xử lý phổ nhiều chiều từ hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng trên mạng máy tính

Các cồng việc đã hoàn thành: o Lắp đặt xong hệ đo cồng biên độ các xung trùng phùng các kết quả đo với Cs137 và Co60 được trình bày tỷ mỉ ở phần một số kết quả đo, o Lắp đặt xong mạng má

ĐẠI HỌC Q l l ố c GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO TổNG KẾT DÈ TÀI

XỬ LV PHỔ NHlếu CHICU TỪ Hf ĐO CỘNG BIÊN ĐỘ CÓC XUNG TRỪNG PHỪNG TRCN MỌNG MÁV TÍNH

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Đình K h a ng

HÀ NỘI - 2001

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI QG-00-10

- Tên đề tài: x ử lý phổ nhiều chiều từ hệ đo cộng biên độ các xung trùng

phùng trên mạng máy tính

- Mã số: QG-00-10

- Thời gian thực hiện: 2000 — 2001

- Hướng nghiên cứu: Vật lý hạt nhân cơ bản

- Họ và tên chủ nhiệm đề tài: Ts Phạm Đình Khang — Vật lý hạt nhân

- Các đon vị phối hợp chính: Viện nghiên cứu hạt nhân Đà lạt

Viện Năng lượng nguyên tử Việt nam

o Thiết kế và lắp đặt hai khối điện tử ADC (analog-digital convector)

o Thiết kế và lắp đặt card ghép nối máy tính cho 2 ADC

o Thiết kế và lắp đạt khối khuyếch đại nhanh, gạt ngưỡng nhanh và

trùng phùng hai lối vào

o Sửa chữa hai máy phân tích biên độ một kênh của Đức để tận dụng

các khối cao áp, khuyếch đại phổ của hai máy này

o Lắp đặt mạng máy tính (5 máy) để truyển số liệu và trao đổi kết quả

số liệu được xử lý sau từng coong đoạn một

o Xây dựng các phần mểm xử lý số liệu( đọc số liệu từ hai ADC, tạo

phổ của từng detector, phổ biên độ tổng, phổ vi phân và chuẩn bị một số phần mềm xử lý khác)

Các cồng việc đã hoàn thành:

o Lắp đặt xong hệ đo cồng biên độ các xung trùng phùng (các kết quả

đo với Cs137 và Co60 được trình bày tỷ mỉ ở phần một số kết quả đo),

o Lắp đặt xong mạng máy tính và hệ thống này làm việc ổn định,

o Xây dựng xong các phần mềm đã dự kiến

o Hai luận án tốt nghiệp của sinh viên (một của ngành Công nghệ hạt nhân, một của khoa Công nghệ thông tin),

o Hai bài báo khoa học (tại hội nghị Vật lý toàn quốc năm 2001 và hội nghị v ạ t lý hạt nhân toàn quốc 4/2001 — kém )

Triển vọng khai thác hộ thống (gồm hệ đo và mạng máy tính)

- Có thể sử dụng hệ đo trong các nghiên cứu cấu trúc hạt nhân trên kênh nơtron số 4 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Các công việc chuẩn bị

đo trên kênh đang được gấp rút hoàn thành và cuối năm 2001 sẽ bắt đầu cung cấp số liệu với một số loại hạt nhân được chuyển từ Đubna sang

- Dẻ dàng biến hệ đo thành các phổ kế compton, đối trừng một cách đơn giản nhằm hổ trợ công tác đào tạo.

- Hiện tại có khoảng 20 sinh viên đã đăng ký và đang cùng tham gia nghiên cứu khoa học vói các vấn đề xung quanh hệ đo này

Kinh phí thực hiện đề tài: 60 triệu(đã quyết toán với phòng tài vụ)

