轻便型多道γ能谱仪
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发布时间：2022-04-30 14:01
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时间：2022-06-22 21:48
多道γ能谱仪，也可以利用上述组成四道γ能谱仪的方法，将许多相邻道址的单道脉冲幅度分析器组合在一起，构成多道分析器。如果道数很多，不仅构造复杂，而且很难保证性能稳定。为此多道脉冲幅度分析器采用了和单道脉冲幅度分析器完全不同的原理和电路。
多道脉冲幅度分析器是多道γ能谱仪的核心部分。现代的多道脉冲幅度分析器，主要由模数转换器(ADC)、地址编码器和存储器构成。探测器将不同能量的γ射线换成与能量成正比的不同幅度的脉冲信号，输入到ADC(Analog Digital converter)；经过内部变换，将输出的脉冲幅度按幅度大小转换成用数字表示；并对每个数字编码变换成标记性的地址码(称标码)接入一组编有地址的存储器，被分析的不同幅度的脉冲按标码选址进入相应的相邻的存储器中，实现按脉冲幅度分类记录。每个地址存储器为一道，设有一个计数器，每存一次使该道读数加一。多道分析器有2n个地址存储器，并将输入脉冲幅度分成2n个数字编码，即构成2n道脉冲幅度分析器。如图4-5-5所示。如取n=8即为256道；取n=12，即为4096道。
图4-5-5多道脉冲幅度分样器原理图
一台完整的多道γ能谱仪，还需要有探测器、线性放大器，以及数据记录处理器、控制和显示系统等。
(一)便携式微机多道γ能谱仪
目前这类仪器品种很多，基本结构也大同小异。主要由探测器，线性放大器、ADC模数转换器、变换控制器和单片(或笔记本)微机系统组成。如图4-5-6所示。探测器可以是NaI(Tl)闪烁探测器，也可以是高能量分辨率的半导体探测器。放大器一般使用低功耗(CMOS)高速线性运算放大器，ADC多数使用高分辨能力的线性放电工作的16位模数转换器，通过接口/控制使微机系统能够顺利读取ADC输出数据，并处理显示其结果。
一台性能优良的轻便多道γ能谱仪，还要增加一些辅助设备。首先在放大器之后要接入甄别器消除噪声信号(图4-5-6)。其次是探测器采集脉冲信号时，为了不漏计，还要对脉冲尖峰适当展宽，又增加了脉冲峰值保持电路。第三，ADC给出的道宽并不均匀，引起非线性误差较大，因此增设了滑尺电路，保持道宽均匀。
类似以上原理近年制造的轻便多道γ能谱仪，列于表4-5-3供参考。
图4-5-6 轻便多道γ能谱仪结构原理图
表4-5-3 几种轻便多道γ能谱仪(20世纪90年以后产品)
(二)轻便多道X射线荧光仪
原子核外电子跃迁产生的X射线，能量均小于140keV。其探测原理与γ射线基本相似。由于能量较低，一般采用薄窗户的薄片状(1～5mm厚)NaI(Tl)或CsI(Tl)闪烁体，正比计数器以及锂漂移硅探测器和高纯锗半导体探测器。近年研制成功，推出应用的电致冷高能量分辨率的半导体探测器有：Si-PIN和镉锌碲(CZT)。其主要性能指标列于表4-5-4。
表4-5-4 半导体X射线探测器性能
(据葛云全、赖万昌，2002)
①对5.9keV的X射线；②对低能X射线的能量分辨率较差；③可进行短时间(几天)的室温保存；但必须在液态氮冷却下工作。
Si-PIN结半导体探测器和镉锌碲(CZT)半导体探测器，都是常温下保存，电致冷(-30℃)工作。它具有体积小能量分辨高，适合于现场测量的便携式仪器使用的特点。Si-PIN适合于低能量X射线能谱测量，CZT适合于高能量X射线测量。
X射线是放射源激发产生的。因此，X射线探测器附带有激发源。便携式X射线荧光光仪使用的激发源主要是专用的放射性同位素源，如241Am(镅)和238Pu(环)等。
使用的多道X射线能谱仪，其结构原理与γ射线能谱仪基本一致，这里不再赘述。
世界第一次提出使用放射性同位源激发产生X 射线荧光的是法国学者(1956年)。我国1974年研制出第一台携带式放射性同位素X射线荧光仪。几十年来不断更新，近10年来主要使用的多道X射线能谱仪，有重庆地质仪器厂生产的HYX-6微机X射线荧光仪(2000年)；2002年成都理工大学研制出使用Si-PIN半导体探测器的多道轻便X射线荧光仪，提高了探测灵敏度，一次探测多元素成为现实，拓宽了应用领域。
