Vielkanalanalysatoren (MCA)

Fast jeder Experimentalphysiker braucht einen Vielkanalanalysator – sehr viele wissen es nur noch nicht. Dieser Satz ist keine Provokation, sondern er beschreibt die tagtägliche Erfahrung.

Seit über 60 Jahren werden Vielkanalanalysatoren (MCA) am kommerziellen Markt angeboten. Die ersten MCA waren monströse, stromfressende Röhrengeräte mit nur wenigen Kanälen, oft zweifelhafter Stabilität und sehr hohem Preis. Diese kubikmetergroßen Elektronikschränke konnten nur von geschulten Technikern betrieben werden und brauchten einen wöchentlichen Wartungstag, an dem die Röhren getestet, abgeglichen und oft auch ausgetauscht werden mussten. Mit der Einführung der ersten transistorisierten Geräte im Jahr 1959 setzte dann eine rapide Entwicklung ein, hin zu kleinen, schnellen und preiswerten Geräten mit vielen Kanälen. Die anfangs nur von der Hardware gesteuerten MCA wurden später mit Rechenwerken und immer größerem Programmspeicher ausgerüstet. Mit Hilfe der entsprechenden Computerprogramme konnten zunehmend komplexere Mess- und Online-Darstellungsoptionen angeboten und sogar einfache Online-Auswertungen durchgeführt werden.

Mit der Steigerung der Leistungsfähigkeit durch den zunehmenden Einsatz von Halbleiter-Bauelementen eröffnete sich die Möglichkeit, komplette Analysensysteme mit Detektoren für spezielle Anwendungen und mit einem MCA als zentralem Bestandteil zu entwickeln. So gibt es z.B. sehr leistungsfähige Komplettsysteme für die Röntgenfluoreszenz-Spektrometrie und -Analyse Elektronenstrahl-Anregungs-Spektrometrie (Mikrosonde), Optische Spektrometrie (Optical Multichannel Analyzers, OMAs) bzw. Systeme, mit denen gleichzeitig sehr viele Detektoren in Multi-Parameter-Messungen betrieben werden können (z.B. CAMAC und daraus abgeleitete Entwicklungen). Die zuletzt genannten Systeme bieten die Möglichkeit, sehr viele Variablen in einem einzigen Experiment gleichzeitig zu erfassen und somit schnell und kostengünstig zu messen.

Die vorliegende Beschreibung beschränkt sich auf „klassische“ Vielkanalanalysatoren, wie sie z.B. in der nuklearen Spektrometrie verwendet werden. Einige dieser Geräte sind allerdings, durch entsprechende zusätzliche Hardware und Software, auch für Multi-Parameter-Messungen bzw. für den asynchronen Multi-Experiment-Betrieb mit mehreren Detektoren geeignet.

Das Arbeitsprinzip eines MCA

Ein MCA ist im Pulshöhenanalyse-Modus (PHA) ein Zähler, der in einer ganzzahligen (Integer-) Darstellung die Häufigkeit registriert, mit der Zahlen von einem externen Gerät (AD-Wandler, ADC) digitalisiert und dem MCA zur Registrierung angeboten werden. Der registrierbare Zahlenbereich ist durch die Zahl der Speichereinheiten im MCA beschränkt und liegt heute üblicherweise zwischen 1024 (1k) und 32768 (32k); für die meisten Anwendungen ist ein Zahlenbereich bis 8192 (8k) ausreichend. Jeder Zahl im registrierbaren Zahlenbereich ist im MCA ein Speicherelement zugeordnet; dieses Speicherelement wird als Kanal bezeichnet. Wenn der AD-Wandler dem MCA zum Beispiel die Zahl 150 anbietet, so wird die im 150. Kanal gespeicherte Zahl um eins erhöht und das externe Gerät zur Aufnahme der nächsten Zahl rekonditioniert. Die in jedem Kanal maximal speicherbare Zahl von Ereignissen ist durch die Speichergröße des Kanals bestimmt; sie beträgt bei allen modernen MCAs mindestens 223 (ca. 8 Millionen), meist aber 231.

Als externes Gerät wird neben dem Analog-to-Digital Converter (ADC) oft ein zeitgesteuerter Zähler verwendet. Der ADC wandelt eine kontinuierliche elektrische Spannung (im Sampling-Modus) oder einen elektrischen Puls (im PHA-Modus) in eine Digitalzahl um, wobei die Zahl proportional ist zum Wert der Spannung bzw. zur Höhe des Pulses. Das Eingangssignal für den ADC wird mit geeigneten Detektoren und elektronischer Signalverarbeitung so aufbereitet, dass es in definierter Weise zur gesuchten Messgröße proportional ist.

Weitere gängige Betriebsarten von MCA sind die Messung im Multi-Channel-Scaling-Modus (MCS) oder im List-Modus. Im MCS-Betrieb werden alle angebotenen Signale für eine vorbestimmte Zeit (Dwell-Time) im gleichen Kanal gezählt. Nach dem Ablauf der Dwell-Time wird auf den nächsten Kanal umgeschaltet und die Ereignisse werden dort gezählt, usw. Auf diese Weise ist es möglich, die Häufigkeit einer gesuchten Messgröße als Funktion der Zeit direkt zu bestimmen. Im List-Modus werden die vom externen Gerät angebotenen Zahlen sequentiell in den Kanälen gespeichert, pro Kanal eine Zahl. Dieser Modus ist besonders geeignet, um die zeitliche Veränderung von Signalen zu verfolgen (Transientenrekorder) oder um Korrelationen von Signalen zu untersuchen.

