1 nằm phía bên trái dao động kí Quan sát khác biệt thời gian hai xung SCA Nối tín hiệu 2SCA với lối vào B C chế độ trùng phùng Đặt yêu cầu trùng phùng nối đếm với lối chế độ trùng phùng Bật ống đếm, lập bảng logic kiểm tra xem ống đếm có đếm điều kiện hay không: a Cả lối vào B C chế độ trùng phùng b Lối vào B phản trùng phùng lối vào C trùng phùng c B: trùng phùng; C: phản trùng phùng vi Đặt lối vào B C chế độ trùng phùng tăng thời gian trễ SCA1 lên 1µs Quan sát thời gian liên quan dao động kí ghi tốc độ đếm ống đếm Lặp lại, tăng thời gian trễ SCA1 bước 0.1µs thời gian trễ tổng 6µs Vẽ tốc độ đếm theo thời gian trễ Độ rộng đồ thị độ phân giải thời gian mạch trùng phùng phải tổng t1 t2, t1 t2 độ rộng lối SCA1 SCA2 Điều kiện hoạt động thông thường thời gian trễ SCA1 đặt đỉnh vii Lối vào A chế độ trùng phùng có khởi phát trong, khởi phát tạo xung biến đổi từ 0.1µs - 2µs, khơng phụ thuộc vào độ rộng xung lối vào Đưa tín hiệu từ SCA1 vào lối vào A trùng phùng điều chỉnh độ rộng xung đến 15µs (Một điểm kiểm tra cho việc kiểm tra xung đặt mặt trước điểm trùng phùng) Lặp lại thí nghiệm (v) Độ phân giải cửa sổ trùng phùng cá điều kiện gì? 287 Kỹ thuật hạt nhân Thí nghiệm Lắp thiết bị Hình 5.6.8 Hình 5.6.8: Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm Máy khởi phát đo thời gian nên liên kết để điều khiển thời gian tất đếm thời điểm MCA máy phát xung sử dụng để thiết lập nhanh việc phân biệt mức mức (ULD LLD) SCA với lượng mong muốn Nguồn cấp cao áp có hai lối giống cấp cho hai đầu dò nhấp nháy, hệ số khuếch đại khuếch đại quy định hệ số khuếch đại hệ thống Các phân rã Na-22 phát positron (điện tử dương) kèm theo gần tức thời gamma 1.275 MeV Các positon tương tác với nguồn vài ns huỷ với electron tạo hai photon huỷ 0.511 MeV Tia gamma 1.275 MeV xuất sau vài ns so với thời điểm hạt nhân Na-22 phân rã, hai xạ huỷ gamma 1.275MeV xem trùng phùng hệ Một phổ biên độ xung điển hình đầu dò NaI(Tl) Hình 5.6.8 288 Kỹ thuật hạt nhân Hình 5.6.9:Phổ Na-22 Đặt bias khoảng 950V sử dụng kết nối chữ T, nối lối khuếch đại với SCA MCA Sử dụng nguồn Na-22 thu phổ MCA, việc điều chỉnh hệ số khuếch đại khuếch đại cho đỉnh 1.275 MeV rơi vào vùng xung quanh kênh 800 MCA (Sử dụng hệ số chuyển đổi 1024 MCA) Xác định ROI bao gồm đỉnh 0.511 MeV nối máy phát xung với lối vào kiểm tra tiền khuếch đại, điều chỉnh máy phát xung đỉnh giới hạn (LL) ROI Bây giờ, với SCA đặt chế độ thông thường (các núm điều khiển LLD ULD hoạt động độc lập cho phép đặt độ rộng cửa sổ cho lối SCA bắt đầu với LLD=0, ULD =1000, bật đếm, điều chỉnh LLD đến đếm ngừng đếm Bây đặt LLD trùng với LL ROI Điều chỉnh máy phát xung để đỉnh giới hạn UL ROI điều chỉnh ULD SCA cho đếm đếm ngừng đếm Cửa sổ SCA điều chỉnh để đếm kiện rơi