أجهزة قياس أشعة جاما الحديثة مع معالجة الإشارات الرقمية
تتضمن قياسات الطيف النووي استخدام أدوات معملية تستخدم في المقام الأول معالجة الإشارات الرقمية (DSP).
بالمقارنة مع التصميمات التناظرية التقليدية، يتيح DSP استقرارًا عاليًا ودقة محسّنة وإنتاجية أعلى في جميع التطبيقات.
توفر جميع المزايا المذكورة أعلاه جودة طيف ونتائج تحليل محسنة. وفيما يتعلق بتطوير وحدات معالجة الإشارات الرقمية منخفضة الطاقة، تم إحراز تقدم في تنفيذ DSP في الأجهزة المحمولة وبناء أجهزة التحليل على أساسها في لوحات الكمبيوتر القياسية.
معالجة الإشارات الرقمية.
يقوم مطياف الإشعاع المؤين بتحويل نبضات الشحنة الكهربائية من الكاشف إلى نبضات جهد، يتم قياس سعتها وتخزينها في ذاكرة المطياف على شكل رسم بياني. يتم تحليل هذا الرسم البياني لسعة النبضات بواسطة برنامج لتحديد النظائر الموجودة في العينة نوعيًا وكميًا.
في النظام التناظري، يتم تشكيل النبضة بواسطة دوائر إلكترونية تناظرية تميل خصائصها إلى التغير اعتمادًا على درجة الحرارة ومعلمات القياس الأخرى. في النظام الرقمي، يتم تشكيل النبضة بواسطة معالج إشارة رقمي يتم تنفيذه كدائرة متكاملة كبيرة جدًا، وهو عبارة عن مطياف عالي الاستقرار. تتمثل إحدى أهم مزايا النظام الرقمي في العدد اللانهائي تقريبًا من مجموعات معلمات تشكيل النبضة المتاحة. وهذا يجعل من الممكن اختيار أفضل وضع تشغيل لكل كاشف محدد، مما يسمح بتحقيق أفضل دقة وإنتاجية على هذا الكاشف المحدد.
التشابه الوحيد الذي يتبين عند مقارنة المخططات الكتلية لمطياف تناظري ورقمي هو وجود متتبع باعث عند المدخل لاستقبال إشارة من مكبر الصوت المسبق، وواجهة للتواصل مع الكمبيوتر عند المخرج. مباشرة بعد متتبع الإدخال في المطياف الرقمي، يقوم محول تناظري رقمي سريع برقمنة شكل كل إشارة إدخال وتحويلها إلى سلسلة من الأرقام. يعالج مرشح رقمي هذه المعلومات باستخدام خوارزمية خاصة. بعد المرشح الرقمي، يتم تنفيذ وظائف استعادة خط الأساس، والضبط الدقيق للمكسب، وتثبيت الطيف بدقة رقمية واستقرار.
المرشحات الرقمية . يظهر شكل المرشح الرقمي في الشكل.
المرشح له شكل شبه منحرف مع جوانب يمكن أن تكون مقعرة وقمة مسطحة يمكن أن تكون مائلة أو لها عرض صفري (ثم يولد شبه المنحرف على شكل مثلث). يستخدم مرشح شبه المنحرف التقليدي للعمل مع أجهزة الكشف عن أشباه الموصلات المحورية. مع وجود حجم كبير من أجهزة الكشف ذات العجز البالستي، يتم استخدام مرشحات ذات قمة مائلة، مما يسمح بالتعويض الجزئي للعجز. إذا كنا نتحدث عن العمل مع أجهزة الكشف عن أشباه الموصلات المستوية وأجهزة الكشف عن الوميض، ففي هذه الحالة يتم استخدام شكل مرشح مثلثي بشكل أساسي أو يتم جعل عرض القمة المسطحة ضئيلًا. في هذه المرحلة من تطوير أجهزة قياس الطيف الرقمية الحديثة، من الممكن تعيين عدة عشرات من القيم الممكنة لكل معلمة مرشح: وقت الارتفاع، وعرض القمة المسطحة، وتقعر جانب شبه المنحرف، وزاوية ميل القمة المسطحة. تتيح مجموعة كبيرة من معلمات المرشح الرقمي ضبط جهاز قياس الطيف بدقة لكاشف معين مستخدم.
الخصائص المقارنة للأجهزة الرقمية والتناظرية
أجريت المقارنات الأولى بين أجهزة قياس الطيف التناظرية والرقمية في مختبر لوس ألاموس الوطني في الولايات المتحدة الأمريكية. تم اختيار أول جهاز قياس طيف رقمي تم إنتاجه بشكل متسلسل DSPec (صنعته شركة ORTEC، الولايات المتحدة الأمريكية) ونظام تناظري يعتمد على كتل NIM للمقارنة؛ مصدر طاقة 4002D (ORTEC)، ومصدر طاقة عالي الجهد 3106D (صنعته شركة كانبيرا، الولايات المتحدة الأمريكية)، ومحول سعة إلى رقمي 8077 (كانبيرا)، ومثبت رقمي 8232 (كانبيرا)، ومكبر طيف 672 (ORTEC)، ومحلل متعدد القنوات 4610 (كانبيرا). تم استخدام كاشفين محوريين مصنوعين من الجرمانيوم النقي من النوع p من تصنيع شركة كانبيرا بكفاءة 23٪ و 25٪ على التوالي في العمل.
تم استخدام مصدرين للإشعاع المؤين في التجربة: 57 Co و 60 Co لتقييم الأجهزة في نطاقات الطاقة المنخفضة والعالية على التوالي. تم جمع الأطياف عند المدخل عند أحمال 1 و3 و10 و30 كيلو هرتز بأوقات تشكيل 2 و4 و6 ميكرو ثانية للتناظرية وأوقات صعود 4 و8 و12 ميكرو ثانية لـ DSPec. بالنسبة للحمل 50 كيلو هرتز، تم استخدام وقت تشكيل 2 ميكرو ثانية ووقت صعود 4 ميكرو ثانية.
نتيجة للمقارنة، كان من الممكن إثبات أن جهاز قياس الطيف الرقمي أظهر في معظم التجارب خصائص أفضل مقارنة بالجهاز التناظري. وعلى وجه الخصوص، تم الكشف عن أن جهاز معالجة الإشارات الرقمية يتمتع بإنتاجية أعلى بنفس دقة النظام التناظري.
