XÂY DỰNG hệ PHÂN TÍCH đa KÊNH MCA sử DỤNG OSCILLOSCOPE và PHẦN mềm LABVIEW CHO DETECTOR NAI(TL)

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

II-P-1.4
XÂY DỰNG HỆ PHÂN TÍCH ĐA KÊNH MCA SỬ DỤNG OSCILLOSCOPE VÀ PHẦN MỀM
LABVIEW CHO DETECTOR NAI(TL)
Nguyễn Quốc Hùng, Nông Tiến Toản, Võ Hồng Hải
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Email:

1

TÓM TẮT
Trong bài báo này, chúng tôi phát triển một hệ phổ kế gamma dùng detector nhấy nháy NaI(Tl)
3inch x 3inch và hệ phân tích đa kênh sử dụng phần mềm LabVIEW cho Oscilloscope 1GSa-8bits.
Oscilloscope này có chức năng ghi nhận dạng xung và truyền số liệu lên máy tính qua cổng COM.
Phần mềm LabVIEW tìm độ cao xung và hình thành phổ. Một máy phát xung và ba nguồn phóng xạ
gamma (133Ba, 60Co và 137Cs) được sử dụng để đánh giá hoạt động của hệ đo. Hệ phổ kế được phát
triển nhằm phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu tại bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên, Tp.HCM
Từ khóa: Osciloloscope, MCA, phổ kế gamma, LabVIEW
GIỚI THIỆU
Máy hiện sóng (Oscillocsope) là thiết bị điện tử có chức năng chính là đo lường, hiển thị tín hiệu điện thế
(V) biến đổi theo thời gian. Osciloscope được chia làm hai loại: Oscillosope dạng tương tự làm việc trực tiếp với
điện thế đặt vào được đo để di chuyển dòng electron ngang qua màn hình, oscilloscope dạng số lấy mẫu dạng
sóng và dùng một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) để chuyển đổi điện thế được đo
thành thông tin số. Sau đó, thông tin số này được sử dụng để tái cấu trúc lại dạng sóng trên màn hình. Dựa
vào chức năng ghi nhận dạng xung tín hiệu và bộ chuyển đổi ADC của osciloscope dạng số, hiện nay trên
thế giới người ta đã sử dụng oscilloscope để ghi nhận và phân tích các bức xạ hạt nhân như xây dựng hệ phổ
kế thời gian, đo trùng phùng các bức xạ hiếm,… Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng một oscilloscope dạng
số GWInstek GDS-1152A kết hợp với một chương trình giao tiếp với máy tính (LabVIEW) để xây dựng một
hệ MCA ghi nhận và phân tích xung tín hiệu bức xạ từ detector nhấp nháy NaI(Tl) 3 inch × 3 inch hình thành