Hà nội ngày 1 tháng 6 năm 2001

BÁO CÁO CHI TIẾT

I NGUYÊN TẮC GHI NHẬN s ố LIỆU CỦA HỆ ĐO

1 Giới thiệu phương pháp:

Trong ĩữứi vực phổ học hạt nhân vùng năng lượng thấp, các trạng thái kích thích

vùng nống lượng từ 3 MeV đến Bn (nãng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân)

còn được nghiên cứ rất ít Trong thực tế, việc nghiên cứu vùng các trạng thái này gặp nhiều khó khăn là do mật độ các trạng thái kích thích cao, xác suất bức xạ gamma của từng trạng thái nhỏ, tương tác của bức xạ gamma với vật chất luôn có các quá trình tán xạ compton và cả quá trình tạo cặp xảy ra nên phổ bức xạ gamma thu được có dạng phức tạp, tỷ số túi hiệu trên phông nhỏ nên thông tin thu được bị hạn chế Hơn nữa, bản thân viộc dùng phổ kế gamma đơn tinh thể để ghi nhận thông tin về năng lượng bức xạ gamma luôn kèm theo một nhược điểm không thể khắc phục được của chính phương pháp là không thể sử dụng trực tiếp thông tin về năng lượng của bức xạ gamma để xây dựng sơ đồ trạng thái kích thích của hạt nhân và như vậy khó có thể tính được các đặc trưng lượng tử của các trạng thái kích thích, xác suất chuyển dời — cường độ bức xạ giữa các mức Một vấn đề quan trọng nhất là từ khối lượng thông tin hạn chế như vậy, không thể bàn luận gì về động học của quá trình chuyển từ các trạng thái kích thích đơn

lẻ có năng lượng kích thích rất thấp của hạt nhân (có thể tính được bằng lý thuyết

dù khá khó khăn) sang vùng mà các quy luật thống kê thể hiộn rõ vai trò của nó ( vùng năng lượng cao)

Từ năm 1983, tại Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân Đubna đã triển khai thành công hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng trong nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân bắt nơtron nhiệt nhờ sử dụng hai detector bán dẫn HpGe Việc hoàn thiện phương pháp này tại Dubna về cơ bản hoàn thành vào năm 1989

— 1991 Phương pháp này là một phương pháp xử lý phổ nhiều chiều hiện đại (ở đây gồm chiều năng lượng và chiều thời gian) phức tạp và khó triển khai với hai

lý do: Thứ nhất là người tổ chức hệ đo phải có trình độ nhất đinh về phổ học hạt nhân, am hiểu về điện tử hạt nhân để thiết kế và phối hợp được các khối điện tử theo đúng mục tiêu đặt ra; Thứ hai là phải có đủ khả năng lập trình xử lý số liệu ghi nhận được bằng máy tính Bản thân hệ thống chương trình này đã rất phức tạp, chứa đựng nhiều quan điểm mới, hiện đại về số liệu và khai thác số liộu Để

có được những kết quả cuối cùng, phải qua nhiều bước xử lý và mỗi bước xử lý phải có những chương trình khác nhau chứ không thể sử dụng một chương trình với một số modul như các chương trình xử lý số liệu đã thương mại hoá Đó là lý

do mà cho đến nay duy nhất chỉ ở Viện liên hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna mới

có hệ đo và khai thác tốt hệ đo theo phương pháp này

Trong phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, thông tin được ghi nhận

và xử lý hoàn toàn bằng máy tính Từ số liệu thu nhận được, có thể tạo ra các phổ bức xạ gamma đom giản về dạng và hoàn toàn loại trừ được phông do quá trình tán xạ Compton và tạo cặp gây ra Xuất phát từ ý tưởng cơ bản là ghi nhận và xử

lý bằng số thông tin về các lượng tử gamma xuất hiện đồng thời trên hai detector chúng tôi đã triển khai phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng trên detector nhấp nháy để chuẩn bị cho các nghiên cứu về cấu trúc hạt nhân sau này

Kết quả của để tài phải là hệ đo đã làm việc thông suôt và ổn định, một số phần mềm xử lý phai được chuẩn bị và được thử nghiệm với nguồn đồng vị Co60 Trong phổ thu được sẽ không có phông tán' xạ Compton m à chỉ có các đỉnh do quá trình hấp thụ hoàn toàn gây nên.

