Aplikace virtuální instrumentace vexperimentech jaderné fyziky
Moderní měřicí a testovací systémy se neobejdou bez využití počítačové techniky. Měřicípřístroje, které lze ovládat pomocí počítače, se uplatňují ve všech odvětvích vědy a tech-niky. V posledních desetiletích se v měřicích systémech pro jadernou fyziku využívá čím dálčastěji programovací prostředí LabVIEW, které poskytuje moderní a populární formu vývojespektroskopickýh systémů.
V tomto textu je podán základní přehled o možnostech aplikace tzv. virtuální instrumen-tace a laboratoních systémech, které se využívají v jaderné fyzice. Text je překladem kapitolys názvem "Application of virtual instrumentation in nuclear physics experiments", která vyšlajako součást knihy "LabVIEW, Practical Applications and Solutions"v nakkladatelství InTech(ISBN 978-953-307-314-9, editor: Dr. Eng. Folea Silviu, Assoc. Prof., Technical University ofCluj-Napoca, Romania).
Celá kniha je volně přístupná na stránkách vydavatelství InTech a každá kapitola je staži-telná ve formě pdf dokumentu http://www.intechopen.com/books/show/title/labview-practical-applications-and-solutions.
Hlavní tétamta diskutovaná v knize jsou: grafické programování, programování typu data-flow, měřicí systémy, techniky zpracování dat (DAQ), zpracování signálů (signal processing),využití měřicího harware, pokročilé analýzy, řízení a simulace, data-management, nahrávánía tvorba zpráv, automatizace a ověřovací systémy, vestavěnné systémy, virtuální experi-menty, virtuální instrumentace, experimentální techniky, laboratoře se vzdáeným přístupem,internetové komunikace, vzdělávání, atd.
V nakladatelství InTech je to již druhá kniha o využití LabVIEW. První kniha �Labview -Modeling, Programming and Simulations� je dostupná stejnou formou.http://www.intechweb.org/books/show/title/labview-modeling-programming-and-simulations.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republikyv rámci projektu Moderní technologie ve studiu aplikované fyziky (CZ.1.07/2.2.00/07.0018).
1. Virtuální instrumentace v jaderné fyziceNové postupy při návrhu počítačem řízených měřicích systémů lze dnes pozorovat v použití moderních,
řídicích a testovacích systémů založených na spolehlivých zařízeních.Digitální zpracování signálů DSP (digital signal processing) je používáno ve všech inženýrských
oblastech, včetně experimentů v jaderné fyzice, pro účely nahrazení konvenčních analogových systémů apro tvorbu měřicích a testovacích systémů s jednoduchou konfigurací, uživatelsky příjemným rozhraním,a možností provádět sofistikované experimenty.
DSP systémy se aplikují v experimentech jaderné fyziky pro jejich vysokou výkonnost jak v energe-tické, tak i časové doméně. Používají se zde různé programovací techniky a přístrojová řešení, včetněmnoha komerčních zařízení.
Dnes jsou jaderné DSP systémy realizovány pomocí techniky virtuální instrumentace (VI) prováděnév grafickém programovacím prostředí LabVIEW. Výhodou tohoto řešení je použití připravených měřicíchfunkcí (DSP algoritmů), přístrojových ovladačů dodávaných s měřicím zařízení, a v možnosti vylepšovatčástečně systém, jsou-li k dispozici nové algoritmy nebo zařízení. S těmito možnostmi systém, využívajícíVI techniky a založený na komerčních měřicích kartách (USB, PCI, PXI atd.), může být řízen jakoukolivhodně vyvinutou aplikací. Takovýto systém je pak v podstatě „hardwarově nezávislý“ na použité plat-formě.
V nedávné době bylo a dnes je publikováno mnoho vědeckých prací, které se zabývají prováděnímjaderně-fyzikálních experimentů, a v několika z nich bylo úspěšně využito LabVIEW. Tento text se za-měřuje na popis jaderných systémů, které využívají VI koncept v co nejvyšší míře a ve kterých je velkýpočet systémových funkcí realizován v softwarové formě.
První ukázkou může být vývoj počítačem řízeného nukleárního detekčního systému a pracující sou-časně jako výukový laboratorní přístrojový systém (Ellis &� He, 1993), kde je prezentováno sofistikovanéuspořádání různých měřicích zařízení. Simulace a analýza přístrojů pro jadernou fyziku s využitím Lab-VIEW je prováděna v (Abdel-Aal, 1993). Systém využívající výkonný digitizér pro fyziku vysokých energiívyužívající jaderné detektory popsaný v (Kirichenko et al., 2001) představuje časový digitální systém veVXI modulárním systému. Digitální systém s FPGA polem pro detekci rychlých jaderných pulzů (Espositoet al., 2007) je používán pro přímé vzorkování rychlých pulzů z jaderných detektorů. Aplikace virtuálníinstrumentace ve fyzice popsaná v (Tlaczala, 2005) představuje aplikace analyzátoru intenzity γ-záření,analýzu dat a jejich prezentaci. Modely pokročilých experimentů z jaderné fyziky a měření jsou pre-zentovány ve formě virtuální laboratoře se simulovanými experimenty v (Tlaczala et al., 2008). Prácepředstavuje dva simulované experimenty, které je možné jednoduše provádět i přes vzdálený přístup(γ-energetická diskriminace a Mössbauerova spektroskopie). Systém digitálního zpracování pulzů (Belliet al., 2008) je aplikován pro zpracování dat z n-γ detektorů. Tento systém využívá FPGA pole. Popis uni-verzálního, počítačem řízeného monitoru γ-záření je prezentován v (Drndarevic � Jevtic, 2008) a podobnýVI koncept využitý u spektrometru γ-částic v (Drndarevic, 2009). Virtuální měřicí systém s automatickýmčasováním čítání postavený na modulu čítače/časovače (counter/timer) je uváděn v (Yan et al. 2009). Vývojprototypu automatického spektrofluometru, schopného provádět měření časově-rozlišitelné fluorescence,je popsán v (Moreno et al., 2011). Systém je založen na LabVIEW aplikaci a program řídí monochromátor,čte informaci ze signálu z časového (časově-rozlišujícího) detektoru měřeného digitálním osciloskopem.Algoritmy detekce rychlých pulzů v navzorkovaných průbězích ze scintilátorů (detektorů ionizujícího zá-ření) v (Krasilnikov et al., 2011) jsou implementovány do aplikace, která provádí diskriminaci tvarů pulsůz n-γ detektorů.
V DSP systému postaveném na využití LabVIEW (Pechousek et al., 2011) je využita VI technika přivývoji systému, který provádí měření v jaderné spektroskopii, jako jsou amplitudové a časové analýzy.Systém je založen na vysokorychlostním digitizéru, který zpracovává data ze dvou simultánně vzorkova-ných měřicích kanálů, a je dostatečně rychlý pro zachytávání pulzů z různých typů jaderných detektorů.Uvedený systém je vhodný pro aplikace měření časové koincidence, kde se používají dva měřicí kanálypro detekci počátečních a konečných jaderných událostí (start/stop). VI koncept byl také použit při vý-voji tzv. plně-LabVIEW řízeného Mössbauerova spektrometru (Pechousek et al., 2005, 2007, 2010, 2011).Tento systém je založen na jevu jaderné rezonanční absorpce a emise γ-záření.