phổ năng lượng của các nguồn phóng xạ gamma. Oscilloscope này có chức năng ghi nhận dạng xung và truyền
số liệu lên máy tính qua cổng COM. Một giao diện máy tính trên nền phần mềm LabVIEW 2013 được xây dựng
để thu nhận dữ liệu, hiển thị xung tín hiệu, đồng thời phân tích và hình thành phổ biên độ xung. Các dữ liệu
của xung tín hiệu và phổ biên độ xung đều có thể lưu trữ ở dạng tập tin Excel (.xlsx). Sau khi xây dựng, hệ đo
được tiến hành kiểm tra tốc độ ghi nhận, độ tuyến tính với máy phát xung. Các nguồn phóng xạ có tại Bộ môn
như 133Ba, 60Co và 137Cs cũng được dùng để đánh giá đường chuẩn năng lượng và độ phân giải của hệ đo
HỆ PHÂN TÍCH ĐA KÊNH SỬ DỤNG OSCILLOSCOPE 1GSA-8BITS VÀ PHẦN MỀM LABVIEWTM
Hệ MCA được xây dựng dựa trên hai thành phần chính là Oscilloscope GWINSTEK GDS-1152A 1GSa8bits và máy tính dùng phần mềm LabVIEWTM 2013. Các bước để hệ MCA xử lý xung tín hiệu bao gồm:
Oscilloscope số hóa xung tín hiệu do detector ghi nhận, sau đó dữ liệu được truyền lên máy tính và được xử lý
DPP (Digital Pulse Processing) bằng một chương trình được lập trình trên phần mềm LabVIEWTM .
Oscilloscope 1GSa-8bit
Oscilloscope GWInstek GDS-1152A được sử dụng ở Bộ môn Vật lý Hạt nhân có ngõ vào hai kênh, bộ
ADC có độ phân giải 8 bit, khoảng thế hoạt động 10V. Do đó, thiết bị này có thể ghi nhận dữ liệu dạng xung của
tín hiệu. Tín hiệu bức xạ được detector ghi nhận sau khi qua bộ tiền khuếch đại và khuếch đại được cố định bề
rộng xung (shaping time), thông qua cổng vào (channel) oscilloscope lấy mẫu tín hiệu và dùng một bộ chuyển
đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) để chuyển đổi điện thế đo được thành thông tin số. Sau khi hoàn tất
số hóa, xung tín hiệu được máy tính ghi nhận bằng cổng USB và tiếp tục xử lý trên phần mềm LabVIEW.

ISBN: 978-604-82-1375-6

144


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 1. Oscilloscope 1GSa-8bit

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của Oscilloscope

Xử lý xung tín hiệu số và chương trình giao tiếp LabVIEWTM

Sau khi nhận dữ liệu từ oscilloscope, một chương trình được lập trình trên phần mềm LabVIEW sẽ tiến
hành thu thập chuỗi dữ liệu và phân tích dữ liệu để đưa ra được xung tín hiệu. Với một chuỗi tín hiệu căn cứ vào
thời gian và biên độ, bằng các hàm được lập trình trong chương trình LabVIEW có thể tính toán độ cao xung và
biểu diễn song song hai đồ thị: một đồ thị hiển thị xung tín hiệu, một đồ thị hiển thị phổ độ cao xung.
Hình 3 là giao diện chương trình LabVIEW giao tiếp với máy tính, hiển thị song song hai đồ thị của xung
tín hiệu và phổ độ cao xung. Giao diện người dùng được xây dựng trên phần mềm LabVIEW để tương tác với hệ
MCA. Chương trình không chỉ hiển thị dữ liệu thu thập và xử lý được, mà người dùng còn có thể thao tác để
điều chỉnh một số thông số của hệ MCA.

Hình 3. Giao diện chương trình giao tiếp LabVIEW
KHẢO SÁT TỐC ĐỘ ĐÁP ỨNG CỦA HỆ MCA

Hình 4. Khảo sát tốc độ đáp ứng với máy phát xung

ISBN: 978-604-82-1375-6

Hình 5. Đồ thị biểu diễn tốc độ đáp ứng

145


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Bảng 1. Kết quả khảo sát tốc độ đáp ứng của hệ MCA
Tần số (Hz)

Số sự kiện

Tốc độ ghi nhận (Sự kiện/giây)

0,35

35

0,35

0,70

71

0,71

1,50

124

1,24

3,00

125

1,25

6,00

124

1,24

Để khảo sát tốc độ ghi nhận của hệ MCA,, chúng tôi sử dụng máy phát xung phát xung tín hiệu có tần số

thay đổi và biên độ cố định. Kết quả thu được được trình bày trong Bảng 1. Có thể nhận thấy tốc độ ghi nhận của
hệ MCA dừng lại ở 1,24 Hz.
THỰC NGHIỆM ĐO PHỔ GAMMA SỬ DỤNG DETECTOR NAI(TL) 3 INCH × 3 INCH