2 Nguyên lý của phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng.

Cơ sở của phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng là phương pháp trùng phùng gamma-gamma Trong phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, thông tin được ghi nhận và xử lý bằng số trên máy tính Dưới đây sẽ trình bày nguyên lý hoạt động và đặc tính của các khối điộn tử được thiết kế, chế tạo trong khuôn khổ hợp tác của đề tài với một số cơ quan khác như Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Khoa Công nghệ thông tin Đại học Quốc gia Hà Nội

a Hoạt động của hệ ghi nhận số liệu:

Khuyêcti dại phổ Ktuiyếch đai Gạt ngưỡng

Hệ thống thực nghiệm của hệ đo được trình bày trên hình 1 Phân rã gamma nối tầng từ nguồn đồng vị đặt giữa hai detector (nếu đo trên kênh nơtron của lò phản ứng thì thay vào vị trí nguồn phóng xạ là các hạt nhân bia cần được nghiên cứu, hạt nhân bia sau khi bắt nơtron biến thành hạt nhân hợp phần sẽ phát ra các lượng

tử gamma nối tầng) sẽ tạo ra hai lượng tử gamma bay ngược nhau Hai detector đặt đối diện nhau sẽ ghi nhận hai lượng tử gamma này Các tín hiệu từ lối ra thời gian của hai detector sẽ được đưa vào bộ khuyếch đại nhanh và gạt ngưỡng nhanh, sau đó đi tới lối vào của khối trùng phùng Đồng thời, các tín hiệu từ lối

ra biên độ của các detector cũng được đưa tới bộ khuyếch đại phổ Trong trường hợp hai tín hiệu xuất hiện đổng thời thì ở lối ra của khối trùng phùng sẽ có một xung dương, biên độ 4v (mức lôgic 1 của TTL) kéo dài 10JJ.S Xung dương này sẽ cho phép hai ADC biến đổi biên độ túi hiệu từ lối ra của khuyếch đại phổ sang dạng số Card ghép nối 2 ADC với máy tính (interface) sẽ truyền số liệu sau khi

hai ADC biến đổi xong vào bộ nhớ của máy tính Máy tính sẽ liên tục kiểm tra trạng thái của 2 ADC Nếu nhận thấy 2 ADC đã biến đổi số liộu xong (lối ra Data Ready có mức logic 1) máy tính 8ẽ ra lệnh nhận số liệu thông qua interface Sau khi nhận dữ liộu xong, máy tính sẽ ra lệnh đặt lại trạng thái của 2 ADC về trạng thái sẵn sàng làm việc khi có xung trùng phùng tiếp theo (đặt mức logic không vào đường Data Acept) Thông tin ghi nhận vào máy tính dưới dạng một ma trận hai chiều (hai cột và số hàng bằng số sự kiộủ trùng phùng) Trên một hàng là hai giá trị biên độ bằng số của hai xung từ hai detector mà chúng xuất hiện trong cùng một thời điểm (độ chênh lệch thời điểm xuất hiộn của hai xung nhỏ hơn 60ns - độ rộng thời gian của cửa sổ trùng phùng) Trong hệ đo, các khối ADC được thiết kế và lắp đặt tại Đại học Quốc gia Hà Nội và Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, các khối interface, khuyếch đại nhanh+gạt ngưỡng nhanh và trùng phùng được thiết kế và lắp đặt tại Khoa Công nghộ thông tin và Khoa Vật lý Đại học Quốc gia Hà Nội.

b Nguyên lý hoạt động của khối ADC:

Các khối ADC được thiết kế và lắp đặt trên cơ sở phối hợp giữa đề tài và Phòng Điộn tử hạt nhân Viộn Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Các đặc trưng của ADC được khảo sát sau khi lắp đặt như sau:

o Lối vào là xung có phân cực dương, biên độ từ 0 đến 10 V cử a Gate làm viộc

với xung logic TTL Nếu cửa Gate ở mức logic 0 (mức điện áp từ 0 đến 0,8 V) thì

ADC bị cấm Nếu cửa Gate ở mức logic 1 ( mức diện áp từ 2,4 đến 5 V) thì ADC

được phép làm việc Mức điộn áp ở cửa Gate phải là mức 1 trước đỉnh của xung

cần phân tích khoảng 0,5|IS — tức là xung trùng phùng phải tới của Gate trước khi xung phân tích tới lối vào Input khoảng 0,5|IS

o Lối ra của ADC sử dụng giắc cắm 37 chân, dữ liệu mã thành 12 bit TTL để chuyền vào interface

