L ỜI CẢM ƠN
1.2.5.Bộ phân tích độ cao xung
Tín hiệu ra từ tiền khuếch đại là một chuỗi các xung đã được tạo dạng, ngẫu nhiên về độ cao và về khoảng cách giữa các xung. Nhiệm vụ của bộ phân tích độ cao xung là đo độ cao của từng xung và đếm tổng số các xung mà có độ cao thuộc từng khoảng nhỏ điện áp. Bởi vì độ cao của xung tương ứng với lượng năng lượng được hấp thụ bên trong detector, nên tập hợp số đếm cho phổ năng lượng tia gamma.
MCA (Multichannel Analyzer) là bộ phân tích đa kênh, để đo phổ năng lượng của một nguồn bức xạ, nghĩa là ghi nhận lại sự phân bố độ cao xung tín hiệu được tạo ra bởi các hạt phát ra từ nguồn. MCA hoạt động theo hai dạng: phân tích độ cao xung (PHA) và đếm số sự kiện (MCS). Chức năng đếm xung, các kênh riêng lẻ của bộ nhớ đếm tất cả các xung
Hình 1.17. Hiện tượng bướu âm và mạch khử cực zero Lối ra tiền khuếch đại –
lối vào bộ tích phân
Đi
ện á
p
Thời gian Lối ra từ bộ tích phân – lối
vào bộ vi phân
Xung ra có bướu âm
24
tới trong khoảng thời gian được cài đặt trước Δt, sau khi hết thời gian Δt, công đoạn đếm tự động tắt và chuyển sang kênh tiếp theo của bộ nhớ. Chức năng cơ bản đo độ cao xung, chọn ra các xung đến theo độ cao của chúng và lưu lại số các xung của một độ cao riêng biệt vào trong một địa chỉ của bộ nhớ MCA, gọi là số kênh.
Cách đơn giản nhất đo phổ gamma là sử dụng bộ phân tích đơn kênh SCA (Single Channel Analyser) như được mô tả trong Hình 1.18. Bộ SCA có hai ngưỡng điện: Phân biệt dưới (Lower level discriminator) tại H1, những xung dưới ngưỡng này không truyền qua, và phân biệt trên (Upper level discriminator) tại H2, các xung trên ngưỡng này bị chặn lại. Các xung có độ cao thuộc khoảng giữa hai giới hạn này được phép truyền qua, và ứng với mỗi xung được truyền qua tạo ra một xung ra logic. Ta có thể tưởng tượng rằng, nếu cửa sổ – khoảng điện áp giữa H1 và H2 – được tạo ra đủ nhỏ, chúng ta có thể di chuyển cửa sổ một cách tăng dần qua dãy năng lượng, dừng lại tại mỗi điểm để đếm số các xung. Tại mỗi thời điểm, các xung không nằm trong vùng cửa sổ, được xem như bị mất.
Hình 1.18. Một SCA với hai mức ngưỡng trên và dưới xác định một “cửa sổ”
Lưu ý rằng, tất cả các Bộ phân tích đa kênh MCA, đều có SCA để loại bỏ các xung có mức năng lượng thấp dưới ngưỡng LLD và cao trên ngưỡng ULD.
Về nguyên tắc, độ cao xung (năng lượng) và số kênh phải tuyến tính một cách chính xác, kể từ mức zero. Trong thực tế, mặc dù chúng ta dễ dàng biểu diễn mối liên hệ này bởi một đường thẳng, nhưng rất có khả năng đường thẳng này không đi qua gốc. Nếu cần thiết,
Đ
ộ
cao xun
g
25
người ta dùng ADC zero offset, có chức năng điều chỉnh sự hiệu chỉnh năng lượng, cho nó qua 0 keV. Nói chung, đường thẳng này được đặc trưng bởi độ dốc và phần mặt phẳng bị chắn bởi nó – trong thực tế, đây là sự hiệu chỉnh năng lượng của phổ kế. Sự thay đổi hệ số khuếch đại và hằng số thời gian có thể làm thay đổi các độ cao xung, kéo theo sự thay đổi độ dốc của đường tuyến tính độ cao xung/ số kênh (xem Hình 1.19).
Hình 1.19. Đáp ứng lý tưởng của một MCA, chỉ rõ ADC zero offset và ảnh hưởng của sự tăng độ khuếch đại
Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC có chức năng đo biên độ của tất cả các tín hiệu tương tự đến (tín hiệu điện thế) và chuyển chúng thành tín hiệu số. Một ADC có độ phân giải 8 bit và có khoảng thế hoạt động 1000 mV thì tương ứng 256 số đếm (kênh theo điện thế) hay 4 mV chuyển đổi thành số đếm là 1. Ví dụ: một tín hiệu vào có biên độ 340 mV sẽ được chuyển sang tín hiệu số có giá trị là 85, 1000 mV thành 256. Ngưỡng điện thế của ADC càng lớn thì khả năng phân biệt các tín hiệu nhỏ càng chính xác. Đối với hệ xử lý xung tín hiệu số, bộ chuyển đổi tương tự sang số sử dụng cho MCA là Flash – ADC, là bộ chuyển đổi nhanh nhất. Như một dạng của một số lượng lớn các SCA, việc đo độ cao xung được thực hiện liên tục. Ngoại trừ sự phức tạp trong thuật ngữ của các kênh thành phần – một n-bit ADC cần 2n – 1 SCA đơn – và cần một lượng năng lượng lớn hơn nhiều so với các ADC khác, thì bất lợi lớn của flash ADC là độ phân giải bị giới hạn từ 8 tới 10 bit, tương đương từ 1 tới 2000 kênh. Không chỉ số hóa độ cao xung, flash ADC có thể số hóa
Số kênh
Đ
ộ
cao xun
g
Sau khi tăng độ khuếch đại
26 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
các phần bờ tăng và giảm của xung tín hiệu. Do đó, có thể áp dụng các giải thuật toán để xử lý xung dễ dàng hơn nhiều so với xử lý xung tín hiệu tương tự.