3
2. Zpracování signálu z detektoru - digitalizaceExistuje mnoho typů spektroskopií různých druhů záření, jako je γ-záření, rtg-záření, spektroskopie
nabitých částic (alfa, elektrony, protony, atd.), neutrony, hmotnostní, časová a další, které využívají různévlastnosti záření ke studiu materiálů a částic (Ahmed, 2007; Gilmore, 2008). Dnes je možné každé takovétospektroskopické měření provádět za použití DSP technik. Rozdíly pak spočívají zejména v typu použitéhodetektoru a celkovém (nadřazeném) procesu analýzy dat. Na druhé straně nízkoúrovňové DSP algoritmya metody pro signálovou/pulzní analýzu mohou být podobné, či přímo stejné. Standardní struktura např.DSP spektroskopického systému γ-záření je zobrazena na obrázku 1. DSP algoritmy tak mohou nahraditmnoho analogových modulů.
... Obrázek 1: Blokový diagram standardního DSP spektroskopického systému.
Každý DSP systém musí používat nějaké zařízení pro přímou digitalizaci analogového signálu zdetektoru. Rychlý digitální osciloskop (digitizér) zaznamenává výstupní signál z detektoru ionizujícíhozáření buď ve formě neupraveného signálu, nebo může zpracovávat pulzy procházející přes signálovýzesilovač nebo jiný předzpracovávající modul. Jednotlivé pulzy ve zpracovávaném signálu představujíregistraci jaderných událostí (detekovány pomocí detektorů) a amplitudy píků obecně závisí na deteko-vané energii. Předzesilovače se zde používají k zesílení nízkých (slabých) signálů a k propojení detektoruexterními obvody s vysokou impedancí. Na obrázku 2 je ukázán typický zpracovávaný signál.
... Obrázek 2: Typický signál snímaný z jaderného detektoru.
Procesy zpracování dat, data acquisition (DAQ), se provádějí digitálně. Existují dva hlavní způsoby.Prvním způsobem je vzorkování dat (a přenos) digitálním osciloskopem, a jejich zpracování DSP progra-movým kódem. Druhým způsobem je vzorkování dat a jejich zpracování programovatelným hardwarem(nejčastěji s FPGA polem) s implementovanou DSP technikou. Dnes se velmi často používají komerčnídigitizéry buď ve formě zásuvné karty do počítače (modulu do modulárního systému), nebo jako stolní(stand-alone) přístroj propojený s počítačem přes rychlé komunikační rozhraní.
Diskriminační vlastnosti digitizéru jsou funkcí vzorkovací rychlosti (S s−1) a rozlišení analogově di-gitálního převodníku (bit). Nízké 8bitové energetické rozlišení se většinou používá u velmi rychléhovzorkování, v řádech až GS s−1. Dnešní systémy umožňují využít až 16bitové rozlišení se zachovánímtěchto vysokých vzorkovacích frekvencí (Aspinall et al., 2009) pro nejlepší časové rozlišení s rychlýmidetektory. Použitá vzorkovací frekvence k digitalizaci výstupního signálu z detektoru závisí na použitémtypu detektoru. Vzorkovací frekvence s rychlostmi okolo 100 MS s−1 jsou považovány za dostatečněvysoké pro záznam pulzů z detektorů při zachování optimální diskriminace pulzu, a zabránění podvzor-kování a zkreslení signálu, tzv. aliasing. Tedy pro většinu aplikací je časové rozlišení 10 ns dostatečné
4
pro provádění běžných časových měření, např. měření doby života a jiné koincidenční metody. Digitizértaké správně měří, je-li jeho analogové přenosové pásmo dost široké, aby umožnilo signálu projít přesněj bez utlumení (National Instruments, 2009a).
Dnes už jde jednoduše současně zvýšit energetické i časové rozlišení pomocí rychlých digitizérů nebovíce pokročilými DSP technikami. Nevýhodou zvyšování vzorkovací frekvence a energetického rozlišenínebo mnohem robustnější DSP techniky je možné zvyšování mrtvé doby spektrometru vlivem přenosudat a jejich zpracování, a tím také doje k celkovému snížení čítací rychlosti.
2.1. Digitální osciloskopyPomocí moderních digitizérů je také možné provádět speciální trigrovací (spouštěcí) a synchronizační
techniky. Tyto techniky umožňují aplikovat velmi sofistikované DAQ metody, ve kterých může pulz zdetektoru přímo spouštět nebo-li trigrovat (převzato s anglické terminologie) další DAQ proces.
V této sekci je prezentováno převážně použití technické a programové podpory pro přístrojové ovla-dače NI-SCOPE a vysokorychlostní digitizéry firmy National Instruments (NI). Použití NI digitizérů jeuvedeno např. také v (Gontean & Szabó, 2011). Na obrázku 3 jsou znázorněny typy NI digitizérů prorůzné platformy.
Přístrojový ovladač NI-SCOPE je sada softwarových rutin (podprogramů), které umožňují ovládata programovat zařízení. Každý podprogram odpovídá programové operaci jako je konfigurace, čtení,zápis, a trigrování přístroje. Funkce přístrojového ovladače lze rozdělit do šesti kategorií – inicializace(initialize), konfigurace (configuration), akce/stav (action/status), data (data), služby (utility), a zavřít(close). Součástí tohoto přístrojového ovladače je také aplikace NI-SCOPE Soft Front Panel, která sloužík práci s NI digitizéry v módu měření (náhrada klasického přístroje bez nutnosti vytvářet tuto aplikaci).Při tvorbě blokového diagramu (v LabVIEW) je nutné dodržet několik pravidel a doporučení, viz NI-SCOPE Help (National Instruments, 2009a, 2010). Na obrázku 4 je znázorněna paleta funkcí NI-SCOPE,kde další podpalety obsahují funkce pro ovládání digitizéru a zpracování dat.
... Obrázek 4: NI-SCOPE paleta.
Funkce Initialize nastavuje ovladač a digitizér do známého stavu a spouští vlastní komunikaci s pří-strojem. Konfigurační funkce konfigurují přístroj pro provádění daných operací před vlastním měřením.Funkce akce (akční) spouští nebo ukončují operace testování a měření. Stavové funkce (status function)vrací informaci o aktuálním stavu přístroje. Datové funkce obsahují volání (calls) pro přenos dat do neboz přístroje. Pracovní (utility) funkce provádějí různé pomocné operace k nejčastěji volaným přístrojovýmovladačům (funkcí). Funkce zavření/ukončení (close) ukončuje softwarové propojení k přístroji a dealoka-luje systémové prostředky používané během daného používání přístroje, session (National Instruments,2009a).
5
Digram na obrázku 5 představuje základní programový tok při použití funkcí NI-SCOPE při aplikacíchdigitizéru. Tok dat (data flow) je následující. Pro každou aplikaci musí být otevřena session pro ustanoveníkomunikace s digitizérem, pomocí funkce Initialize. Po inicializaci se přístroj konfiguruje (vertikální ahorizontální osy/scale, trigrovací možnosti) a odstartuje se DAQ proces. Data jsou pak čtena a přenášenado DSP algoritmů. Po skončení programu je DAQ proces zastaven (abort) a session se musí zavřít pomocíClose.
... Obrázek 5: LabVIEW kód s funkcemi ovladače NI-SCOPE.
