Download Luận văn Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe
Trong hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng, kênh thời gian đóng vai trò vô cùng quan trọng,
nó cung cấp tín hiệu thời gian cho khối trùng phùng hay khối biến đổi thời gian thành biên độ (TAC) để xác lập điều kiện cho hệ đo ghi các cặp sự kiện trùng phùng. Vì vậy, nếu các tham số của kênh thời gian chọn lựa không chính xác sẽ gây ra trùng phùng giả hay làm mất các sự kiện trùng phùng thật.
Xung lối ra của đầu dò HPGe thể tích lớn có biên độ nằm trong dải rộng và có thời gian
tăng khác nhau nhiều (biên độ từ 0 ?3 V, mặt tăng từ
80 ?250 ns) nên cần có khối TFA tạo dạng và khuếch đại tín hiệu từ đầu dò trước khi vào
khối CFD. Để thu được độ phân giải thời gian tốt nhất, điều quan trọng là tìm được các
thông số tối ưu nhất cho các khối TFA và CFD.[5, tr.12]
Kênh thời gian của hệ cộng biên độ các xung trùng phùng gồm các khối khuếch đại lọc lựa thời
gian TFA và khối phân biệt ngưỡng CFD.
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
hiệu, chúng được sử dụng điển hình trong ống quang điện và đầu dò hạt tích điện silic cho những ứng
dụng về khả năng phân giải thời gian cao.
+ Bộ khuếch đại lọc thời gian (Timming Filter Amplifier - TFA) : được cung cấp các bộ
vi phân CR và bộ tích phân RC để điều khiển dạng xung.
Thời gian tăng của bộ khuếch đại quá nhanh nên tránh vì chúng dẫn đến tạp âm nhiều hơn và
không cải thiện thời gian tăng tín hiệu. Ta nên đặt tín hiệu đủ dài để tránh mất biên độ của tín hiệu.
1.2.6.2 Bộ làm chậm
Trong nhiều ứng dụng thời gian, ta cần làm chậm tại một hay một số điểm trong chuỗi tín
hiệu cho mục đích hiệu chỉnh hay chuẩn thời gian. Trong thang nanô giây, độ dài cáp đồng trục được
sử dụng để kết nối các khối với nhau, có khả năng thay đổi được để cho thời gian truyền khác nhau.
Ngoài 100 nanô giây, độ dài cáp trở sẽ nên quá dài (trên 30 m) đối với sử dụng thông thường. Việc sử
dụng các đường làm chậm với các chất dẫn điện quấn hình lò xo có thể giảm nhiều độ dài vật lý của cáp
đối với thời gian truyền cho trước nhưng chúng có đặc trưng truyền tần số cao tương đối cùng kiệt và sẽ
làm méo các xung nhanh.
Khi sử dụng với hình thành xung tuyến tính có các bộ lọc tần số cao, sự méo là không nghiêm
trọng và đường làm chậm thụ động của các thiết kế khác nhau có thể cung cấp đường làm chậm điều
khiển được lên tới s . Những bộ khuếch đại tuyến tính thường kết hợp một số đường làm chậm để
cung cấp một lối ra thuận tiện trong việc xác lập những hệ thống xung thời gian.
Trên thực tế, một số hãng đã chế tạo các hộp làm chậm cung cấp thời gian làm chậm có thể điều
khiển được phép kéo dài hay rút ngắn đường dẫn điện trong các mạch trùng phùng. Các hộp làm chậm
nói chung bao gồm những độ dài cáp thay đổi được trong chuẩn NIM cho phép làm chậm trong khoảng
0 đến 64 ns. Một số hộp có thể được nối tiếp với nhau để cho làm chậm lên tới 100 ns. Thí dụ hãng
canberra chế tạo hộp làm chậm trong chuẩn NIM 2058 cho phép làm chậm các xung tuyến tính và lôgic
trong các bước 0,5 ns trong dải lên tới 64 ns theo các bước sau : 0,5 ; 1 ; 2 ; 4 ; 8 ; 16 hay 32. Khối làm
chậm 2055 trong chuẩn NIM của Canberra có dải làm chậm có thể điều khiển liên tục từ 0,1 đến
110 s. Bảng 1.5 trình bày các bộ phận làm chậm và đặc trưng cơ bản của chúng.
