Цифрлық сигналдарды өңдейтін заманауи гамма-сәулелік спектрометрлер
Ядролық спектрометриялық өлшемдер негізінен цифрлық сигналды өңдеуді (DSP) қолданатын зертханалық құралдарды қамтиды.
Дәстүрлі аналогтық конструкциялармен салыстырғанда, DSP барлық қолданбаларда жоғары тұрақтылықты, жақсартылған ажыратымдылықты және жоғары өткізу қабілеттілігін қамтамасыз етеді.
Жоғарыда аталған барлық артықшылықтар спектр сапасы мен талдау нәтижелерін жақсартады. Төмен қуатты цифрлық сигналдарды өңдеу модульдерін дамытуға байланысты портативті құрылғыларда DSP енгізу және олардың негізінде стандартты ДК платаларында анализаторлар салуда прогресске қол жеткізілді.
Сандық сигналды өңдеу.
Иондаушы сәулелену спектрометрі детектордан шыққан электр зарядының импульстарын кернеу импульстарына түрлендіреді, олардың амплитудасы өлшенеді және спектрометрдің жадында гистограмма ретінде сақталады. Импульс амплитудаларының бұл гистограммасы үлгідегі изотоптарды сапалық және сандық анықтау үшін бағдарламалық құрал арқылы талданады.
Аналогтық жүйеде импульс сипаттамалары температураға және басқа өлшеу параметрлеріне байланысты өзгеретін аналогтық электронды схемалармен қалыптасады. Цифрлық жүйеде импульс тұрақтылығы жоғары спектрометр болып табылатын өте үлкен интегралды схема ретінде жүзеге асырылған цифрлық сигнал процессоры арқылы қалыптасады. Цифрлық жүйенің маңызды артықшылықтарының бірі импульсті қалыптастыру параметрлерінің қол жетімді комбинацияларының іс жүзінде шексіз саны болып табылады. Бұл әрбір нақты детектор үшін ең жақсы жұмыс режимін таңдауға мүмкіндік береді, бұл осы нақты детекторда ең жақсы ажыратымдылық пен өткізу қабілетіне қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Аналогтық және цифрлық спектрометрдің құрылымдық сұлбаларын салыстыру кезінде анықталған жалғыз ұқсастық - алдын ала күшейткіштен сигнал қабылдау үшін кірісте эмитент ізбасарының және шығыста компьютермен байланыс үшін интерфейстің болуы. Сандық спектрометрдегі кіріс ізбасарынан кейін бірден жылдам ADC әрбір кіріс сигналының пішінін цифрлайды және оны сандар жолына түрлендіреді. Сандық сүзгі бұл ақпаратты арнайы алгоритм арқылы өңдейді. Цифрлық сүзгіден кейін бастапқы қалпына келтіру, күшейтуді дәл баптау және сандық дәлдік пен тұрақтылықпен спектрді тұрақтандыру функциялары орындалады.
Сандық сүзгілер . Сандық сүзгінің пішіні суретте көрсетілген.
Сүзгі трапеция пішініне ие, ол жақтары ойыс болуы мүмкін және еңкейуі мүмкін немесе ені нөлге тең болатын тегіс үстіңгі жағы бар (одан кейін трапеция үшбұрыш ретінде қайта туады). Дәстүрлі трапеция фильтрі коаксиалды жартылай өткізгіш детекторлармен жұмыс істеу үшін қолданылады. Баллистикалық тапшылығы бар детекторлардың үлкен көлемімен төбесі көлбеу сүзгілер қолданылады, бұл тапшылықты ішінара өтеуге мүмкіндік береді. Егер жазық жартылай өткізгішті детекторлармен және сцинтилляциялық детекторлармен жұмыс істеу туралы айтатын болсақ, онда бұл жағдайда негізінен үшбұрышты сүзгі пішіні қолданылады немесе тегіс үстіңгі ені минималды етіп жасалады. Заманауи цифрлық спектрометрлердің дамуының осы кезеңінде әрбір сүзгі параметрі үшін бірнеше ондаған мүмкін мәндерді орнатуға болады: көтерілу уақыты, тегіс үстіңгі жағының ені, трапеция жағының ойыстығы, тегіс үстіңгі көлбеу бұрышы. Сандық сүзгі параметрлерінің үлкен таңдауы қолданылатын белгілі бір детектор үшін спектрометрді дәл баптауға мүмкіндік береді.
Сандық және аналогтық құрылғылардың салыстырмалы сипаттамалары
Аналогтық және цифрлық спектрометрлердің алғашқы салыстырулары АҚШ-тағы Лос-Аламос ұлттық зертханасында жүргізілді. Салыстыру үшін сериялық шығарылатын бірінші сандық спектрометр DSPec (ORTEC, АҚШ шығарған) және NIM блоктарына негізделген аналогтық жүйе таңдалды; 4002D қуат көзі (ORTEC), 3106D жоғары вольтты қуат көзі (Канберра, АҚШ шығарған), 8077 амплитудалық-цифрлық түрлендіргіш (Канберра), 8232 цифрлық тұрақтандырғыш (Канберра), 672 спектрометриялық күшейткіш (ORTEC) , және 4610 көп арналы анализатор (Канберра). Жұмыста тиімділігі 23% және 25% сәйкесінше Канберра өндірген таза p-типті германийден жасалған екі коаксиалды детектор пайдаланылды.
Тәжірибеде иондаушы сәулеленудің екі көзі пайдаланылды: сәйкесінше төмен және жоғары энергия диапазонындағы құрылғыларды бағалау үшін 57 Co және 60 Co. Спектрлер кірісте 1, 3, 10 және 30 кГц жүктемелерде аналогтық үшін пішіндеу уақыты 2, 4, 6 мкс және DSPec үшін 4, 8 және 12 мкс көтерілу уақытымен жиналды. 50 кГц жүктеме үшін пішіндеу уақыты 2 мкс және көтерілу уақыты 4 мкс пайдаланылды.
Салыстыру нәтижесінде көптеген тәжірибелерде цифрлық спектрометр аналогтық құрылғымен салыстырғанда жақсы сипаттамалар көрсеткенін анықтау мүмкін болды. Атап айтқанда, DSP аналогтық жүйемен бірдей рұқсатпен жоғары өткізу қабілетіне ие екендігі анықталды.
