NaIT1单晶γ 能谱测量实验.pdfVIP

新开近代物理实验讲义之一 NaI(T1)单晶γ 能谱测量实验 一 NaI(T1)单晶γ 能谱仪的简要工作原理 1、总体概述 BH1324 型微机γ 多道谱仪系列的基本系统由碘化钠能谱探头、高压电源(HV)/线性放大器(AMP)、4096 道模数变换器(ADC)、电脑串行接口 RS-232 及计算机等组成。 线性放大器将对从探测器输出的电脉冲信号进行适当的放大，然后再送入模数变换器(ADC)。ADC 的主 要任务是把模拟量(电压幅度)变换为脉冲数码并对模拟量进行选择，变换出的脉冲数码经电脑接口送入计 算机的一个特定内存区。高压电源供给探测器所需高压及低压。 2、线性放大器 整个放大器由输入缓冲器、第一级成形电路、第一级放大器、第二级成形器、第二级放大器、同相/反 相器及输出缓冲器等六个部分组成。两个缓冲器均为互补式射极跟随器，利用这种电路输入阻抗高，输出 阻抗低的特点，使放大器的输入端与探头，输出端与 ADC 很好匹配，成形电路主要是为提高信噪比。 两个放大级均采用快速运算放大器 LM318，每一级提供 2倍、4 倍和8倍的增益。同相/反相器也由 LM318 集成运算放大器组成。因为放大器输出总是接 ADC，ADC 输入信号要正极性，所以不管放大器输入极性如 何，通过极性选择开关使输出信号为正极性。 3、模数变换器(ADC) 本模数变换器是线性放电型 ADC。在幅度分析(PHA)时，微机通过串口接口给出启动电平，ADC 即可工 作。在没有输入信号时，线性门开着，输入信号轻缓冲器、零点调节器、并通过线性门送到峰展宽器，输 入信号向展宽器的记忆电容(CM)充电，当记忆电容的电压充电到输入信号的峰值后，展宽器的充电二级管 截止，电容上的电荷保持着 (这就是所谓展宽器的意思) 。如果输入信号在上下阈之间，快地址不产生溢 出，在充放标志(CFB)脉冲产生后，将启动定相电路并关闭线性门，定相触发器(A7)的输出去控制线性放 电，当记忆电容上的电压放到基线值时，展宽器因充电二级管导通而复原，此时充放标志也随之复原，并 关闭时钟门。如果输出信号虽在上下阈之间寄存器有溢出现象，这时线性放电终止，但记忆电容上还有剩 余电压，这部分电压要快放电。 输入信号小于下阈或大于上阈值，ADC 均会进行自动快放电，在线性放电期间，时钟门(B7)打开，80MHz 的时钟将送入快地址寄存器。很显然，快地址的计数 N 与开时钟门的时间 T 成正比，而开时钟门的时间又 和输入信号的幅度 V 成正比，所以V 正比于N，快地址里的计数，通过存储标志（CCB）脉冲打开发送门同 时作为请求（RQ）信号送向微机接口电路，在微机响应中断后，给 ADC 发出回答（AW）信号，ADC 进入接 受第二个信号的等待状态，如 ADC 还没有进入这种状态又来了一个信号，则将进行快放电。 定相电路使放电起始的时刻和时钟信号有一个确定的时间关系，这样克服道边界的摆动，从而提高了 ADC 的电压分辨率。 ADC 的道数选择通过软件控制来实现，道数选择码 A 与B 的组合（00、01、10、11）可实现4096、2048、 1024、512 等四种不同谱长，这种方式即节省硬件又很方便。 4、γ 能谱仪 当γ 射线进入闪烁体时，在某一地点，γ 射线与闪烁体相互作用，产生次级电子，闪烁体吸收射线产 生的次级电子的能量而使闪烁体的原子、分子电离和激发，退激时发射出大量的荧光光子，利用反射物和 光导将荧光光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴级上。荧光光子打到光阴极时，由于光电效应，它将 产生光电子，这些光电子经极间电场加速和聚焦后，打在第一打拿极上，能产生 3～6 个二次电子，这些 二次电子再经以后各级打拿极上的倍增，在阳极上可接收到 104～109 个电子。这些电子在阳极的负载电 阴上输出电压脉冲，由于荧光光强与γ光子在闪烁体内消耗的能量成正比，而荧光光强又与光电倍增管阳 极上输出的电压脉冲的幅度成正比，所以，γ 光子在闪烁体内消耗的能量与光电倍增管阳极输出的电压脉 1 冲的幅度成正比，我们可以根据脉冲幅度来确定入射γ 光子的能量。阳极输出电压脉冲经射极跟随器（阻 抗匹配）后，输出到线性脉冲放大器，放大后输入到单道脉冲分析器与定标器（或多道脉冲分析器）。我 们就可以用这样组成的γ 能谱仪测得γ 光子的能谱图。 单道脉冲