NaI(T1)单晶γ 能谱测量实验

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1、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、

2、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

3、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。

4、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

5、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

6、～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。单道脉冲分析器的功能是把线性脉冲放大器的输出脉冲按高度分类：线性脉冲放大器的输出是0～10V，如果把它按脉冲高度分成500级，或称500

7、道，则每道的宽度为0.02V,也就是输出脉冲的高度按0.02V的级差来分类，例如脉冲高度为5.57V时，它归类到5.57/0.02＝278.5～279道。所以，单道脉冲分析器有一个调节阈值电压V的电位器，范围为0.1～10V；同时还有一个改变道宽△V的电位器，脉冲高度在V+△V/2与V－△V/2之间的脉冲，才能通过单道分析器（对称输出），并由定标器累计这类脉冲的脉冲数。总的道数由阈值电压及道宽来决定。逐点增加阈值电压，就可甄别出各种脉冲高度的脉