Đang tải... (xem toàn văn)
Trong nghiên cứu tán xạ proton năng lượng thấp, bố trí thiết bị đo dựa vào quá trình diễn ra phản ứng như sau: Chùm proton phát ra từ máy gia tốc hạt đến đập vào bia hạt nhân A gây nên tán xạ, sau tán xạ, proton bay ra theo hướng lệch với phương tới, còn hạt nhân bia cũng bị giật lùi trên một phương khác như hình vẽ 1. Mời các bạn cùng tham khảo.
TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 17, 2003 Ta biết rằng, trong tán xạ khơng đàn hồi ln kèm theo phát gamma tức thời, ngược lại là tán xạ đàn hồi. Hệ thống đo được bố trí hai detector phân bố trục lượng tử Z loại NaI(Tl) có cấu hình khác nhau đ ể thu nhận thơng BỘ KHỞI PHÁT TH ỜI GIAN SUY BI ẾN tin tương ứng các tr ng thái t con m= 1; 2 DÙNG CHO HỆ ĐO NGHIÊN CỨU TÁN XẠ PROTON detector bán dẫn loại Si để thu nhận Nguyễn Đức Hòa thơng tin của kênh proton tán xạ. Để xác định Trường Đại học Đà Lạt được tán xạ khơng đàn hồi, chúng ta tiến hành đo trùng phùng giữa hai sự kiện: proton bay ra bởi tán xạ khơng đàn hồi và gamma t1. Đ ức th i (G trên ẶờT V ẤN Đ Ề hình vẽ 1), tín hiệu lấy ra sau bộ trùng sẽ là tín Trong nghiên cốứ đu tán x ạ proton năng l ượng th hiệu cho phép đo, s ếm có đ ược chính là là s ố ấp, bố trí thiết bị đo dựa vào q trình di ảạ n khơng đàn h ứng như sau: Chùm proton phát ra t ừ máy gia tốc hạt đến đập vào đếm cễủn ra ph a tán x ồi. Còn lại khơng bia h ạt nhân A gây nên tán x bay ra theo hướng lệch với cùng v ới sự phát gamma là sạ ố [1], sau tán x đếm proton cạủ, proton a ph ươ ng t i, còn h t nhân bia cũng b ị gi ậ t lùi trên m ộ t ph ương khác như hình vẽ 1 tán xạï đàn hồi [2]. Phản ứng hạt nhân trên sẽ diễn ra theo hai q trình: tán xạ đàn hồi và khơng đàn hồi. Các đặc trưng lượng tử của phản ứng được rút ra dựa trên những thơng tin này. Vì vậy đòi hỏi phải có một hệ đo có khả năng phân biệt được hai q trình nêu trên. Z G p p A X Y Hình 1: Hệ thống tán xạ proton Để hệ thống đo có khả năng nêu trên, trong thiết đo cần phải có một bộ tạo xung điều khiển đo, mà xung này chỉ xuất hiện khi có tín hiệu từ kênh đo gamma Tức là, hệ thống đo trùng phùng chỉ bắt đầu hoạt động khi có tín hiệu từ kênh đo 19 gamma. Vì thế bộ tạo xung này được gọi là bộ khởi phát thời gian đo, hay bộ khởi phát thời gian (KPTG) Trong các hệ thống điện tử hạt nhân các mạch KPTG được đưa vào nhằm giải quyết một số thuật tốn đo, chẳng hạn để giảm phơng compton của phổ bức xạ thu được trong phổ kế gamma, cũng như thế bộ KPTG được đưa vào hệ đo nghiên cứu tán xạ proton năng lượng thấp với mục đích tạo xung khởi phát và điều khiển đo cho hệ thống đo trùng phùng, nhằm đưa ra số đếm phân biệt được tán xạ đàn hồi và tán xạ khơng đàn hồi và trên cơ sở đó rút ra các giá trị xác suất định xứ trạng thái từ con. Bộ KPTG có thể được chế tạo theo phương pháp kinh điển phương pháp cắt khơng. Với phương pháp này các xung điều khiển đo có độ trơi thời gian cỡ 2ns Trong mạch phải sử dụng mạch trễ, đó là lý do làm tăng thể tích của modul đo trong tồn thể hệ thống, cũng như làm giảm độ chính xác trong phép định vị xung điều khiển. Một phương pháp mới cho khả năng ổn định vị trí xung điều khiển – đó là phương pháp suy biến. Trong thực tế, độ ổn định xung điều khiển có thể nằm trong giới hạn 12ns, độ ổn định này lệ thuộc vào linh kiện sử dụng trong mạch. Bộ KPTG bằng phương pháp suy biến được thiết kế chế tạo cho hệ đo tán xạ cộng hưởng proton năng lượng thấp sử dụng cho đề tài nghiên cứu khoa học của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Bang Nga, mã số 960217031. 