Sestavený DSP modul (z obrázku 5) byl testován na platformách PXI, PCI, a USB, jmenovitě sdigitizéry NI PXI-5102 (8bit, 20 MS s−1), NI PCI-5124 (12bit, 200 MS s−1), a NI USB-5133 (8bit, 100 MSs−1). V tomto případě jsou zesílené pulzy z detektoru zpracovávány pomocí funkce niScope Fetch (poly),která získává data, která digitizér zpracoval a vrací je jako jednodimenzionální pole binárních 8bit čísel.
6
2.2. Zpracování signálů – tvarování pulzů a měření amplitudyDetektory provádějí detekci a měření radiace.Elektronický detektor využívá určité detekční médium ke generování elektrického signálu, projde-li
jím radioaktivní (ionizující) záření.Existují různé druhy detektorů ionizujícího záření a liší se ve způsobu interakce radioaktivního záření
s látkou detektoru (Ahmed, 2007). Navržené DAQ procesy budou demonstrovány na signálech získanýchze scintilačních detektorů postavených na fotonásobiči (PMT - photomultiplier tube) s běžným NaI:Tlscintilátorem dvou různých tlouštěk, rychlém scintilátoru YAP:Ce, a pomalém plynovém proporcionálnímčítači (GPC - gas filled proportional counter).
Scintilátor NaI:Tl má vysokou světelnou výtěžnost a relativně dlouhou dobu dosvitu (decay time) 230ns. Scintilátor YAP:Ce má mnohem menší světelnou výtěžnost (48 %) a krátkou dobu dosvitu 28 ns, aje vhodný pro detekci nízkých energií γ-záření. Optimální tloušťka pro nízké energie γ-záření, 14,4 keV(emitované radioaktivním zdrojem 57Co) je 0,15 mm pro scintilátor NaI:Tl a 0,35 mm pro YAP:Ce (Kholmet-skii et al., 1997). Fotonásobič je zde použit pro detekování tzv. scintilačních fotonů. Celkovým výsledkemje elektrický výstupní pulz s amplitudou dostatečně velkou pro změření digitizérem. V obou případechjsou nízkoenergetické detektory vyrobeny s integrovaným zdrojem vysokého napětí pro napájení PMT(obrázek 6). Vysokoenergetický detektor γ-záření je komerční detektor (Scionix) se scintilátorem NaI:Tlo tloušťce 51 mm a průměru 38 mm (obrázek 6). Plynový detektor GPC je plněný směsí xenon/metan aje vhodný zejména pro detekci rtg záření.
... Obrázek 6: Vysokoenergetický detektor – horní a nízkoenergetický detektor – dolní, fotonásobič.
Na obrázku 7 jsou ukázány zesílené signály (signálovým zesilovačem) ze dvou detektorů se scintiláto-rem a) YAP:Ce a b) silným NaI:Tl. Pulzy z daných detektorů jsou zpracovávány za účelem obdržení jejichmísta (výskytu v sekvenci) a amplitudy. Signály jsou získány s radioaktivním zdrojem 57Co a vzorkovacírychlostí 200 MS s−1.
... Obrázek 7: Signály z detektorů s a) YAP:Ce (14,4 keV) a b) silným NaI:Tl (122 keV) scintilátorem.
Digitálně implementované funkce zpracování signálu (tvarování, filtrace, určování platnosti pulzu,měření energie a času, analýza tvaru pulzu, redukce šumu, potlačení tzv. pile-up efektu, amplitudovámnohakanálová analýza – MCA, atd.) může poskytnout jeden DSP systém pro různé druhy detektorů.
7
Dnes už existuje mnoho DSP systémů pro analýzu tvaru pulzů a určování, které jsou zejména aplikoványve vysokorychlostních čítačích rtg a γ záření a jaderných částic.
Metoda tvarování pulzů se používá pro zvýšení poměru signál/šum a také ke zvýšení rozlišení párupulzů, tedy běžně používaná DSP metoda je korekce pile-up (spojení více pulzů v jeden). V případějaderných detektorů - je-li použit vysoceaktivní zdroj a detektor s dlouhou dobou vybíjení (dosvitu) -se může stát, že dvě a více událostí splyne v jednu a je tak zaznamenána a chybně vyhodnocena. Prodetekci, korekci nebo potlačení těchto pulzů se používají různé metody (Cosulich et al., 1992; Belli et al.,2008). Efekt pile-up ovlivňuje čítací rychlost a energetické i časové rozlišení spektroskopického systému.Pro potlačení efektu pile-up je také možné použít rychlé detektory, v tomto případě je ale nutné použíttaké rychlé DSP systémy. Nové DSP algoritmy se používají také pro optimální filtraci, určení časunáběhu (rise-time) a vhodné korekci pulzu.
DSP amplitudová analýza realizovaná v LabVIEW může být založena na LabVIEW funkci WaveformPeak Detection VI (v textu dále označována jako WPkD). Proces amplitudové analýzy je zde řízenněkolika vstupními parametry funkce WPkD (obrázek 8). Hodnoty amplitud detekovaných píků jsou pakpoužity pro pulzně výškovou analýzu.
... Obrázek 8: Ikona funkce Waveform Peak Detection VI.
Funkce WPkD vyhledává umístění (lokace, pozice), určuje velikost amplitudy a hodnotu druhé deri-vace píků v signálu z detektoru. Vstupní parametry práh (threshold) a šířka (width) slouží jako nástrojepro vyčlenění pulzů ze šumu. Parametr práh určuje minimální hodnotu amplitudy píku a šířka určujeminimální šířku píku vzhledem k počtu vzorků daného pulzu nad nastaveným prahem. Funkce WPkD jetedy softwarový ekvivalent elektronického pulzně výškového analyzátoru, kdy optimální zpracování sig-nálu z různých detektorů je realizováno pomocí DSP. Implementace funkce WPkD v blokovém diagramuje znázorněna na obrázku 9.
... Obrázek 9: Implementace funkce WPkD.
Změnou vzorkovací rychlosti a pomocí změny parametrů prahu a šířky pro určení platnosti píku veWPkD lze jednoduše provádět potlačení detekce neplatných píků a jejich čítání v následných algorit-mech. Nicméně funkce WPkD neprovádí pile-up korekci ani potlačení, funkce sice většinou rozliší dvasečtené pulzy (příp. i více), ale bohužel jejich amplitudy nejsou opravené. Pro tyto aplikace je žádoucípoužít vhodnější algoritmy. Tyto a některé další nevýhody uvedené funkce při použití zejména pro rychlézpracování signálů jsou popsány v pracích (Krasilnikov et at., 2011; Pechousek et al., 2007, 2011), kdebyly provedeny další úpravy nebo nové DSP algoritmy.
Další jednoduchý DSP modul, nazývaný diskriminátor, sleduje, jestli analogový signál z detektorunepřesáhne určitou hladinu (práh), a pak vygeneruje na výstupu digitální signál. Dva diskriminátory srůznými hodnotami pak mohou nastavit tzv. diskriminační okno. Prahové hodnoty (napětí) lze nastavovatna čelním panelu.