Bảng 1.5 : Đặc trưng của một số bộ làm chậm.[2]
Hãng chế tạo Mẫu Dải làm chậm Bước làm chậm (ns)
Làm chậm
cực tiểu (ns)
CANBERRA 2058 0,5 - 64 ns 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 32 2
CANBERRA 2055 0,1 - 110 s Liên tục -
ORTEC 425A 1 - 64 ns 1; 2; 4; 8; 16; 32 2
1.2.6.3 Bộ phân biệt ngưỡng không đổi (Constant Fraction Discriminator - CFD)
Khối CFD thường được chế tạo để phục vụ cho hai ứng dụng khác nhau :
- Một là : đếm các xung nhỏ với tốc độ đếm cao.
- Hai là : xác định thời gian xung đến với độ chính xác cao.
Trong kênh thời gian, khối CFD có vai trò xác định thời điểm xung đến, tạo ra tín hiệu
đầu vào đưa đến khối trùng phùng. CFD làm tăng độ phân giải thời gian, loại trừ nhiễu và
ảnh hưởng của các tia gamma mềm. Việc chọn giá trị ngưỡng là rất quan trọng, nếu chọn
ngưỡng thấp quá sẽ xuất hiện trùng phùng với gamma mềm hay gamma tán xạ giữa hai đầu
dò, nếu chọn ngưỡng cao quá sẽ mất các chuyển dời gamma có năng lượng thấp. [5, tr.24]
Tất cả các khối CFD đều có chuyển mạch thay đổi ngưỡng. Ngưỡng được chọn sao cho đủ cao
để loại được nhiễu. Trong một số ứng dụng ngưỡng được đặt cao để cắt các xung biên độ bé nằm trong
vùng năng lượng thấp có nhiều nhiễu.
Khối CFD hoạt động theo ba chế độ (mode) tùy thuộc vào kiểu đầu dò :
- Constant-Fraction (CF) : chế độ CF dựa trên tỉ số cố định
- Slow Rise Time Reject (SRT) : chế độ SRT chọn lựa để loại trừ các xung tăng chậm
- Leading Edge (LE) : chế độ LE dựa trên phương pháp sườn lên.
Với thực nghiệm phải chọn lựa được mode phù hợp với hệ đo.
1.2.6.4 Bộ trùng phùng
Nhiều khối trùng phùng thương mại hoạt động dựa trên nguyên tắc phủ trong độ rộng của xung
vào xác định trực tiếp thời gian phân giải của mạch trùng phùng.
Hình 1.17 : Nguyên tắc cơ bản của mạch trùng phùng.
Hình 1.17 minh họa nguyên tắc cơ bản của mạch trùng phùng. Mạch trùng phùng đơn giản là
cổng AND hai lối vào. Như được chỉ ra bằng dạng sóng trong hình 1.17, cổng AND phát ra lôgic 1 chỉ
khi các xung lôgic 1 có mặt trên cả hai lối vào A và B. Thực tế, lối ra chỉ sinh ra trong khoảng thời gian
xung A và B phủ nhau. Vì lý do này mà mạch được gọi là trùng phùng phủ.
Hầu hết các khối trùng phùng cung cấp nhiều lối vào (thường lên tới bốn) có thể được đóng ngắt
một cách độc lập. Khi chỉ một lối vào được đóng thì mọi tín hiệu lôgic lối vào đều được đưa tới lối ra
của khối trùng phùng. Kiểu làm việc này cung cấp một cách thuận tiện để ghi tần số đơn trong bất cứ
nhánh vào nào. Khi hai lối vào được đóng, khối hoạt động như một trùng phùng đơn giản hai lối vào, ba
lối vào chuyển mạch dẫn đến trùng phùng ba lối vào, …
Khối trùng phùng thường cung cấp ít nhất một lối vào phản trùng phùng. Những xung cung cấp
đối với lối vào này trong thời gian xác định cho trước sẽ có tác động cấm lối ra của khối trùng phùng.
Đặc tính của một số bộ trùng phùng thương mại được giới thiệu trong bảng 1.6.