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP i ra của hai b ộ ngu ồn dòng tạo nên các ơVin đồ khối được chỉ ra trên hình 2 BLộố KPTG b ằng ph ương pháp suy bi ến có s điện áp tuyến tính có đ dốc tỷ lCOMP.1, COMP.2 v ệ với I 01và I02 Trong đó bao g ồm hai bộộ so sánh ới mức điện áp chuẩn bảo đảm V, và th = 2V l ố i vào. Hai b ộ hình thành xung (Shaping pulse1 và 2), t ạo xung đi ều i đi ể m xu ấ t hi ệ n t ươ ng ứ ng th i gian ref1 ref2 ển cho hai ngu i giá tr 02 v ớ 02 = 2I01. vượ t ngưỡng cồ ủn dòng I a xung l01ốvà I i vào Sau đóị : I hai điện áp tuyến tính này được đưa vào mạch Vref2 cộng xung (SUM of PULSE) để tạo nên xung I01 có độ dốc Sau so sánh thứ 3 Vref1 Shaping (COMP.3) m ạch cho ra m ột xung điều khiển, SUM COMP.1 of t1 t2 COMP.3 PULSE1 PULSE mà xung này được coi là mốc thời gian ghi. in Giản đồ xung thời gian được chỉ ra trên hình Shaping CONV UNIT 3. Khi xung vào V t ngưỡng Vref1 và Vref2 , CONTR in vượ COMP.2 PULSE2 PULSE mạch cho phép khởi phát xung tuyến tính tại I02 các thời điểm t1, t2 bởi nguồn dòng Io1, Io2 . Hai xung này được cộng lại với nhau cho dạng Vref3 xung 3 như hình vẽ 3õ. Khi vượt ngưỡng Vref3 Hình 2: S ơ đồể kh ối b khởi phát thờ0i gian suy biến cho ra một xung đi ều khi n V outộ , qua bộ biến đổi mức điện áp (CONV. PULSE) cho Vout các xung chuẩn TTL và NIM. Xung này sẽõ điều khiển khởi phát đo cho tồn bộ hệ thống. Trong trường hợp xung vào Vin vượt một ngưỡng điều khiển (U.CONTR.) sẽ loại bỏû xung hình thành sau bộ COMP.3 và Hình 3: Giản đồ xung 20 khơng cho phép đưa xung Vout ở lối ra của bộ KPTG VCC Vre f1 S1 t C1 Vre f3 C2 Vre f2 S2 Out-NIM Out-T TL VCC t t Với phương pháp tạo xung nêu trên cho thấy, với bất kỳø xung vào có cùng thời gian tăng, nhưng biên độ xung khác nhau, thì xung được hình thành trên lối ra Vout sẽ khơng thay đổi vị trí. Nghĩa là đường 3 của xung tổng là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ khi kéo dài, và đường này có độ dốc khơng thay đổi. Ta có thể chứng minh điều trên. Gọi hệ số góc của xung phát bởi nguồn dòng I01 là 1 và 1 = I01/C1 Gọi hệ số góc của xung phát bởi nguồn dòng I02 là 2 và 2 = I02/C2 Gọi k là hệ tỷ lệ giữa hai ngưỡng: Vref1 = k.Vref2 Gọi k là hệ tỷ lệ giữa hai nguốn dòng: I02 = k I01 Thì 2 = k 1 và t2 = k.t1, vì t1 = Vref1/a ; t2 = Vref2/a = k.Vref1/a, từ đây suy ra phương trình của điện áp được tạo bởi nguồn dòng ở các thời t1 và t2 là: u1 = 1.t 2.t2 và u2 = 2.t2 + uo+4 21 -24V -5V P2 DZ 01 +5V T6 KT363 R28 2K7 C22 0.0 + C13 10K R1 2K7 + -5V DZ K5 - C13 01 R29 KY10 R23 3K9 R1 0 59 7CA1 R + R2 1K +5V C7 470 C8 470 -V +24 V C1 T1 KT363 5K6 CLK U3B D R32 70 C23 70 C24 0 + R26 8K1 10K +5V R33 1k DZ R18 R1 10 R9 70 0.0 5K6 R10 1K C2 470 T2 KT363 -5V 13 Q 12 Q R34 470 R35 70 K50 0TM1 31 C1 C1 470 R1 10 K 597CA1 R6 1K R