Многоканальный анализатор

Выходные данные многоканального анализатора, используемые в режиме амплитудного анализа для анализа источника Cs-137

Многоканальный анализатор ( МКА ) — это прибор, используемый в лабораторных и полевых условиях для анализа входного сигнала, состоящего из импульсов напряжения. ^[1] МКА широко используются для оцифровки различных спектроскопических измерений, особенно тех, которые связаны с ядерной физикой , включая различные типы спектроскопии (альфа-, бета- и гамма-спектроскопию ).

Операция

Принцип работы амплитудного анализатора: три импульса, 1 , 2 и 3, обнаруживаются в разное время t . Два дискриминатора выдают счетный сигнал, если установленный ими порог напряжения превышен импульсом. Импульс 2 запускает нижний уровень E _L , но не верхний уровень E _U . Таким образом, импульс 2 засчитывается в спектральную область, обозначенную как P . Чтобы гарантировать, что импульсы подсчитываются только в одном канале, счетчик антисовпадений предотвращает запись импульса 1 в P .

Многоканальный анализатор использует быстрый АЦП для записи входящих импульсов и сохраняет информацию об импульсах одним из двух способов: ^[1]

Анализ амплитуды импульса

В режиме анализа амплитуды импульса (PHA) входящие импульсы характеризуются на основе их амплитуды (пикового напряжения). Выходной спектр представляет собой гистограмму этих импульсов, где высота каждого канала соответствует числу импульсов, подсчитанных в узком диапазоне амплитуд. Разрешение выходного спектра зависит от количества каналов MCA, которое для типичных приборов составляет порядка нескольких тысяч.

В альфа-, бета- и гамма -спектроскопии PHA используется для измерения распределения энергии частиц, испускаемых при ядерном распаде . ^[2] Входящие частицы поглощаются средой детектора и возбуждают импульсы напряжения, амплитуды которых пропорциональны их энергии. ^{[ необходима ссылка ]} После подсчета большого количества импульсов выходной спектр показывает распределение энергии излучения, падающего на детектор.

Режим многоканального масштабирования

В режиме многоканального масштабирования (MCS) MCA регистрирует скорость счета импульсов с течением времени. В отличие от PHA, MCS не различает импульсы разной амплитуды. Вместо этого MCA регистрирует все измеренные счетчики в одном канале в течение заданного интервала времени (называемого «временем выдержки»), затем переключается на следующий канал для регистрации последующего интервала времени и т. д.

Внутренний сигнал управляющего напряжения, используемый для переключения каналов по истечении времени задержки, часто доступен экспериментатору и может использоваться для запуска изменений в экспериментальной установке. ^[1] В этой схеме MCA действует как X–Y-регистратор , наблюдая изменения в скорости счета как функции контролируемого экспериментального параметра. Например, счетчик Гейгера , подключенный к MCA в режиме MCS, может использоваться для регистрации количества ионизирующего излучения, испускаемого нейтронным генератором при различных напряжениях.

Интерфейс вывода

После записи гистограммы данные отправляются на компьютер, отображаются на экране MCA или (в старых моделях) отправляются непосредственно на принтер.

Современные МКА обычно подключаются к компьютеру через USB или Ethernet , но некоторые старые или специальные модели используют RS-232 или PCI .

Звуковая карта MCA

Звуковая карта USB может служить дешевым, потребительским АЦП , технология, впервые предложенная Мареком Доллейзером. Данные отправляются на компьютер как обычный звук и сохраняются в файле WAV . Специализированное программное обеспечение обрабатывает «звук» для выполнения анализа амплитуды импульса и многоканального масштабирования, формируя полный MCA. ^[3]

Звуковые карты имеют высокоскоростные, но с низким разрешением (до 192 кГц) чипы АЦП, что обеспечивает приемлемую производительность гамма-спектроскопии для низкой и средней скорости счета. ^[4] «Спектрометр звуковой карты» был дополнительно усовершенствован в любительских и профессиональных кругах. ^{[5] [6]}

Смотрите также

• счетчик Гейгера
• Осциллограф

Ссылки

1. "THE MULTICHANNEL ANALYZER" (PDF) . Western University . Получено 27 марта 2016 г. .
2. "Гамма-спектроскопия с сцинтилляционным детектором и многоканальным анализатором" (PDF) . Американский университет в Болгарии . Получено 27 марта 2016 г. .
3. "Загрузки программного обеспечения". www.gammaspectacular.com . Марек работает в Сиднейском университете со студентами-физиками третьего курса и разработал PRA как образовательный инструмент для своих студентов.
   Мотисан, Раду (29 ноября 2010 г.). «Сцинтилляционный зонд NaI и гамма-спектроскопия - PocketMagic». www.pocketmagic.net .– Цитируется в связи с ранним упоминанием программного обеспечения PRA Марека Доллейзера.
4. Ибрагим, Маслина Мохд; Юсуп, Нолида; Ломбигит, Лоджиус; Рахман, Нур Айра Абдул; Джаафар, Заинудин (2014). Разработка многоканального анализатора с использованием АЦП звуковой карты для системы ядерной спектроскопии . Международная конференция по ядерной науке, технологиям и инжинирингу 2013 г. (iNuSTEC2013). стр. 50–53. doi :10.1063/1.4866103.
5. Касани, Х.; Ашрафи, С.; Гхал-Эх, Н. (июль 2021 г.). «Высокоскоростная цифровая гамма-спектроскопия с использованием недорогой системы оцифровки COTS». Радиационная физика и химия . 184 : 109438. Bibcode : 2021RaPC..18409438K. doi : 10.1016/j.radphyschem.2021.109438. S2CID  233696398.
6. Ким, Сангрок; Ким, Тэюн; Ян, Хёнджин (1 июня 2022 г.). «Проект гамма-спектрометра низкого разрешения для мониторинга радиоактивных уровней сточных вод». Прикладные науки . 12 (11): 5613. doi : 10.3390/app12115613 .