Bảng 1.6 : Đặc trưng cơ bản của những bộ trùng phùng thương mại. [2]
Hãng chế tạo Mẫu
Số lối vào
trùng phùng
Lối vào đối
trùng
Thời gian
phân giải
ORTEC 414A 3 1 10 ns - 110 ns
ORTEC 418A 4 4 100 ns - 2 s
CANBERRA 1446 5 5 100 ns - 2 s
CANBERRA 2024 3 1 10 ns -1 s
1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các hệ phổ kế năng lượng, thời gian
Hiện nay, ở các phòng thí nghiệm về hạt nhân trong nước, các hệ phổ kế được sử dụng phổ
biến là hệ phổ kế gamma đơn tinh thể với đầu dò HPGe, thường được dùng để đo mẫu môi trường, hệ
phổ kế thời gian nhanh sử dụng hai đầu dò NaI được sử dụng rộng rãi trong thí nghiệm đo thời gian
sống của pozitron.
Đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có những ưu điểm rõ rệt là không phải bảo quản liên tục
trong Nitơ lỏng, đồng thời độ phân giải năng lượng, hiệu suất ghi cũng hơn hẳn các đầu dò khác.
Việc sử dụng đầu dò bán dẫn trong hệ phổ kế gamma rất đơn giản. Cấu hình chủ yếu của hệ đo được
minh họa trên hình 1.18.
HPGe
Khuếch
đại phổ
ADC Interface
Máy
tính
Hình 1.18 : Sơ đồ khối của phổ kế gamma bán dẫn đơn tinh thể.
Đầu dò bán dẫn HPGe được ghép nối với khuếch đại phổ AMP. Tín hiệu ở lối ra của đầu dò bán
dẫn được AMP khuếch đại về biên độ và tạo dạng thích hợp cho ADC phân tích biên độ đỉnh xung.
Card thu nhận dữ liệu Interface sẽ thu nhận dữ liệu sau khi ADC biến đổi xong và xếp vào ô nhớ. Dữ
liệu này được truyền vào máy tính PC để xử lý và được lưu lại thành các file số liệu.
Hình 1.19 : Hệ phổ kế gamma bán dẫn đơn tinh thể tại phòng thí
nghiệm hạt nhân, khoa Vật lí, Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM.
Hiện n...
Download miễn phí Luận văn Khảo sát phổ kế trùng phùng gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe
Trong hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng, kênh thời gian đóng vai trò vô cùng quan trọng,
nó cung cấp tín hiệu thời gian cho khối trùng phùng hay khối biến đổi thời gian thành biên độ (TAC) để xác lập điều kiện cho hệ đo ghi các cặp sự kiện trùng phùng. Vì vậy, nếu các tham số của kênh thời gian chọn lựa không chính xác sẽ gây ra trùng phùng giả hay làm mất các sự kiện trùng phùng thật.
Xung lối ra của đầu dò HPGe thể tích lớn có biên độ nằm trong dải rộng và có thời gian
tăng khác nhau nhiều (biên độ từ 0 ?3 V, mặt tăng từ
80 ?250 ns) nên cần có khối TFA tạo dạng và khuếch đại tín hiệu từ đầu dò trước khi vào
khối CFD. Để thu được độ phân giải thời gian tốt nhất, điều quan trọng là tìm được các
thông số tối ưu nhất cho các khối TFA và CFD.[5, tr.12]
Kênh thời gian của hệ cộng biên độ các xung trùng phùng gồm các khối khuếch đại lọc lựa thời
gian TFA và khối phân biệt ngưỡng CFD.
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Tóm tắt nội dung:
tínhiệu, chúng được sử dụng điển hình trong ống quang điện và đầu dò hạt tích điện silic cho những ứng
dụng về khả năng phân giải thời gian cao.
+ Bộ khuếch đại lọc thời gian (Timming Filter Amplifier - TFA) : được cung cấp các bộ
vi phân CR và bộ tích phân RC để điều khiển dạng xung.
Thời gian tăng của bộ khuếch đại quá nhanh nên tránh vì chúng dẫn đến tạp âm nhiều hơn và
không cải thiện thời gian tăng tín hiệu. Ta nên đặt tín hiệu đủ dài để tránh mất biên độ của tín hiệu.
1.2.6.2 Bộ làm chậm
Trong nhiều ứng dụng thời gian, ta cần làm chậm tại một hay một số điểm trong chuỗi tín
hiệu cho mục đích hiệu chỉnh hay chuẩn thời gian. Trong thang nanô giây, độ dài cáp đồng trục được
sử dụng để kết nối các khối với nhau, có khả năng thay đổi được để cho thời gian truyền khác nhau.