GND 11 + R4 50 11 U2 DZ 10 597CA1 11 -5V -V + U6 -5V - C3 0.1 0 C9 R5 1K P4 R15 K50 0TM1 31 + P1 10K R25 10 R24 3K9 70 Q 10 K R27 10K 2K7 Q U3A CLK 16 C6 11 U1 R1 50 GND IN + D R31 R30 620 T5 363 + 00 k T3 R8 1K + R7 70 KT363 U5 2 470 C21 470 T8 R24 10 K T7 + C5 R1 6K3 0.1 70 R1 C1 + C4 70 - C1 +5V C1 R1 U7A 470 U7C 10 R4 1k OUT-NIM 2K7 + T9 + +24 V 0.0 -5V C1 -5V 470 +5V R20 1K5 C1 70 C1 70 C20 0 R36 + - U4 70 R37 KT363 k7 KY10 R38 10 k R22 3K DZ U7A K50 LM1 R39 220 OUT-TTL Hình 4: Sơ đồ chi bộ khởi phát thời gian đo P3 10K -24 V Ta có thể tính được uo = 1.t2 1.t1 2.t2 khi thay các giá trị 2 , t2 theo 1,t1 ta có: uo = 1.k.t1 1.t1 kk 1.t1 uo = 1.t1 (k – 1 kk ) = 1.t1 [k (k – 1)/k] Nếu chọn k = (k – 1)/k thì uo = 0 và đường thứ 3 sẽ ln đi qua gốc tọa độ với hệ số góc khơng đổi là Trong thiết kế chọn k = 2, nên ta có k = ½, tức là Vref1 = 2Vref2 và I02 = 2I01 Trên cở sở sơ đồ khối, sơ đồ chi tiết được thiết kế lắp ráp như hình 4. Bộ so sánh lối vào được lắp ráp trên vi mạch 597CA1, lối ra có mức điện áp – 5V được đưa vào bộ kéo dài xung trên hai vi mạch K500TM131, các lối ra khơng đảo Q1,Q2 nối với tranzistor T1, T2 đóng vai trò khóa cho các nguồn dòng I o1, Io2. Nguồn dòng được xây dựng trên các thuật tốn U5, U6 ghép nối với các tranzistor T5, T6. Giá trị nguồn dòng phụ thuộc vào nguồn áp chuẩn VZ1, VZ2 trên DZ2, DZ3 và tải của tầng ra R5, R6 theo công thức: V V Z1 I ; I Z2 01 02 R5 R6 Khi tín hiệu V in vượt hai ngưỡng, trên lối ra Q của hai trigger D sẽ cho ra một xung dương làm cấm T1, T2 , hai tụ C1, C2 sẽ được nạp điện bởi các dòng khơng đổi Io1và Io2, tạo nên điện áp tuyến tính trên hai ngõ vào của bộ cộng xung. Bộ cộng xung là bộ khuếch đại vi sai xây dựng trên tranzistor T7, T8 với nguồn dòng của bộ vi sai là T5 nhằm nâng cao hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại. Xung tổng hai tín 22 D2 D R40 1k -6V + R21 2K7 D1 D T4 C1 T1 hiệu được đưa vao bộ so sánh thứ ba U6 được xây dựng trên vi mạch 597CA1 với điện áp ngưỡng Vref3 = 6V, lối ra COMP.3 xuất hiện một xung vng – đó là xung điều khiển khởi phát đo cho tồn bộ hệ thống. Trong trường hợp xung vào vượt một ngưỡng thì mạch lựa chọn xung trên U7A, U7B , U7C sử dụng loại K500LM105, sẽ tạo nên xung xóa đối với hai trigger D (U3, U4), đồng thời tạo xung cấm, khơng cho phép lấy xung điều khiển ở mạch ra. Như vậy với mạch thiết kế sẽ hoạt động đảm bảo các chế độ sau: Nếu xung vào Vin = o , điện áp ra bằng khơng: Vout = 0 Nếu xung vào Vin Vref1 , điện áp ra bằng khơng: Vout = 0 Nếu xung vào vượt hai ngưỡng Vin Vref1, Vref2 thì Vout 0 Lối ra được đưa vào bộ biến đổi xung tương tự sang các xung chuẩn NIM và xung điều khiển logic chuẩn TTL được xây dựng trên trên tranzistor T9, T10 3. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Với mạch được chế tạo, đã được kiểm tra trên máy phát xung có mặt tăng thay đổi từ 20 –40 s. Kết quả đo được thể hiện trên bảng 1. Bảng 1: Kết quả đo độ dịch chuyển xung ra ts 20 s Vin 1V 3V 4V 5V t = t to 1.0ns 1.2ns 1.4ns 1.5ns ts 30 s Vin 1V 3V 4V 5V t = t to 1.0ns 1.0ns 1.2ns 1.3ns ts 40 s Vin 1V 3V 4V 5V t = t to 1.0ns 1.2ns 1.2ns 1.2ns Trong bảng sử dụng t o ứng với xung ra ở vị trí có biện độ xung vào Vin =0,5V. Với điện áp ngưỡng Vref1 = 0.2V, giá trị nguồn dòng là 1 A. Qua kết quả trên cho thấy rằng, khi thời gian tăng càng nhỏ và điện thế vào Vin càng cao thì ổn định của xung điều khiển càng kém, bởi độ dốc xung lớn làm cho khoảng cách thời gian giữa hai ngưỡng bị thu hẹp dẫn đến khả năng phân biệt càng trở nên kém hơn bởi khả năng đáp ứng nhanh của linh kiện. Song với hệ đo mà chúng tơi sử dụng trong nghiên cứu tán xạ năng lượng thấp thuộc đề tài là với detector nhấp nháy loại NaI(Tl) có thời gian tăng là 40 S, do đó độ ổn định vị trí xung điều khiển đo vào cỡ 1,2ns là một kết quả cho độ chính xác cao đối với bài tốn đo đặt ra. Bộ KPTG được đưa vào hệ thống đo tán xạ và cho phổ thu được như hình 5 Từ kết quả phổ năng lượng thu được cho phép đánh giá bộ KPTG đã đáp ứng tốt các u cầu đo đã đặt ra. Trên phổ proton thu được cho thấy có các đỉnh năng lượng nằm trên một phơng thấp, và quan trọng hơn giá trị số đếm trùng phùng (hình 5b) và khơng trùng phùng (hình 5a) đã cho thấy u cầu đo đã được giải quyết 23 Hình 5: Phổ năng lượng proton tán xạ Bộ KPTG được chế tạo có đặc trưng kỹ thuật sau: Điện trở vào: 50 Độ trơi tín hiệu: tmax = 1.5ns Trở kháng ra: 2K Mức ngưỡng thay đổi từ 0.1V 4V TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Hòa Nghiên cứu tán xạ cộng hưởng proton trong vùng năng lượng cỡ 5KV, trên các hạt nhân 24Mg và 28Si. Luận án Tiến sỹ. Đại học Tổng hợp quốc gia Saint Peterburg, L.B Nga (2000) (Tiếng Nga) Nguyễn Đức Hồ, O.V. Chubinsky, B.B Lazarev. Sự phụ thuộc góc và năng lượng của tenxơ thống kê đối với mức kích thích 2 + trong tán xạ khơng đàn hồi với năng lượng 5,045,11MeV trên hạt nhân 24Mg. Tin Viện hàn lâm khoa học Liên Bang Nga. 63(1999) 143 (Tiếng Nga) TĨM TẮT Bài báo đưa ra kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ khởi phát thời gian bằng phương pháp suy biến, mà bộ khởi phát này được sử dụng cho hệ đo nghiên cứu tán xạ proton năng lượng thấp. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ổn định vị trí xung điều khiển thời gian đo với độ trơi thời gian khơng vượt q 1,5ns THE DEGENTRATIVE TIME TRIGGER USED IN SPECTOMETER TO STUDY THE SCATTERING PROTON Nguyen Duc Hoa University of DaLat SUMMARY The paper shows the study results for designing the time trigger by degereration procedures. It is used for spectrometers to study the scattering of lowenergy protons. These results indicate the stability of pulse position conducting measurement time with the drifting time within 1,5ns 24 ... nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ khởi phát thời gian bằng phương pháp suy biến, mà bộ khởi phát này được sử dụng cho hệ đo nghiên cứu tán xạ proton năng lượng thấp. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ... ối b khởi phát thờ0i gian suy biến cho ra một xung đi ều khi n V outộ , qua bộ biến đổi mức điện áp (CONV. PULSE) cho Vout các xung chuẩn TTL và NIM. Xung này sẽõ điều khiển khởi phát đo cho tồn bộ hệ thống. ...gamma. Vì thế bộ tạo xung này được gọi là bộ khởi phát thời gian đo, hay bộ khởi phát thời gian (KPTG) Trong các hệ thống điện tử hạt nhân các mạch KPTG được đưa vào nhằm