डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के साथ आधुनिक गामा-रे स्पेक्ट्रोमीटर
परमाणु स्पेक्ट्रोमेट्री माप में प्रयोगशाला उपकरण शामिल होते हैं जो मुख्य रूप से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) का उपयोग करते हैं।
पारंपरिक एनालॉग डिजाइनों की तुलना में, डीएसपी सभी अनुप्रयोगों में उच्च स्थिरता, बेहतर रिज़ॉल्यूशन और उच्च थ्रूपुट सक्षम करता है।
ऊपर सूचीबद्ध सभी लाभ बेहतर स्पेक्ट्रम गुणवत्ता और विश्लेषण परिणाम प्रदान करते हैं। कम-शक्ति डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग मॉड्यूल के विकास के संबंध में, पोर्टेबल उपकरणों में डीएसपी को लागू करने और मानक पीसी बोर्डों में उनके आधार पर विश्लेषक बनाने में प्रगति हुई है।
डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग.
आयनकारी विकिरण स्पेक्ट्रोमीटर डिटेक्टर से विद्युत आवेश पल्स को वोल्टेज पल्स में परिवर्तित करता है, जिसका आयाम मापा जाता है और स्पेक्ट्रोमीटर की मेमोरी में हिस्टोग्राम के रूप में संग्रहीत किया जाता है। पल्स एम्पलीट्यूड के इस हिस्टोग्राम का विश्लेषण सॉफ्टवेयर द्वारा नमूने में मौजूद आइसोटोप के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के लिए किया जाता है।
एनालॉग सिस्टम में, पल्स एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा बनाई जाती है, जिनकी विशेषताएँ तापमान और अन्य माप मापदंडों के आधार पर बदलती रहती हैं। डिजिटल सिस्टम में, पल्स एक बहुत बड़े एकीकृत सर्किट के रूप में कार्यान्वित डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर द्वारा बनाई जाती है, जो एक अत्यधिक स्थिर स्पेक्ट्रोमीटर है। डिजिटल सिस्टम के सबसे महत्वपूर्ण लाभों में से एक उपलब्ध पल्स निर्माण मापदंडों के संयोजनों की लगभग अनंत संख्या है। यह प्रत्येक विशिष्ट डिटेक्टर के लिए सर्वोत्तम ऑपरेटिंग मोड का चयन करना संभव बनाता है, जो इस विशिष्ट डिटेक्टर पर सर्वोत्तम रिज़ॉल्यूशन और थ्रूपुट प्राप्त करने की अनुमति देगा।
एनालॉग और डिजिटल स्पेक्ट्रोमीटर के ब्लॉक आरेखों की तुलना करने पर जो एकमात्र समानता सामने आती है, वह है इनपुट पर प्रीएम्पलीफायर से सिग्नल प्राप्त करने के लिए एक एमिटर फॉलोअर की उपस्थिति, और आउटपुट पर कंप्यूटर के साथ संचार के लिए एक इंटरफ़ेस। डिजिटल स्पेक्ट्रोमीटर में इनपुट फॉलोअर के तुरंत बाद, एक तेज़ ADC प्रत्येक इनपुट सिग्नल के आकार को डिजिटाइज़ करता है और इसे संख्याओं की एक स्ट्रिंग में परिवर्तित करता है। एक डिजिटल फ़िल्टर एक विशेष एल्गोरिथ्म का उपयोग करके इस जानकारी को संसाधित करता है। डिजिटल फ़िल्टर के बाद, बेसलाइन बहाली, लाभ की फ़ाइन-ट्यूनिंग और डिजिटल सटीकता और स्थिरता के साथ स्पेक्ट्रम के स्थिरीकरण के कार्य किए जाते हैं।
डिजिटल फिल्टर . डिजिटल फिल्टर का आकार चित्र में दिखाया गया है।