Hình 6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm với Detector NaI(Tl)
Sau khi khảo sát hệ MCA (Oscilloscope GDS-1152A) chúng tôi tiến hành thực hiện đo phổ bức xạ gamma
của các nguồn phóng xạ sử dụng detector nhấp nháy NaI(Tl) 3 inch × 3 inch. Ba nguồn phóng xạ 133Ba, 60Co và
137
Cs lần lượt được sử dụng trong các thí nghiệm với hệ phổ kế gamma. Phổ ghi nhận được dùng để xác định
đường chuẩn năng lượng, cũng như đánh giá độ phân giải của hệ phổ kế. Kết quả thí nghiệm được trình bày
trong Bảng 2 và Hình 7.
Bảng 2. Các cặp vị trí kênh - năng lượng chuẩn và độ phân giải các đỉnh phổ năng lượng của các nguồn phóng
xạ 133Ba, 60Co và 137Cs
Nguồn phóng xạ
133

Ba

137

Cs

60

Năng lượng (keV)

Vị trí kênh

FHMW

R(%)

356

103

6,58

6,38%

0,93

662

189

11,90

5,28%

0,98

1173

325

14,08

4,28%

0,87

1332

372

24,80

6,55%

0,86

R2

Co

ISBN: 978-604-82-1375-6

146


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 6. Phổ năng lượng của các nguồn 133Ba(a), 133Ba, 137Cs (b), 60Co(c) và đường chuẩn năng lượng (d)
KẾT LUẬN
Trong bài báo này, chúng tôi đã trình bày việc xây dựng và đánh giá hệ phân tích đa kênh sử dụng
Oscilloscope 1GSa-8bits và phần mềm LabVIEWTM 2013 cho Detector NaI(Tl). Các kết quả thực nghiệm với
máy phát xung và Detector NaI(Tl) cho thấy hệ phổ kế hoạt động ổn định. Hệ phổ kế sau khi xây dựng được sử
dụng cho giảng dạy và nghiên cứu tại bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp.HCM

MULTICHANNEL ANALYZER (MCA) BASED ON OSCILLOSCOPE AND LABVIEW FOR
GAMMA RAY DETECTOR NAI(TL)
Nguyen Quoc Hung, Nong Tien Toan and Vo Hong Hai
1

University of Science – VNU - HCM
Email:

ABSTRACT
In this article, we develop a gamma spectroscopy with NaI(Tl) scintillation detector of 3inch x
3inch, and a multichannel analyzer (MCA) based on using of LabVIEW for GDS-1152A Oscilloscope
1GSa-8bits data acquisition. This oscilloscope have functions that make waveform measurements and
transfer to Computer via COM port. The pulse-height spectrum is accumulated by data processing
with LabVIEW. A pulse generator and three standard radioisotope sources of 133Ba, 60Co and 137Cs
are used for evaluating the performance of the system. The development of the gamma spectroscopy
NaI(Tl) will be used for gamma study in Department of Nuclear Physics, University of Science, VNUHCMC.
Keywords: Osciloloscope, MCA, Gamma spectroscopy, LabVIEW
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương, Phương pháp ghi bức xạ ion hóa, Nhà xuất
bản Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2003, trang 75-81, 147-153.

ISBN: 978-604-82-1375-6

147


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
[2].
[3].
[4].
[5].
[6].

Nguyễn Quốc Hùng, Luận văn thạc sĩ Xây dựng chương trình nhúng VHDL tính các thông số đặc trưng
cho hệ MCA (Flash-ADC/FPGA), Đại học Cần Thơ, 2011.
William R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments – Second Revised Edition,
Springer – Verlag Press, 1993.
Bùi Tuấn Khải, Development of MCA (FLASH-ADC/FPGA based) for gamma spectroscopy, Khóa
luận tốt nghiệp, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM, 2012
Silviu Folea, Practical Applications and Solutions Using LabVIEW™ Software, Technical University
of Cluj-Napoca, Romania, 2011.
Website:
, ,
,


ISBN: 978-604-82-1375-6

148