8
2.3. Aplikace signálového analyzátoru a MCAHlavní částí zde představovaného systému je komerční digitizér NI PCI-5124 (National Instruments),
který používá až 200 MS s−1 real-time vzorkování. Digitizér je řízen přístrojovými ovladači, uvedenýmidříve, a volanými ve vyvinuté aplikace, která provádí všechny DSP funkce. Tento digitizér byl také použitv γ-spektroskopii vysokorychlostních událostí (Yang et al., 2009) a v návrhu Mössbauerova spektrometru(Pechousek et al., 2010).
Je zde použit radioaktivní zdroj 57Co, pulzy jsou vzorkovány rychlostí 200 MS s−1 a zobrazovány.Signály jsou snímány z detektoru se zesilovačem. Na obrázku 10 jsou znázorněny tvary pulzů ze třívybraných detektorů. Zobrazené tvary pulzů jsou výsledným průměrem ze záznamu tisíce pulzů se stejnouamplitudou.
... Obrázek 10: a) Pulzy pro energii 14,4 keV snímané detektory se scintilátorem YAP:Ce (červená) a plynovým GPC(modrá) a pulz pro energii 122 keV snímaný z detektoru se silným scintilátorem NaI:Tl (černá), a b)detaily náběžných hran těchto pulzů.
V detailu na obrázku 10 b) je patrné zvlnění signálu, které pochází převážně od principu funkce PMT.Nejčastěji používanou DSP metodou je pulzně výšková analýza (analýza výšky pulzu) prováděná
uvnitř MCA, který zaznamenává počet pulzů stejné amplitudy do každého kanálu. V MCA odpovídáčíslo kanálu velikosti amplitudy pulzu a průběžně se čítá histogram četností těchto velikostí. Jednomožné řešení DSP-MCA bylo vytvořeno a výkonnost tohoto systému byla testována v (Pechousek etal., 2011) s jadernými detektory velmi krátkých pulzů (od 40 ns do několika mikrosekund), a v rozsahunízkých i vysokých energií rtg a γ záření. Čelní panel hlavní aplikace je ukázán na obrázku 11, kdejsou zpracovávány záporné pulzy. Kód aplikace je založen na funkcích popsaných na obrázcích 5 a 9.Modrý a červený kurzor v okně MCA (obrázek 11) lze použít pro vyčlenění a analýzu pulzů vybranéhoenergetického rozsahu. Tyto kurzory lze také použít jako diskriminační úrovně pro další zpracování, např.v Mössbauerových spektrometrech.
2.3.1. Vylepšení MCA pomocí vysoké vzorkovací rychlosti
V této části je prezentována práce prováděná na čtyřech různých detektorech a dvou zdrojů γ-záření.Pro každý detektor byla změřena MCA s určením hlavního fotopíku ve spektru. K dříve používanémuzdroji 57Co byl navíc pro účely rozšíření použit zdroj 137Cs (γ-záření 662 keV). Spekta MCA byla měřenav konfiguraci s detektorem, signálovým zesilovačem, digitizérem a analyzována pomocí DSP kódu sfunkcí WPkD.
V prvním kroku byl signál z detektoru vzorkován nízkou vzorkovací rychlostí (10 MS s−1) pro odhadstandardních hodnot systému. Tato vzorkovací rychlost je použitelná v klasických MCA a pomalýchkoincidenčních systémech, ale stále nízká pro precizní záznam MCA spekter. Pro rychlá měření dob života(jaderných hladin) je nutné používat maximální vzorkovací rychlosti a tedy analýzy s touto rychlostímohou být prováděny pro odhad vlivu na tvar MCA spektra (energetické rozlišení). V druhém kroku tedybyla zvolena vzorkovací rychlost 200 MS s−1. Energetická spektra rtg a γ záření emitovaná zdroji 57Coa 137Cs jsou uvedena na obrázku 12, kde černá spektra byla měřena s nízkou vzorkovací rychlostí ačervená s vysokou vzorkovací rychlostí.
Vždy, když byl zaměněn detektor nebo zdroj (zářič) za jiný, tak jejich vzájemná vzdálenost byla opti-malizovaná tak, aby byla zachovaná odpovídající čítací rychlost s minimalizací výskytu pile-up událostí.Obrázek 12 také znázorňuje vylepšení energetického rozlišení pro všechny fotopíky kromě detektoruGPC, u kterého není vidět výrazné zlepšení. Navíc v oblasti vysokoenergetických impulzů je patrné dalšívýznamné vylepšení z důvodu lepšího proložení pulzů (fitování). Z uvedeného je patrné, že vzorkovací
9
... Obrázek 11: Signálový a mnohakanálový analyzátor – čelní panel.
rychlost 10 MS s−1 je částečně podlimitní pro detektor s YAP:Ce krystalem. Lze říci, že pro rychlé detek-tory a vysoké energie (i extrémně nízké úrovně signálů) je vylepšení DSP s vysokou vzorkovací rychlostímarkantnější díky lepšímu rozlišení náběžné hrany pozorovaného pulzu.
10
... Obrázek 12: MCA spektra zdroje 57Co pro a) tenký NaI:Tl, b) YAP:Ce scintilátory, c) plynový čítač GPC, d) silnýNaI:Tl scintilátor, a e) zdroje 137Cs pro silný NaI:Tl scintilátor. Signál je zpracováván se vzorkovacímirychlostmi 10 a 200 MS s−1 .
3. Techniky měření Time-of-flight a koincidenceV běžných jaderných koincidenčních systémech s časovým rozlišením (time-resolved) se používají při
studiu radioaktivních rozpadů dva rozdílné detektory pro detekci fotonů různých energií emitovanýchz radioaktivního zdroje. Podobné metody jsou použity také např. v časově rozlišujícím fluorescenčnímsystému (Moreno et al., 2011) odhadujícím vnitřní flourescenční rozpad.
Systém prezentovaný v článku (Pechousek et al., 2011) je vhodný pro měření jaderných koincidencíjako je určování poločasu života excitovaných stavů jaderných hladin, kde je zapotřebí dvou DAQ kanálů.První kanál může sloužit k detekci „start“ počátečních jaderných událostí a druhý kanál detekuje „stop“události. Oba kanály používají nejvyšší vzorkovací rychlost. Jsou-li analyzovány krátce žijící excitovanéstavy, hodnoty času příletu fotonu/částice (TOF, time-of-flight) musí být určeny s nejvyšší přesností.Vzorkovací rychlost 200 MS s−1 je použita pro přesný záznam MCA a časových měření, a systém je tedycitlivý na rozpadové časy od desítek nanosekund. Na obrázku 13 je znázorněn blokový diagram výšediskutovaného systému.
V časové spektrometrii hodnoty TOF určují čas, kdy foton nebo částice přiletí do detektoru. Časovápřesnost tohoto měřicího systému závisí na vlastnostech detektoru a typu elektroniky zpracovávajícísignál. Měření TOF nabízí možnost provádět koincidenční a antikoincidenční jaderné experimenty. Prozískání přesné TOF hodnoty existuje několik „analogových“ časových metod (leading edge timing, cros-sover timing, constant-fraction timing, first photoelectron timing) implementovaných v DSP (Abdel-Aal,1993; Aspinall et al., 2009). V jedné z nich je startovací čas pulzu interpolován ze vzorků náběhu pulzua digitální LED (leading-edge discriminator) určuje TOF hodnotu. TOF pak představuje čas, ve kterémúroveň signálu (pulzu) překročí daný práh (diskriminační hladinu). Metoda LED je jednoduše implemen-
11
... Obrázek 13: DSP systém pro časovou jadernou spektroskopii.
tovatelná metoda vhodná zejména pro tvarově podobné impulzy vyskytující se v signálovém záznamu.Vyvinutý DSP systém s technikou TOF-LED může být tedy použit pro různé typy detektorů. Popis řeše-ného LabVIEW LED je popsána v práci (Pechousek et al., 2011), kde byl proveden vývoj algoritmu TOF ijeho aplikace v koincidenčních měřeních. Princip výpočtu hodnoty TOF je znázorněn na obrázku 14. Kódmusí rozeznat pozici maximální hodnoty v pulzu (z WPkD) a bod počátku pulzu.