o ADC loại xấp xỉ liên tiếp 4096 kênh, thời gian biến đổi 25|IS

o Độ phi tuyến tích phân < ± 0,025%; độ phi tuyến vi phân < ±1 %

o Kích thước, điện áp nguồn nuôi của các khối theo tiêu chuẩn NIM

và Q6, như vậy không có điện áp trên tụ C9 để dưa vào phân tích Trong trường hợp xung có biên độ nằm trong vùng được chọn, tụ C9 sẽ tích điện đạt mức độ tích cao nhất khi xung lối vào đạt tới đỉnh Giá trị điện áp này được lặp lại qua hai IC LF356 và đưa tới IC ADC774 Khi điện áp xung lối vào bắt đầu giam chftn số 6 của IC LH 0032 sẽ âm hơn chân số 5 và như vậy ở lối ra của LH 0032

sẽ có một xung âm và xung này được đưa qua các đơn hài 74LS123 để chuẩn lại

vể dạng và thời gian để khỏri phát quá trình so sánh liên tiếp Do có điốt D4 nên viộc tạo xung âm nói trên không làm ảnh hưởng tới giá trị điện áp tích trên tụ C9 Giá trị điện áp trên tụ C9 được giữ nguyên cho đến khi quá trình so sánh kết thúc, giá trị điện áp trên tụ C9 được mã hoá xong sang dạng số và lưu ở buffer TÚI hiệu báo Data Ready cũng là lệnh mở các bóng Q4,Q6 và Q7 phóng hết điện áp trôn tụ C9 xuống đất và chuẩn bị lần biến đổi tiếp theo ADC chỉ làm việc trong

thời gian có xung dương ở cửa Gate và mức logic ở chân 2 (chân EnC — Enable

Convert) của IC 74LS123 U11A ở mức 1 việc bổ sung thêm đường lệnh EnC cho phép điều khiển quá trình đo bằng phần mềm Nguyên lý kéo dãn đỉnh xung nói trên là một trong những giải pháp kỹ thùật mới nhất trong chế tạo khối điện

tử hạt nhân ADC và trong trường hợp này nó được triển khai bằng cách lắp ráp những linh kiện có chất lượng rất cao như LH 0032, LF 356, DAC 0800, ADC

774

Các lệnh đọc dữ liệu:

- Khi chương trình đo bắt đầu hoạt động, trạng thái của EnC được quy đinh ở mức logic 1 cho đến khi thời gian đo kết thúc thì EnC được đặt xuống mức logic

0 Trên khối ADC, đèn xanh ADC ON sáng khi EnC ở mức 1

- Khi có xung trùng phùng với phân cực dương, độ kéo dài 10(_I.S tới cửa Gate, xung vào phân tích sẽ được phân tích Xung này được hình thành với độ kéo dài 4|J.S, dạng Gaus từ khối khuyếch đại phổ và có biên độ tỷ lộ thuận với phần năng lượng của bức xạ gamma bị hấp thụ trong detector Do xung trùng phùng trễ hơn

so với hai xung của lối vào chỉ khoảng 40ns và mặt tăng của xung phân tích là 2|IS nên xung trùng phùng tới cửa Gate baa giờ cũng tới ADC trước đỉnh xung phân tích khoảng gần 2|J.S Như vậy xung trùng phùng hoàn toàn điều khiển được quá trình cho phép hay không cho phép biến đổi của 2 ADC

- Sau khi ADC biến đổi giá trị biên độ xung lối vào sang dạng số xong, lối ra Data Ready của ADC sẽ chuyển sang mức logic 0, báo ADC đã chuẩn bị xong

dữ liệu và sẵn sàng truyền sang máy tính

- Khi máy tính nhận thấy cả hai ADC đều có tín hiệu Data Ready, máy tính sẽ gửi lênh Endata (đặt mức logic 0) để dữ liệu từ buffer của ADC chuyển sang interface và được ghi vào đĩa cứng của máy tính

- Sau khi kết thúc quá trình ghi vào dĩa cứng, máy tính sẽ gửi lệnh Data Accepted để đặt lại trạng thái ADC, chuẩn bị sẩn sàng chờ phân tích xung tiếp theo khi có xung trùng phùng cho phép Thời gian kéo dài của mức logic 0 của Data Accepted vào khoảng 0,5|IS