Ngoài 100 nanô giây, độ dài cáp trở sẽ nên quá dài (trên 30 m) đối với sử dụng thông thường. Việc sử
dụng các đường làm chậm với các chất dẫn điện quấn hình lò xo có thể giảm nhiều độ dài vật lý của cáp
đối với thời gian truyền cho trước nhưng chúng có đặc trưng truyền tần số cao tương đối cùng kiệt và sẽ
làm méo các xung nhanh.
Khi sử dụng với hình thành xung tuyến tính có các bộ lọc tần số cao, sự méo là không nghiêm
trọng và đường làm chậm thụ động của các thiết kế khác nhau có thể cung cấp đường làm chậm điều
khiển được lên tới s . Những bộ khuếch đại tuyến tính thường kết hợp một số đường làm chậm để
cung cấp một lối ra thuận tiện trong việc xác lập những hệ thống xung thời gian.
Trên thực tế, một số hãng đã chế tạo các hộp làm chậm cung cấp thời gian làm chậm có thể điều
khiển được phép kéo dài hay rút ngắn đường dẫn điện trong các mạch trùng phùng. Các hộp làm chậm
nói chung bao gồm những độ dài cáp thay đổi được trong chuẩn NIM cho phép làm chậm trong khoảng
0 đến 64 ns. Một số hộp có thể được nối tiếp với nhau để cho làm chậm lên tới 100 ns. Thí dụ hãng
canberra chế tạo hộp làm chậm trong chuẩn NIM 2058 cho phép làm chậm các xung tuyến tính và lôgic
trong các bước 0,5 ns trong dải lên tới 64 ns theo các bước sau : 0,5 ; 1 ; 2 ; 4 ; 8 ; 16 hay 32. Khối làm
chậm 2055 trong chuẩn NIM của Canberra có dải làm chậm có thể điều khiển liên tục từ 0,1 đến
110 s. Bảng 1.5 trình bày các bộ phận làm chậm và đặc trưng cơ bản của chúng.
Bảng 1.5 : Đặc trưng của một số bộ làm chậm.[2]
Hãng chế tạo Mẫu Dải làm chậm Bước làm chậm (ns)
Làm chậm
cực tiểu (ns)
CANBERRA 2058 0,5 - 64 ns 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 32 2
CANBERRA 2055 0,1 - 110 s Liên tục -
ORTEC 425A 1 - 64 ns 1; 2; 4; 8; 16; 32 2
1.2.6.3 Bộ phân biệt ngưỡng không đổi (Constant Fraction Discriminator - CFD)
Khối CFD thường được chế tạo để phục vụ cho hai ứng dụng khác nhau :
- Một là : đếm các xung nhỏ với tốc độ đếm cao.
- Hai là : xác định thời gian xung đến với độ chính xác cao.
Trong kênh thời gian, khối CFD có vai trò xác định thời điểm xung đến, tạo ra tín hiệu
đầu vào đưa đến khối trùng phùng. CFD làm tăng độ phân giải thời gian, loại trừ nhiễu và
ảnh hưởng của các tia gamma mềm. Việc chọn giá trị ngưỡng là rất quan trọng, nếu chọn
ngưỡng thấp quá sẽ xuất hiện trùng phùng với gamma mềm hay gamma tán xạ giữa hai đầu
dò, nếu chọn ngưỡng cao quá sẽ mất các chuyển dời gamma có năng lượng thấp. [5, tr.24]
Tất cả các khối CFD đều có chuyển mạch thay đổi ngưỡng. Ngưỡng được chọn sao cho đủ cao
để loại được nhiễu. Trong một số ứng dụng ngưỡng được đặt cao để cắt các xung biên độ bé nằm trong
vùng năng lượng thấp có nhiều nhiễu.
Khối CFD hoạt động theo ba chế độ (mode) tùy thuộc vào kiểu đầu dò :
- Constant-Fraction (CF) : chế độ CF dựa trên tỉ số cố định
- Slow Rise Time Reject (SRT) : chế độ SRT chọn lựa để loại trừ các xung tăng chậm
- Leading Edge (LE) : chế độ LE dựa trên phương pháp sườn lên.