... Obrázek 14: Praktický průběh výpočtu TOF hodnoty.
Jak bylo uvedeno výše, při použití kódu s původní WPkD funckí se rozeznají platné píky. Bohuželpři použití vysoké vzorkovací rychlosti vyvstanou problémy, a je tedy nutné vylepšit algoritmus DSP-TOF. Bylo pozorováno, že při vysokorychlostním vzorkování jsou nalezené pozice píků (výstup WPkD)občas mimo maximální hodnotu (vzorek) v pulzu. Tento chybový posun pak negativně ovlivňuje rozli-šení/přesnost časových měření, a musí být potlačen pro využití v přesných jaderných koincidenčníchměřeních modifikací algoritmu s WPkD určením TOF. Prezentovaná modifikovaná TOF metoda je pou-žitelná pro různé detektory a je nezávislá na době nárůstu pulzu (pulse rising time) (Pechousek et al.,2011).
3.1. Koincidenční měření doby životaTypické použití prezentovaného systému je v koincidenčních měřeních, kde lze dobu života excitova-
ného stavu měřit registrací rozpadových kaskád typu rtg-γ nebo γ-γ. V této sekci budou prezentovánakoincidenční měření doby života excitovaného stavu 57Fe 14,4 keV, kde jsou vyžadovány registrace dvouudálostí pomocí dvou různých detektorů optimalizovaných pro dané energie. Například zdroj 57Co serozpadá elektronovým záchytem na excitovaný stav 57Fe (136 keV), který deexcituje přes stavy 122 keVa 14,4 keV na základní stav. Excitovaný stav 14,4 keV má střední dobu života 98,3 ns (Dickson � Berry,
12
1986). V souvislosti s obrázkem 13 první detektor (D1) detekuje 122 keV γ-fotony (tlustý NaI:Tl) jakostart události a druhý detektor (D2) detekuje 14,4 keV γ-fotony (YAP:Ce nebo tenký NaI:Tl) jako stopudálosti. Koincidenční intervaly, vypočítané pomocí TOF kódu, jsou pak akumulovány do histogramu, vizobrázek 15.
... Obrázek 15: Měření doby života excitovaného stavu 14,4 keV ve zdroji 57Co.
Každý kanál DSP systému byl konfigurován individuálně pro detekci správných start a stop událostí.Hodnota poločasu rozpadu byla odhadnuta na 98,9 ±0.3 ns.
13
4. Další DSP metody používané v jaderných systémech realizova-ných pomocí VI
Zpracování signálu z detektoru je v jaderných systémech nejběžnější proces. K tomu se ale v různýchspektroskopiích používají další techniky/metody. Například jednou metodou může být generování ana-logového signálu (průběhu) pro řízení určité části systému. Tím také může vzniknout potřeba správnésynchronizace tohoto DAQ procesu s procesem digitalizace signálu z detektoru. Tyto techniky budoupopsány v následujícm textu.
4.1. Funkční generátoryPro generování signálů se používají různá „výstupní“ analogová zařízení. Zde bude popsanáno za-
řízení funkčního generátoru s jeho přístrojovými ovladači. Příklady uvedené níže pak byly realizoványpomocí modulu funkčního generátoru NI 5401 (12bit, obnovovací rychlost 40 MS s−1). Tento funkční ge-nerátor obsahuje také tzv. Real-Time System Integration (RTSI) nebo PXI trigger sběrnici pro směrování(přepínání) trigr signálů v systémech PCI nebo PXI pro synchronizování různých DAQ procesů. Přístro-jové ovladače NI-FGEN se používají pro tvorbu aplikací s NI 5401 a tzv. Soft Front Panel (SFP) aplikacilze jednoduše použít pro interaktivní generování průběhů pomocí modulů signálových generátorů, stej-ným způsobem jako klasické stolní přístroje (stand-alone).
Diagram na obrázku 16 znázorňuje základní programový tok pro aplikace využívající ovladač NI-FGEN. Detaily jsou uvedeny v LabVIEW NI-FGEN Help (National Instruments, 2004, 2009b).
... Obrázek 16: Data flow pro NI-FGEN aplikace.
Tento přístrojový ovladač se používá podobně jako výše popsaný ovladač NI-SCOPE. Po procesechinicializace a konfigurace je odstartováno generování signálu. Na konci generování se volá funkce abortpro shození signálu a volání přístroje se uzavře.
4.2. Synchronizační a trigrovací techniky implementované pomocí sběrnice RTSIVyžaduje-li aplikace dvě a více DAQ zařízení, je často možné činnost těchto zařízení synchronizovat
pomocí tzv. trigr signálů (trigrů).Sběrnice RTSI (Real-Time System Integration) je určená pro sdílení a výměnu časových a řídicích
signálů mezi více měřicími kartami. Kabely pro sběrnici RTSI jsou krátké, 34vodičové ploché, s dvěmaaž pěti konektory propojující sadu karet. Na obrázku 17 je znázorněn příklad zapojení pěti karet pomocíprodlouženého RTSI kabelu.
Systém PXI používá sběrnici PXI trigger, která obsahuje i sběrnici RTSI, a je zavedena do každéhoslotu v rámu. Další zařízení můžou používat např. digitální trigry PFI (Programmable Function Interface)na I/O konektoru.
14
... Obrázek 17: RTSI sběrnice použitá pro synchronizaci PCI karet (National Instruments, 2010).
Techniky synchronizace a trigrování se velmi často používají v sofistikovaných měřeních, kde jeden čivíce DAQ procesů souvisí s dalšími. Takový způsob kombinace je běžný v aplikacích, kde jedno zařízenípracuje jako tzv. master (generuje sigály) a druhé zařízení pracuje jako tzv. slave (čeká na trigry). Vkonceptu VI je velmi jednoduché postavit takovýto systém a zaměňovat pracovní „nasazení“ jednotlivýchzařízení v průběhu měření.
Trigr signál je signál, který spouští jednu nebo více dalších funkcí systému. Základní typy trigrů jsoudigitální, softwarový nebo analogový, a lze je navázat (odvodit) na atributy zpracovávaných signálů, jakotřeba úroveň a sklon signálu. Trigry dále můžou být vnitřní (softwarově generované) nebo vnější, externí.Externí trigry umožňují synchronizovat práci hardwaru s externím obvodem nabo zařízením. Existujeněkolik typů trigrování a každý z nich používá různé funkce NI-SCOPE nebo NI-FGEN typu ConfigureTrigger (National Instruments, 2009b, 2010).