Các lệnh gửi tới ADC và dữ liệu đọc từ ADC được thực hiện thông qua interface Interface này được lắp đặt dựa trêíi IC 8255A — loại IC mới được sản xuất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính

'»0“

1 KMim ■»>*í •W

|*»M"S Hq-ĩt

O ỡ - ụ ^ ự p s : ? y y H

sẽ có một xung âm và xung này được đưa qua các đơn hài 74LS123 để chuẩn lại

vể dạng và thời gian để khởi phát quá trình so sánh liên tiếp Do có điốt D4 nên việc tạo xung âm nói trên không làm ảnh hưởng tới giá trị điện áp tích trên tụ C9 Giá trị điện áp trên tụ C9 được giữ nguyên cho đến khi quá trình so sánh kết thúc, giá trị điện áp trên tụ C9 được mã hoá xong sang dạng số và lưu ở buffer Tín hiệu báo Data Ready cũng là lệnh mở các bóng Q4,Q6 và Q7 phóng hết điện áp trôn tụ C9 xuống đất và chuẩn bị lần biến đổi tiếp theo ADC chỉ làm việc trong

thời gian có xung dương ở cửa Gate và mức logic ở chân 2 (chân EnC — Enable

Convert) của IC 74LS123 U11A ở mức 1 Việc bổ sung thêm đường lệnh EnC cho phép điều khiển quá trình đo bằng phần mềm Nguyên lý kéo dãn đỉnh xung nói trên là một trong những giải pháp kỹ thùạt mới nhất trong chế tạo khối điện

tử hạt nhân ADC và trong trường hợp này nó được triển khai bằng cách lắp ráp những linh kiện có chất lượng rất cao như LH 0032, LF 356, DAC 0800, ADC 774

Các lệnh đọc dữ liệu:

- Khi chương trình đo bắt đầu hoạt động, trạng thái của EnC được quy đinh ở mức logic ] cho đến khi thời gian đo kết thúc thì EnC được đặt xuống mức logic

0 Trên khối ADC, đèn xanh ADC ON sáng khi EnC ở mức 1

- Khi có xung trùng phùng với phân cực dương, độ kéo dài 10|IS tới cửa Gate, xung vào phân tích sẽ được phân tích Xung này được hình thành với độ kéo dài 4ịis, dạng Gaus từ khối khuyếch đại phổ và có biên độ tỷ lê thuận với phần năng lượng của bức xạ gamma bị hấp thụ trong detector Do xung trùng phùng trễ hơn

so với hai xung của lối vào chỉ khoảng 40ns và mặt tăng của xung phân tích là 2|IS nên xung trùng phùng tới cửa Gate baa giờ cũng tới ADC trước đỉnh xung phân tích khoảng gần 2|ÌS Như vậy xung trùng phùng hoàn toàn điều khiển được quá trình cho phép hay không cho phép biến đổi của 2 ADC

- Sau khi ADC biến đổi giá trị biên độ xung lối vào sang dạng số xong, lối ra Data Ready của ADC sẽ chuyển sang mức logic 0, báo ADC đã chuẩn bị xong

dữ liệu và sẩn sàng truyền sang máy tính

- Khi máy tính nhận thấy cả hai ADC đều có tín hiệu Data Ready, máy tính sẽ gửi lệnh Endata (đặt mức logic 0) để dữ liệu từ buffer của ADC chuyển sang interface và được ghi vào đĩa cứng của máy tính

- Sau khi kết thúc quá trình ghi vào đĩa cứng, máy tính sẽ gửi lênh Data Accepted để đặt lại trạng thái ADC, chuẩn bị sẵn sàng chờ phân tích xung tiếp theo khi có xung trùng phùng cho phép Thời gian kéo dài của mức logic 0 của Data Accepted vào khoảng 0,5|HS

Các lệnh gửi tới ADC và dữ liệu đọc từ ADC được thực hiện thông qua interface Interface này được lắp đặt dựa trêíi IC 8255A — loại IC mới đươc sản xuất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính

5 533 5 3 3 3 * 5 3 5

S 3 3 q 3 3 3 5 « = a g a g 2 £ ÊỄEEỄ22^

82S5AaassaaasaSs-it)

c Nguyên tắc hoạt động của interface.