Với thực nghiệm phải chọn lựa được mode phù hợp với hệ đo.
1.2.6.4 Bộ trùng phùng
Nhiều khối trùng phùng thương mại hoạt động dựa trên nguyên tắc phủ trong độ rộng của xung
vào xác định trực tiếp thời gian phân giải của mạch trùng phùng.
Hình 1.17 : Nguyên tắc cơ bản của mạch trùng phùng.
Hình 1.17 minh họa nguyên tắc cơ bản của mạch trùng phùng. Mạch trùng phùng đơn giản là
cổng AND hai lối vào. Như được chỉ ra bằng dạng sóng trong hình 1.17, cổng AND phát ra lôgic 1 chỉ
khi các xung lôgic 1 có mặt trên cả hai lối vào A và B. Thực tế, lối ra chỉ sinh ra trong khoảng thời gian
xung A và B phủ nhau. Vì lý do này mà mạch được gọi là trùng phùng phủ.
Hầu hết các khối trùng phùng cung cấp nhiều lối vào (thường lên tới bốn) có thể được đóng ngắt
một cách độc lập. Khi chỉ một lối vào được đóng thì mọi tín hiệu lôgic lối vào đều được đưa tới lối ra
của khối trùng phùng. Kiểu làm việc này cung cấp một cách thuận tiện để ghi tần số đơn trong bất cứ
nhánh vào nào. Khi hai lối vào được đóng, khối hoạt động như một trùng phùng đơn giản hai lối vào, ba
lối vào chuyển mạch dẫn đến trùng phùng ba lối vào, …
Khối trùng phùng thường cung cấp ít nhất một lối vào phản trùng phùng. Những xung cung cấp
đối với lối vào này trong thời gian xác định cho trước sẽ có tác động cấm lối ra của khối trùng phùng.
Đặc tính của một số bộ trùng phùng thương mại được giới thiệu trong bảng 1.6.
Bảng 1.6 : Đặc trưng cơ bản của những bộ trùng phùng thương mại. [2]
Hãng chế tạo Mẫu
Số lối vào
trùng phùng
Lối vào đối
trùng
Thời gian
phân giải
ORTEC 414A 3 1 10 ns - 110 ns
ORTEC 418A 4 4 100 ns - 2 s
CANBERRA 1446 5 5 100 ns - 2 s
CANBERRA 2024 3 1 10 ns -1 s
1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các hệ phổ kế năng lượng, thời gian
Hiện nay, ở các phòng thí nghiệm về hạt nhân trong nước, các hệ phổ kế được sử dụng phổ
biến là hệ phổ kế gamma đơn tinh thể với đầu dò HPGe, thường được dùng để đo mẫu môi trường, hệ
phổ kế thời gian nhanh sử dụng hai đầu dò NaI được sử dụng rộng rãi trong thí nghiệm đo thời gian
sống của pozitron.
Đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có những ưu điểm rõ rệt là không phải bảo quản liên tục
trong Nitơ lỏng, đồng thời độ phân giải năng lượng, hiệu suất ghi cũng hơn hẳn các đầu dò khác.
Việc sử dụng đầu dò bán dẫn trong hệ phổ kế gamma rất đơn giản. Cấu hình chủ yếu của hệ đo được
minh họa trên hình 1.18.
HPGe
Khuếch
đại phổ
ADC Interface
Máy
tính
Hình 1.18 : Sơ đồ khối của phổ kế gamma bán dẫn đơn tinh thể.
Đầu dò bán dẫn HPGe được ghép nối với khuếch đại phổ AMP. Tín hiệu ở lối ra của đầu dò bán
dẫn được AMP khuếch đại về biên độ và tạo dạng thích hợp cho ADC phân tích biên độ đỉnh xung.
Card thu nhận dữ liệu Interface sẽ thu nhận dữ liệu sau khi ADC biến đổi xong và xếp vào ô nhớ. Dữ
liệu này được truyền vào máy tính PC để xử lý và được lưu lại thành các file số liệu.
Hình 1.19 : Hệ phổ kế gamma bán dẫn đơn tinh thể tại phòng thí
nghiệm hạt nhân, khoa Vật lí, Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM.
Hiện n...