Tak například v počítačem řízeném modulárním Mössbauerově spektrometru (Pechousek et al., 2010)jsou dvě hlavní části, první je počítač s NI 5102 digitizérem, a druhou je NI 5401 funkční generátor,vše řízené pomocí VI. Synchronizace modulů je uskutečněna pomocí signálů na sběrnici RTSI nebo PXITrigger. Funkční generátor generuje signál rychlosti na svém výstupu ARB OUT. Na výstupu SYNCOUT je pak k dispozici trigr signál pro synchronizaci dalších zařízení (směrování tohoto signálu jeukázáno na obrázku 16). Toho je využito u vnitřní sběrnice RTSI a trigruje (spouští) se jím DAQ proces vdigitizéru. V případě použití modulů pro USB lze trigr signál generovat externě např. digitálním výstupemu multifunkčních karet.
4.3. Trigrování s NI-FGENPři trigrování signálového generátoru je možné vybrat ze tří druhů zdrojů trigru, módu trigru. Např.
výše uvedený funkční generátor pracující jako master a generující periodický analogový signál, generujedigitální trigr signál o stejné frekvenci na výstupu SYNC OUT. Tento signál je směrován na linku sběrniceRTSI pomocí funkce niFgen Export Signal VI (viz obrázek 18) pro řízení dalších zařízení (karet/modulů).Tato funkce směruje signály (hodiny, trigry a události) na specifikovaný výstupní terminál, zde tedy RTSIkonektor.
... Obrázek 18: Funkce niFgen Export Signal VI používaná ke směrování trigr signálů z funkčních generátorů.
Signál SYNC OUT je obvykle exportován (přístupný) na konektoru SYNC OUT na čelním panelu, kpřímému propojení.
4.4. Trigrování s NI-SCOPEPomocí trigr funkcí z ovladače NI-SCOPE lze převádět (přepínat) zařízení z nevzorkovacího do vzorko-
vacího stavu, a zařízení pak začíná zpracovávat data. Funkce, která se používá pro konfiguraci digitizérupro různé typy trigrů je niScope Configure Trigger (poly), viz obrázek 19.
15
... Obrázek 19: Funkce niScope Configure Trigger (poly) používaná při trigrování digitizérů.
Po inicializaci zpracování čeká digitizér na start trigr, který se konfiguruje přes vlastnost (vstup)Start Trigger Source, defaultně je nastaveno okamžitě - immediate. Po obdržení start trigru digitizérzačíná vlastní vzorkování tzv. pretrigr bodů, bodů před trigrem. Po tom, co digitizér dokončí vzorkovánípretrigr bodů, digitizér čeká na referenční (stop) trigr, který se specifikuje ve funkci Configure Trigger VI.Po obdržení referenčního trigru digitizér dokončí zpracování po kompletním tzv. posttrigger vzorkování,bodů za trigrem (National Instruments, 2010). Konfigurace digitálních a analogových trigrů pomocí NI-SCOPE je znázorněna na obrázku 20.
... Obrázek 20: Typy NI-SCOPE trigrů a) digitální a b) analogový.
V případě digitizérů např. analogový trigr nastavený na jednom DAQ kanálu může trigrovat druhýkanál, spouštět zpracování dat na něm (obrázek 20b). Analogový trigr v aplikacích digitizéru je častopoužíván v časových spektroskopiích, kde se používají dva a více DAQ kanály. Tato technika byla popsánav předcházející sekci - kanál pro start události trigruje kanál pro stop události.
16
5. Mössbauerova spektroskopieV této sekci budou představeny metody zpracování pulzů, řízení pohybu a DSP synchronizace na
příkladě konstrukce Mössbauerova spektrometru. Všechny úlohy využívají DSP schopnosti systému La-bVIEW běžícího na hlavním počítači a původní jednoúčelové části spektrometru byly nahrazeny DAQmoduly. Hardwarové řešení je založeno na použití DAQ zařízení pracujících na platformách USB, PCInebo PXI, řízených hlavní aplikací běžící na osobním počítači nebo PXI kontroléru. Konečná aplikaceumožňuje provádět akumulaci Mössbauerových spekter, také detailní analýzu zpracovávaného signálu zdetektoru v energetické a časové doméně a také separátní ladění systému řízení rychlosti (viz principMössbauerovy spektroskopie níže). Tento koncept lze použít s běžnými spektroskopickými lavicemi srůznými pohybovými zařízeními, radioaktivními zdroji a detektory γ-záření.
Mössbauerova spektroskopie představuje základní nástroj pro výzkum materiálů obsahujících speci-fické prvky (Fe, Sn, Au ...) formou lokální sondy jejich bezprostředního okolí. Umožňuje určit a kvantifikovatrůzné atomové okolí, magnetické stavy a vnitřní magnetické uspořádání magnetických momentů, vyja-dřující tedy strukturní a magnetickou informaci. Navíc je Mössbauerova spektroskopie vysoce prvkověselektivní a umožňuje identifikovat požadované složky, i když se v materiálu vyskytují ve velmi malémmnožství.
Mössbauerův jev je založen na bezodrazové jederné emisi a rezonanční absorbci γ-záření ve vzorku azpracování Mössbauerových spekter je založeno na měření intenzity γ-záření společně s přesným kon-trolovaným pohybem radioaktivního zdroje. Mössbauerovo spektrum je závislost mezi rychlostí pohyburadioaktivního zdroje a detekovanou intenzitou γ-záření. Tato experimentální technika je často využívanáv mnoha výzkumných oblastech, jako jsou fyzika, chemie, biologie, metalurgie atd.
5.1. Konfigurace spektrometruStruktura standardního Mössbauerova spektrometru je zobrazena na obrázku 21. Dnes už lze většinu
těchto prvků nahradit DSP zařízením či algoritmem. Programové prostředí LabVIEW umožňuje realizacitakovýchto systémů s minimálním požadavkem na jednoúčelovou elektroniku. Typická spektrometrickálavice pro Mössbauerův spektrometr je znázorněna na obrázku 22 (pro měření při pokojové teplotě).
... Obrázek 22: Spektrometrická lavice pro Mössbauerův spektrometr.
17
Pro vývoj Mössbauerových spektrometrů se používají různé programovací techniky a přístrojová ře-šení. Nicméně tradiční řešení jsou založena primárně na samostatných přístrojí nebo specifických (vjaderné fyzice) modulárních systémech.
Spektrometr musí provádět úkoly jako jsou pulzně-výšková analýza γ-záření, generování referenčníhosignálu rychlosti pro pohyb zdroje, PID (proporcionáně integračně derivační) regulaci relativní rychlostipohybu mezi zdrojem a absorbérem a akumulaci Mössbauerova spektra. Využitím LabVIEW a zařízení NIPXI, PCI, USB a CompactRIO je vytvořený Mössbauerův spektrometr koncepčně otevřený a dostatečněflexibilní pro práci v různém hardwarovém uspořádání (Pechousek et al., 2010).
5.2. Amplitudový analyzátor a akumulace spekterDetekce γ-záření a amplitudový analyzátor jsou založeny na NI vysokorychlostním digitálním os-
ciloskopu. Impulzy z detektoru reprezentují registrované jaderné události, jejichž amplituda odpovídáenergii detekovaného γ fotonu. Vzorkovací rychlost výstupního signálu z detektoru závisí na typu detek-toru (scintilační, plynový, polovodičový). Funkce správné detekce byly testovány použitím digitizérů NIPXI, PCI a USB, jmenovitě NI 5102 (8bit, 20 MS s−1), NI PCI-5124 (12bit, 200 MS s−1) a NI USB-5133(8bit, 100 MS s−1).