Interface được thiết kế và lắp đặt trên cơ sở phối hợp giữa đề tài và Khoa Công nghộ Thông tin Đại học Quốc gia Hà Nội.Interface được lắp ráp với linh kiện chủ yếu là 2 IC 8255A Trên hình 3 là sơ đồ chi tiết của interface Mỗi IC 8255A điều khiển và nhận dữ liộu từ một ADC Hai đường tín hiệu Data Ready khi ở mức tích cực 0 (báo dữ liệu đã được chuẩn bị xong), sẽ được đổi phân cực và nhân logic Lúc đó ở chân PB7 của IC 8255A thứ nhất sẽ có mức logic 0 (trong trường hợp chỉ một trong hai hoặc cả hai đương Data Ready có mức logic 1 thì PB7 luôn ỏ mức 1 Máy tính liên tục kiếm tra trạng thái của PB7 với chu kỳ khoáng 1 ns một lần Nếu phát hiện PB7 trở về 0, chương trình máy tính sẽ ra lệnh

để trạng thái PC2 và PC4 của 8255A về mức tích cực 0 tức là lối vào Endata của hai ADC nhận lệnh để mở buffer truyền dữ liệu sang các chân PAO — PA7, PBO

— PB4 (12 đường) của cả hai IC 8255A May tính sẽ nhận dữ liệu từ hai IC này thông qua lệnh đọc cổng 300 và 304 Dữ liệu được ghi thẳng vào dĩa cứng sau

khi làm phép đảo (vì ở lối ra của ADC dữ liệu được lưu ở buffer dưới dạng đảo để

bảo đảm tính ổn định) Việc sử dụng IC 8255A để làm interface là một bước tiến rất xa so với hệ thống ghi dữ liệu của hẹe đo cộng biên độ các xung trùng phùng

ở Dubna Trong hê thống ghi nhận ở Dubna, phải sử dụng các khối nhớ được thiết lập trên hệ chuẩn CA MAC mà đây là một hệ thống khá cồng kềnh dễ sảy ra trục trặc Dữ liệu sau khi đo xong mới được chuyển sang băng từ để lưu trữ Với việc sử dụng những linh kiện, thiết bị hiện đại nhất có trên thị trường máy tính ghi dữ liêu lên đĩa cứng để chuyển sang ghi lên dĩa CD để lưu trữ, h ĩ thống ghi nhận thông tin của đề tài rõ tàng là gọn nhẹ, có tốc độ cao và độ an toàn dư liêu

If keypressed then goto nhan;

until (port[b2] and $80)=$00; {ready}

cao hơn nhiẻu (dữ liệu lưu trữ trên đĩa CD có tuổi thọ cao hơn so với lưu trữ trên băng từ).

Interface được lắp đặt thêm một công tắc chuyển mạch để có thể đo ở chế độ phổ

kế gamma đơn tinh thể (sử dụng một detector ) bằng một động tác gạt mà không phải thay đổi cấu hình hệ đo

d Hoạt dộng của khối khuy ếch đạỉ, gạt ngưỡng nhanh và trùng phùng.

Trong quá trình thực hiện đề tài, khối khuyếch đại nhanh, gạt ngưỡng nhanh và trùng phùng do được lắp ráp chung trên một mạch in nên sẽ gọi ngắn gọn là khối trùng phùng Việc lắp ráp chung để có ba chức nãng như vậy trên một khối điện

tử cho phép tiết kiệm không gian làm việc, dây nối, tốc độ làm việc và khung cơ khí Có hai khối trùng phùng đã được thử nghiệm và cho kết quả như nhau Khối trùng phùng thứ nhất sử dụng hoàn toàn các loại vi mạch tốc độ nhanh Lý do cơ bản để có thể sử dụng vi mạch trong khối này là xung từ detector nhấp nháy có tốc độ tăng giảm điện áp cực đại chỉ vào khoảng 20V/JIS Các loại IC LF 356;