vào đỉnh 0.511 phổ Kiểm tra cách điều khiển máy phát xung đến tâm đỉnh kiểm tra xem đếm có đếm không Lặp lại bước đầu dò nhấp nháy thứ hệ thống Điều chỉnh độ trễ SCA để cấp xung trùng phùng xác định phần (v) thí nghiệm Phải hoàn thành việc chuẩn lắp đặt thiết bị Cả hai đầu dò đếm photon 0.511 MeV từ q trình huỷ Giải thích điều khơng đúng? Đặt đầu dò cách điểm đo 15cm i Sử dụng nguồn Na-22 kín, đặt hai đầu dò đường thẳng, nguồn cách đầu dò 16cm Khởi phát thời gian để điều khiển đếm Đo 289 Kỹ thuật hạt nhân tốc độ đếm hệ (N1), hệ (N2) mạch trùng phùng (kí hiệu Ncc), thời gian đếm dài để có số đếm có ý nghĩa mạch trùng phùng ii Di chuyển đầu dò để chúng tạo với góc 90o giữ khoảng cách 16cm từ nguồn Sử dụng thời gian giống phần (i), lặp lại việc đếm so sánh đếm N1 N2 trường hợp phải giống khoảng cách từ nguồn tới đầu dò khơng đổi Giải thích khác biệt hai giá trị Ncc iii Chuẩn lại hai đầu dò cho cửa sổ SCA bao phủ đỉnh 1.275 MeV lặp lại thí nghiệm (i) (ii) Giải thích khác kết iv Thay đổi thời gian trễ SCA đến 3µs tiến hành đo Trong trường hợp khơng có trùng phùng số đếm N CC biểu thị trùng phùng xảy Số trùng phùng xảy tất nhiên phụ thuộc vào tốc độ đếm Tốc độ đếm cao xác suất mà hai kiện riêng biệt tương tác hai đầu dò thời điểm cao Số trùng phùng xảy thay đổi tỉ lệ nghịch với thời gian phân giải trùng phùng Thời gian phân giải ngắn, xác suất mà hai kiện xảy đếm kiện nhỏ Số trùng phùng phải luôn hiệu chỉnh với số kiện xảy Cũng có kiện phông phải đo phải hiệu chỉnh Kết luận Trong thí nghiệm 2, phần (i), hai photon 0.511 MeV từ huỷ cặp ghi nhận kiện trùng phùng Chúng ta biết kiện xảy số nơi đường thẳng hai đầu dò hai photon xuất từ huỷ góc 1800 Với hệ thống này, khơng thể xác định khoảng cách từ nguồn đến đầu dò Nếu hệ thống thời gian nhanh có sẵn, khác biệt thời gian hai hệ thống sử dụng để xác định vị trí tương đối nguồn điểm hai đầu dò, photon di chuyển với tốc độ 30cm/ns Hệ thời gian tốt đo khác biệt thời gian nhỏ cỡ 1ps Sử dụng hệ trùng phùng chậm chẳng hạn hệ trùng phùng sử dụng thí nghiệm này, vị trí phân bố nguồn kiểm tra việc bố trí hệ đếm quanh nguồn 290 Kỹ thuật hạt nhân 291 ... hiệu việc phân tích phổ thực chương trình tính tốn phân tích B ĐỘ PHÂN GIẢI Một thơng số quan trọng thường sử dụng để đánh giá chất lượng đầu dò độ phân giải Các hạt anpha hầu hết photon (các tia... đổi điện áp thành tần số thảo luận việc thiết kế tích phân dòng điện áp lắp đặt xung quanh biến đổi II Tổng quan Các biến đổi A/D sử dụng máy phân tích xung theo biên độ thuộc loại Wilkinson loại... chuuyển đổi Thủ tục nếu phân tích xung từ máy ghi nhận Như thảo luận TECDOC 363, khơng phù hợp với ramp - máy phát thiết bị khác mà xung lối thiết bị cho phép mơ hình xác định (một máy phát xung chuẩn