Proces akumulace dat v sobě kombinuje informaci o rychlosti pohybu radioaktivního zdroje s regis-trovanou intenzitou γ-záření. Vzorkem jsou ovlivněny pouze některé fotony jím procházející, a tedy jenjim odpovídající pulzy z detektoru jsou zaznamenány. Amplitudový diskriminátor je založen na zmiňovanéLabVIEW WPkD funkci. Další softwarové části provádějí mnohakanálovou analýzu signálu z detektoru.
Na obrázku 23 je znázorněn základní koncept blokového diagramu spektrometru v LabVIEW kódu.Tento kód synchronizuje DAQ procesy pro generování signálu rychlosti a zpracování signálu z detektoru.
... Obrázek 23: Základní koncept blokového diagramu spektrometru.
Další podprogramy (SubVI) pro práci s daty, konfiguraci měření, atd. jsou zahrnuty v aplikaci. Čelnípanel hlavní aplikace je znázorněn na obrázku 24.
... Obrázek 24: Čelní panel hlavní aplikace.
18
5.3. Systém řízení rychlostiBěžný systém řízení rychlosti pro Mössbauerův spektrometr se skládá z generátoru signálu rych-
losti, PID regulátoru a elektromechanického lineárního převodníku (motoru), ke kterému je připevněnradioaktivní zdroj. Referenční signál rychlosti je veden přes PID regulátor do řídicí cívky motoru a signálz měřicí cívky se vede zpět do PID regulátoru. Typický signál referenční rychlosti a), řídicí signál b), asignál chyby c) jsou znázorněny na obrázku 25. Signál rychlosti má frekvenci obvykle desítky Hz, a tedyi další přidružené signály.
... Obrázek 25: Signál rychlosti a), řídicí signál b), a signál chyby c) používané v rychlostní jednotce.
Přístrojová zařízení analogových výstupů od NI, použité jako generátory signálu rychlosti, jsou propo-jené s digitálním PID regulátorem. Dále, s využitím flexibility VI konceptu, může být generátor nahrazennapř. multifunkční kartou s vhodným analogovým výstupem na platformách USB, PCI i PXI. Limitujícímiparametry jsou rozlišení 12bit a obnovovací (vzorkovací) rychlost 150 kS s−1 analogového výstupu jakominima. Vybraná (a otestovaná) zařízení jsou například NI USB-6221 (16bit, 833 kS s−1) a NI USB-6215(16bit, 250 kS s−1) multifunkční DAQ karty. Jednou z výhod použití PXI a PCI modulů je, že obsahují RTSIsběrnici, která umožňuje přenos rychlých trigr signálů, které slouží k synchronizaci akumulace spekters pohybem zdroje.
Na obrázku 26 je zobrazen základní princip synchronizace DAQ procesů pomocí popsané techniky.Signál rychlosti je generován s danou frekvencí a trigr signál synchronizuje zpracování signálu z detek-toru.
... Obrázek 26: Synchronizace DAQ procesů.
Každá perioda pohybu zdroje je rozdělena na 2048 rychlostních/časových intervalů. Příslušný počet
19
detekovaných fotonů nashromážděných během tohoto každého časového intervalu je uložen do přísluš-ného rychlostního intervalu spektra. Proces akumulace spektra se provádí periodickým sčítáním těchtodat za každou periodu po dobu několika hodin až dnů. Proces akumulace dat pro periodický pohyb(lineární signál rychlosti) je znázorněn na obrázku 27.
... Obrázek 27: Akumulace Mössbauerova spektra.
Jako další možný generátor signálu rychlosti byl úspěšně testován systém NI CompactRIO, který byltaké vybrán pro realizaci digitálního PID regulátoru, pracující v jednom zařízení (Pechousek et al., 2009).Kontrolér pracující v reálném čase (real-time) a šasi obsahující programovatelné pole FPGA provádíPID algoritmus, který je založen na diskrétní funkci PID funkci v modulu (SW balíčku) LabVIEW FPGAModule. Další modul analogového vstupu zpracovává signál z měřicí cívky lineárního motoru a referenčnísignál rychlosti, používá-li se exerní zdroj tohoto signálu. Modul analogového výstupu pak generuje řídicísignál a modul digitálního výstupu generuje trigr signál pro synchronizaci akumulace spektra.
5.4. Použití VI spektrometrůV současné době se v Regionálním centru pokročilých materiálů a technologií www.rcptm.com (sou-
část Univerzity Palackého v Olomouci) používají tři Mössbauerovy spektrometry, postavené na koncepciVI. Jeden využívá USB moduly (multifunkční karta a vysokorychlostní digitizér), druhý PCI karty (funkčnígenerátor a vysokorychlostní digitizér) a PXI moduly (funkční generátor a vysokorychlostní digitizér vpětislotovém rámu/šasi NI PXI-1033 s integrovaným kontrolerem MXI-Express).
Nový digitální PID regulátor postavený na systému CompactRIO se používá v nejdůležitější (nejná-ročnější) aplikaci spektrometru při měření za nízkých teplot a ve vnějším magnetickém poli. Zde systémmusí zachovávat vysokou stabilitu a spolehlivost v nestandardních pracovních podmínkách, jako jsouvibrace laboratorních přístrojů (kryostaty, vakuové vývěvy, apod.) a magnetické pole (od magnetickéhosystému se supravodivým magnetem). CompactRIO systém navíc pracuje jako vzdálený systém, kterýumožňuje změnu PID parametrů při ladění spektrometru přes vzdálenou správu v bezpečné vzdálenostiod radioaktivního zdroje a magnetického pole.