LM 311; 74LS 00; 74LS 122 hoàn toàn đáp ứng được tốc độ làm việc này nên khôi điện tử này được sử dụng trong hầu hết các phép đo Khối trùng phùng thứ hai được thiết kê cho việc chuẩn bị sử dụng các detector bán dẫn có lối ra thời gian riêng, ở lối ra thời gian này, xung chỉ kéo dài khoảng 6 đến 10 ns Các loại

IC làm nhiệm vụ khuyếch đại và gạt ngưởng hiện có trên thị trường Viột Nam không đáp ứng được tốc độ thay đổi điện áp của xung ở lối ra thời gian của detector bán dẫn (400V/|is) nên bắt buộc phải thiết kế khối trùng phùng thứ hai với phần khuyếch đại, gạt ngưỡng bằng bóng bán dẫn tần số siêu cao ( 640 MHz)

và bảo đảm giữ mặt trước của xung Phần hình thành xung, nhân logic, đặt thời gian kéo dài và thời gian chết sử dụng các IC logic TTL loại F (loại tốc độ cao có thể làm việc với tần số too — 200 MHz)

e Các khối cao áp, khuyếch dại phổ

Các khối cao áp, khuyếch đại phổ được tận dụng từ máy phân tích biên độ một kênh của Đức Các khối này nếu mua của hãng CANBERRA thì tổng giá trị khoảng 6.000 $, nếu thiết kế và lắp đặt tại Việt nam thì phải chi phí khoảng 1.100 $ Các khối điện tử nói trên (hai khối khuyếch đại phổ, hai khối cao áp) của may phân tích biên độ một kênh của Đức hoạt động tốt, độ ổn định cao Cụ thể, cao áp đặt ở chế độ 800 V trôi không quá 1 V trong 8 giờ Hệ số khuyếch đại của khối khuyếch đại phổ 30 dB thay đổi không quá 0,05% trong 8 giờ Các tham

số nói trên được đo bằng Von kế điện tử chỉ thị hiên số và dao động ký Ngoài ra các kết quả đo với các nguồn đồng vị C s137 và Na22 trong thời gian dài cũng khẳng định chất lượng hê đo mà chủ yếu là các khối điện tử nói trên hoạt động tốt, có độ ổn định cao (trong hê đo chất lượng và sự ổn định của các khối cao áp

và khuyếch đại phổ đóng vai trò cực kỳ quan trọng)

II CHƯƠNG TRÌNH GHI, x ử LÝ s ố LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH.

• Chương trình đọc dữ liệu từ hai ADC

If keypressed then goto nhan;

until (port[b2] and $80)=$00; {ready}

port[cl]:=port[cl] and $ef;delay( I );

port[c2]:=port[c2] and $ef;delay(l);

2 Hệ thống chương trình xử lý sô liệu

Hệ thống phần mềm xử lý số liêu đầy đủ của phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng đê nghiên cứu cấu trúc hạt nhân khá phức tạp bao gồm nhiều công đoạn khác nhau Tuy nhiên đối với hệ đo sử dụng detector nhấp nháy, trong khuôn khổ đề tài chỉ xây dựng những phần mềm như sau: Chương trình tạo phổ tổng, chương trình tạo phổ vi phân, chương trình làm khớp số liệu để tính diện tích và vị trí đỉnh năng lượng cua các bức xạ gamma Trên hình 4 là mô tả hệ thống phần mềm xử lý số liệu để tạo phổ tổng và phổ Vi phân

D L / Â S l

-Hình 4: Sơ đổ hệ thống phần mém xử lý tạo phổ tổng và phổ vi phân

Cụ thể các bước tiến hành như sau:

- Tạo phổ tổng:

Từ ma trận hai cột n hàng của file dữ liệu, tách riêng từng cột và tích luỹ thành phổ của detector 1 và detector 2 Dựa vào các chuyển dời mạnh đã biết, ta xây dựng được các đường chuẩn nãng lượng cho cả hai detector Đồng then tạo một

ma trận một cột n hàng và tích luỹ thành phổ tổng Dựa vào đường chuẩn năng lượng và phổ tổng (theo số kênh), biến phổ này từ dạng số đếm phụ thuộc số kênh thành phổ số đếm phụ thuộc năng lượng

- Tạo phổ vi phân:

Từ phổ tổng (số đếm phụ thuộc năng lượng ), xác định những đỉnh tổng tương ứng chuyển dời nối tầng từ trạng thái Bn về một số trạng thái kichs thích cuối Giả sử các mức kích thích cuối có nãng lượng từ E0, Ej, đến E, (thường i < 10), chọn các đính tổng tương ứng với năng lượng Bn — Ej Đó là các đỉnh tương ứng với sự hấp thụ hoàn toàn năng lượng của bức xạ gamma ở cá hai detector Từ file

số liêu gốc, ta lựa chọn chỉ những chuyển dời mà tổng năng lượng của chúng bằng: Eyi + Ey2 = Bn — E, ± A với A là độ rộng của đỉnh tổng Tích luỹ thành phổ các chuyển dời Ey! và Ey2 nói trên và ghép lại ta sẽ thu được phổ vi phân Như vậy ứng với mỗi giá trị Ej ta sẽ thu được một phổ vi phân Từ các phổ vi phân này ta

dễ dàng tìm được các chuyển dời sơ cấp, sơ đồ mức kích thích, cường độ chuyển dời nối tầng và cả hệ số rẽ nhánh của phân rã từ các mức kích thích trung gian

Hệ thống chương trình xử lý dữ liệu được viết bằng ngôn ngữ FOTRAN trên nền WINDOWS NGôn ngữ này được lựa chọn để viết chương trình xử lý vì khả năng tính toán lớn, số phần tử nhớ gần như không hạn chế và tốc độ tính toán cao.

3 Ghép nối mạng máy tính với hệ đo

Phụ trách việc ghi nhận số liệu là một máy tính 486 DX4 100 Plux |3 của Mỹ - loại máy được đánh giá là làm việc rất ổn định, tốc độ làm viộc phù hợp với tốc

độ làm việc của hệ điện tử biến đổi và ghi nlìận số liệu

Các máy tính còn lại thuộc họ 586 và Petium m tốc độ 500 MHz Khác với máy tính dùng để ghi nhận số liệu, hệ máy này cần có tốc độ cao để làm việc với những chưomg trình và file dữ liệu kích thước lớn Tất cả các máy được ghép nối mạng (LAN) để thuận tiộn và nhanh chóng trao đổi chương trình, dữ liệu và kết quả xử lý Hệ thống mạng máy tính luôn hoạt động ổn đinh tốc độ truyển dữ liệu đạt giá trị cực đại như thiết kế Sơ đổ nối mạng của cả hộ được trình bày trên hình

5 Mạng cục bộ này đã được nối với hộ thống chung của Đại học Quốc gia Hà Nội

Hình 5: Hệ thống mạng máy tính và hê đo được ghép nối

III M ỘT SỐ KẾT QUẢ ĐO THỬ NGHIỆM

1 Các kết q u ả đo VỚI C s1'7 và Na22

Để đánh giá chất lượng các khối điện tử được sử dụng, cần thiết đo phổ của

Cs137 và Na22 ở chế độ phổ kế đơn tinh thể Dùng các ADC và interfase nói trên

với nguồn Csl37 đã thu được các kết quả như sau:

1 879 1757 2035 3513

PtiĂ C s I 37 với ADC thứ 1 P tó C i l37 với ADC thứ 2

Hình 6: Phổ C sl37 với các khối ADC, inte'rfase chung cho cả hai trường hợp

Hình 7: Phổ Na22 đo bằng chế độ phổ kế đom tinh thể

Các tính toán bằng chương trình xử lý số liệu cho thấy rằng hệ thống ghi nhận số liệu hoạt động tốt, detector nhấp nháy có độ phân giải năng lượng vào khoảng 20% ở năng lượng 5 l l KeV

2 Kết quả đo với Co60:

Bố trí thực nghiệm:

Hai detector đặt đối diên nhau trên giá đỡ, nguồn phóng xạ đặt ở giữa Các lối ra của detector (lối vào của khuyếch đại phố) được nối với hai lối vào của sơ đồ trùng phùng Tín hiệu từ hai lối ra của khuyệch đại phổ được đưa vào hai lối vào (Input) của hai ADC Lối ra phân cực dương của sơ đồ trùng phùng được nối với