फ़िल्टर में एक समलम्ब चतुर्भुज का आकार होता है जिसके किनारे अवतल हो सकते हैं और एक सपाट शीर्ष जो झुका हुआ हो सकता है या जिसकी चौड़ाई शून्य हो सकती है (तब समलम्ब चतुर्भुज एक त्रिभुज के रूप में पुनर्जन्म लेता है)। पारंपरिक समलम्ब चतुर्भुज फ़िल्टर का उपयोग समाक्षीय अर्धचालक डिटेक्टरों के साथ काम करने के लिए किया जाता है। बैलिस्टिक घाटे वाले डिटेक्टरों की एक बड़ी मात्रा के साथ, एक झुके हुए शीर्ष वाले फ़िल्टर का उपयोग किया जाता है, जो घाटे के आंशिक मुआवजे की अनुमति देता है। अगर हम प्लानर सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों और सिंटिलेशन डिटेक्टरों के साथ काम करने के बारे में बात कर रहे हैं, तो इस मामले में एक त्रिकोणीय फ़िल्टर आकार का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है या फ्लैट टॉप की चौड़ाई को न्यूनतम बनाया जाता है। आधुनिक डिजिटल स्पेक्ट्रोमीटर के विकास के इस चरण में, प्रत्येक फ़िल्टर पैरामीटर के लिए कई दर्जन संभावित मान सेट करना संभव है: वृद्धि समय, फ्लैट टॉप की चौड़ाई, ट्रेपोज़ॉइड पक्ष की अवतलता, फ्लैट टॉप के झुकाव का कोण। डिजिटल फ़िल्टर मापदंडों का एक बड़ा चयन किसी विशिष्ट डिटेक्टर के लिए स्पेक्ट्रोमीटर को ठीक से ट्यून करना संभव बनाता है।
डिजिटल और एनालॉग उपकरणों की तुलनात्मक विशेषताएं
एनालॉग और डिजिटल स्पेक्ट्रोमीटर की पहली तुलना यूएसए में लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी में की गई थी। पहले सीरियल रूप से निर्मित डिजिटल स्पेक्ट्रोमीटर DSPec (ORTEC, USA द्वारा निर्मित) और NIM ब्लॉक पर आधारित एक एनालॉग सिस्टम को तुलना के लिए चुना गया; एक 4002D पावर सप्लाई (ORTEC), एक 3106D हाई-वोल्टेज पावर सप्लाई (कैनबरा, USA द्वारा निर्मित), एक 8077 एम्पलीट्यूड-टू-डिजिटल कनवर्टर (कैनबरा), एक 8232 डिजिटल स्टेबलाइजर (कैनबरा), एक 672 स्पेक्ट्रोमेट्रिक एम्पलीफायर (ORTEC), और एक 4610 मल्टीचैनल एनालाइजर (कैनबरा)। कैनबरा द्वारा निर्मित शुद्ध पी-टाइप जर्मेनियम से बने दो समाक्षीय डिटेक्टरों का उपयोग क्रमशः 23% और 25% की दक्षता के साथ किया गया था।
प्रयोग में आयनकारी विकिरण के दो स्रोतों का उपयोग किया गया: 57 Co और 60 Co, क्रमशः निम्न और उच्च ऊर्जा श्रेणियों में उपकरणों का मूल्यांकन करने के लिए। स्पेक्ट्रा को 1, 3, 10 और 30 kHz लोड पर इनपुट पर एकत्र किया गया था, जिसमें एनालॉग के लिए 2, 4, 6 μs का आकार देने का समय और DSPec के लिए 4, 8 और 12 μs का उदय समय था। 50 kHz लोड के लिए, 2 μs का आकार देने का समय और 4 μs का उदय समय इस्तेमाल किया गया था।
तुलना के परिणामस्वरूप, यह स्थापित करना संभव था कि अधिकांश प्रयोगों में डिजिटल स्पेक्ट्रोमीटर ने एनालॉग डिवाइस की तुलना में बेहतर विशेषताएँ दिखाईं। विशेष रूप से, यह पता चला कि एनालॉग सिस्टम के समान रिज़ॉल्यूशन के साथ डीएसपी में उच्च थ्रूपुट है।