20
6. Použitá literatura[1] Abdel-Aal, R.E. (1993). Simulation and analysis of nuclear physics instrumentation using the Lab-
VIEW graphical programming environment. e Arabian Journal for Science and Engineering, Vol.18, No. 3, (July 1993), pp. 365-382, ISSN 1319-8025
[2] Ahmed, S.N. (2007). Physics and Engineering of Radiation Detection (first edition), Academic Pres,ISBN 0-12-045581-1, London, Great Britain
[3] Aspinall, M.D., Joyce, M.J., Mackin, R.O., Jarrah, Z., Boston, A.J., Nolan, P.J., Peyton, A.J. � Hawkes,N.P. (2009). Sample-interpolation timing: an optimized technique for the digital measurement oftime of flight for γ rays and neutrons at relatively low sampling rates. Measurement Science andTechnology, Vol. 20, (November 2008), 015104, 10pp, ISSN 0957-0233
[4] Belli, F., Esposito, B., Marocco, D., Riva, M., Kaschuk, Y., Bonheure, G. � JET EFDA contributors (2008).A method for digital processing of pile-up events in organic scintillators. Nuclear Instruments andMethods in Physics Research A, Vol. 595, (July 2008), pp. 512-519, ISSN 0168-9002
[5] Bettiol, A.A., Udalagama, C. � Watt, F. (2009). A new data acquisition system for nuclear microscopybased on a field programmable gate array card. Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch B, Vol. 267, (June 2009), pp. 2069-2072, ISSN 0168-583X
[6] Cosulich, E. � Gatti, F. (1992). A digital processor for nuclear spectroscopy with cryogenic detectors.Nuclear Instruments and Methods A, Vol. 321, (September 1992), pp. 211-215, ISSN 0168-9002
[8] Drndarević, V. (2008). A very low-cost alpha-particle spectrometer. Measurement Science and Tech-nology, Vol. 19, (April 2008), 057007, 5pp, ISSN 0957-0233
[9] Drndarevic, V. � Jevtic, N. (2008). A versatile, PC-based gamma ray monitor. Radiation ProtectionDosimetry, Vol. 129, No. 4, (October 2007), pp. 478-480, ISSN 1742-3406
[10] Ellis, W.H. � He, Q. (1993). Computer-based nuclear radiation detection and instrumentation teachinglaboratory system. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 40, No. 4, (August 1993), pp. 675-679,ISSN 0018-9499
[11] Esposito, B., Riva, M., Marocco D. � Kaschuck Y. (2007). A digital acquisition and elaboration systemfor nuclear fast pulse detection. Nuclear Instruments an Methods in Physics Research A, Vol. 572,(March 2007), pp. 355-357, ISSN 0168-9002
[12] Gilmore, G. (2008). Practical gamma-ray spectroscopy (second eddition), Wiley, ISBN 978-0470861967,
[13] Gontean, A. & Szabó, R. (2011). LabVIEW Remote Lab, In: LabVIEW - Modeling, programming andsimulations, Riccardo de Asmundis, ISBN 978-953-307-521-1, InTech, Rijeka, Croatia
[14] Green, D.P., Bruce J.B. � omas, J.L. (1996). Sensor measurement and experimental control in nuclearmagnetic resonance imaging. Review of Scientific Instruments, Vol. 67, No. 1, (January 1996), pp. 102-107, ISSN 0034-6748
[15] Kholmetskii, A.L., Mashlan, M., Misevich, O.V., Chudakov, V.A., Lopatik, A.R. � Zak, D. (1997). Com-parison of the productivity of fast detectors for Mössbauer spectroscopy. Nuclear Instruments andMethods in Physics Research B, Vol. 124, (April 1997), pp. 143-144, ISSN 0168-583X
[16] Kirichenko, A.F., Sarwana, S., Mukhanov O.A., Vernik I.V., Zhang, Y., Kang, J. � Vogt, J.M. (2001).RSFQ Time Digitizing System. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 22, No. 1,(March 2001), pp. 978-981, ISSN 1051-8223
[17] Krasilnikov, V., Marocco, D., Esposito, B., Riva, M. � Kaschuck, Y. (2011). Fast pulse detection al-gorithms for digitized waveforms from scintillators. Computer Physics Communications, Vol. 182,(October 2010), pp. 735-738, ISSN 0010-4655
21
[18] Moreno, E., Reyes, P. � de la Rosa, J.M. (2011). Time-resolved fluorescence spectroscopy with La-bView, In: LabVIEW - Modeling, programming and simulations, Riccardo de Asmundis, ISBN 978-953-307-521-1, InTech, Rijeka, Croatia
[20] National Instruments. (2009). NI high-speed digitizers help, 02.04.2011, http:// digi-tal.ni.com/manuals.nsf/websearch/349CC538026ACD5A862576E8004DB89D?OpenDocument&seen=1
[21] National Instruments. (2009). NI signal generators help, 02.04.2011, http:// digi-tal.ni.com/manuals.nsf/websearch/6F0CB519A713D1E28625762000689402
[22] National Instruments. (2010). Getting started with NI-SCOPE, 02.04.2011, http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3382
[23] Nelson, M.A., Rooney, B.D., Dinwiddie, D.R. � Brunson, G.S. (2003). Analysis of digital timing methodswith BaF2 scintillators. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 579, (June2003), pp. 247-251, ISSN 0168-9002
[24] Pechousek, J. � Mashlan, M. (2005). Mössbauer spectrometer in the PXI/CompactPCI modular system.Czechoslovak Journal of Physics, Vol. 55, No. 7, (July 2005), pp. 853-863, ISSN 0011-4626
[25] Pechousek, J., Mashlan, M., Frydrych, J., Jancik, D. � Prochazka, R. (2007). Improving detector signalprocessing with Pulse Height Analysis in Mössbauer spectrometers. Hyperfine Interactions, Vol.107, (February 2007), pp. 1-8, ISSN 0304-3843
[26] Pechousek, J., Prochazka, R., Mashlan, M., Jancik, D. � Frydrych, J. (2009). Digital proportional-integral-derivative controller of a Mössbauer Spectrometer. Measurement Science and Technology,Vol. 20, (November 2008), 017001, 4pp, ISSN 0957-0233
[27] Pechousek, J., Jancik, D., Evdokimov, V. � Prochazka, R. (2009). Velocity driving system for an in-field Mössbauer spectrometer. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 267,(February 2009), pp. 846-848, ISSN 0168-583X
[28] Pechousek, J., Prochazka, R., Jancik, D., Mashlan, M. � Frydrych, J. (2010). Universal LabVIEW-powered Mössbauer spectrometer based on the USB, PCI or PXI devices. Journal of Physics: Con-ference Series, Vol. 217, (May 2010), pp. 012006, ISSN 1742-6588
[29] Pechousek, J., Prochazka, R., Prochazka, V. � Frydrych, J. (2011). Virtual instrumentation techniqueused in the nuclear digital signal processing system design: Energy and time measurement test.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 637, (February 2011), pp. 200-205,ISSN 0168-9002
[30] Prochazka, R., Tucek, P., Tucek, J., Marek, J., Mashlan, M. � Pechousek, J. (2010). Statistical analysisand digital processing of the Mössbauer spectra. Measurement Science and Technology, Vol. 21,(January 2010), 025107, 7pp, ISSN 0957-0233
[31] Tlaczala, W., Grajner, G. � Zaremba, M. (2008). Virtual laboratory with simulated nuclear experiments.IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 57, No. 8, (August 2008), pp. 1766-1770,ISSN 0018-9456
[32] Tlaczala, W. (2005). Virtual instrumentation in physics, In: Handbook of measuring system design,P. Sydeman � R. orn, (Eds.), 695-701, Wiley, ISBN 0-470-02143-8, Hoboken, NJ, USA
[33] Yan, J., Liu, R., Li, Ch., Jiang, L., Lu, X., Zhu, T., Wang, M., Wen, Z. & Lin, J. (2009). LabVIEW-basedauto timing counts virtual instrument system with ORTEC 974 Counter/Timer. Nuclear Science andTechniques, Vol. 20, (October 2009), pp. 307-311, ISSN 1001-8042
[34] Yang, H., Wehe, D.K. � Bartels, D.M. (2009). Spectroscopy of high rate events during active in-terrogation. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 598, (October 2008), pp.779-787, ISSN 0168-9002
22
...Autoři textuRNDr. Jiří Pechoušek, [email protected].: 58 563 4949
...PracovištěRegionální centrum pokročilých materiálů a technologiíPřírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v OlomouciŠlechtitelů 11, 783 71 Olomouchttp://www.rcptm.com
Katedra experimentální fyzikyPřírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci17. listopadu 1192/12, 771 46 Olomouchttp://www.upol.cz/fakulty/prf/struktura/katedry-a-pracoviste/katedra-experimentalni-fyziky