Beispiele für Anwendungen von MCAs

Im Folgenden werden einige typische Anwendungen von MCA vorgestellt.

Energie-dispersive Kernspektrometrie
Bei dieser klassischen MCA-Anwendung wird die von einer radioaktiven Quelle emittierte Strahlung (Photonen, Alphas, Konversionselektronen oder Spaltprodukte) mit einem geeigneten Detektor registriert. Das zur Energie eines gemessenen Ereignisses proportionale Detektorsignal wird verstärkt, geformt, von einem ADC digitalisiert und im PHA-Modus gespeichert. Die so gemessene Verteilung (ein Spektrum) zeigt die Häufigkeit, mit der während der Messzeit Strahlung unterschiedlicher Energie vom Detektor registriert wurde. Wenn bestimmte Energien besonders häufig auftreten, so erscheinen im Spektrum mehrere Peaks, deren Positionen (=Energien) und Flächen (=Häufigkeiten) mit geeigneten mathematischen Methoden ausgewertet werden können.

Zeit-Spektrometrie. Zur Messung von Zeitabständen zwischen Ereignissen wird ein Time-to-Amplitude-Converter (TAC) vor den ADC geschaltet. Ein TAC liefert einen Ausgangspuls, dessen Höhe der Zeitdifferenz zwischen einem Startpuls und einem Stopppuls proportional ist. Dieser Ausgangspuls vom TAC wird als Eingangssignal für den ADC verwendet. Der MCA wird im PHA-Modus betrieben, so dass man ein Spektrum erhält, in dem die Kanalzahl einer Zeitdifferenz entspricht. Dieselbe Funktion wird von einem TDC (Time-to-Digital Converter) erfüllt.

Diese einfache Methode zur Messung von Zeitdifferenzen wird z.B. verwendet, um Entfernungen, Kabellängen oder den Jitter von elektronischen Schaltungen zu messen. Eine neue und sehr leistungsfähige Anwendung der Zeit-­Spektrometrie ist die Flugzeit -­Massenspektrometrie, bei der Moleküle von einem Start-Ereignis gecrackt, die geladenen Fragmente in einem elektrischen Feld beschleunigt und die Flugzeiten der Bruchstücke mit Mikrokanalplatten als Stoppdetektor gemessen werden. Die Masse eines Molekülbruchstücks ist zu seiner Flugzeit proportional und kann somit aus dem Spektrum analysiert werden. Zurzeit lassen sich mit dieser Methode Molekülmassen im Bereich 1 ≤ A ≤ 15 000 simultan in einer Messung bestimmen. Die Massenauflösung ist bis zur Masse A=1000 besser als eine Masseneinheit!

Messung von Teilchengrößen
Bei der Messung von Teilchendurchmessern werden die zu untersuchenden Objekte in hoher Verdünnung durch einen breiten Strahl kohärenten Laserlichts geschickt. Mit einem lichtempfindlichen Detektor wird unter einem bestimmten Winkel zum Laserstrahl die Intensität des gestreuten Lichts registriert und mit einem MCA im PHA-Modus aufgezeichnet. Im Spektrum erhält man von jedem Teilchen ein Ereignis, dessen Kanallage zur gemessenen Lichtintensität proportional ist. Mit der Hilfe von Modellbeschreibungen und Kalibriermessungen kann aus der unter einem bestimmten Winkel gemessenen Lichtintensität der Durchmesser des Teilchens berechnet werden. Der Bereich von Teilchendurchmessern, die mit dieser Methode bestimmt werden können, liegt je nach der Wellenlänge des Lasers zwischen etwa 50 nm und 50 µm.

Ortsmessung/ Scanning
Bei der Bestimmung des geometrischen Orts, an dem sich gesuchte Ereignisse befinden, wird das Objekt mit einem fokussierenden Detektor beobachtet und der MCA im MCS­ Modus betrieben. Die Fortschaltung von einem Kanal zum nächsten (Dwell) wird extern mit der Verschiebung des Detektorfokus gesteuert, d.h. jeder Kanal im Spektrum entspricht einem geometrischen Ort. Wenn man einen zweiten MCA parallel dazu im PHA-Modus betreibt und mit jedem Dwell­-Signal ein neues Spektrum startet, so kann man die Ortsabhängigkeit komplexer Verteilungen messen.
Diese Messmethode wird in der Röntgenastronomie oder zur Untersuchung von Winkelverteilungen für Produkte aus kinematischen oder Kernreaktionen verwendet.

Die Liste von experimentellen Methoden und Problemen, bei denen MCA mit großem Erfolg eingesetzt werden können, ließe sich fast beliebig erweitern. Nahezu jede Messgröße lässt sich durch eine geeignete Wahl des experimentellen Aufbaus und/oder des Detektors und/oder der Elektronik so aufbereiten, dass die Analyse der Messgröße höchst effektiv mit einem Vielkanalanalysator vorgenommen werden kann. Durch die Kombination von Methoden erhält man oft sehr komplexe und aussagekräftige Ergebnisse.

Stand der MCA-Entwicklung

Als direkte Folge der zunehmenden Integration von Rechenleistung in MCA wurde mit der Entwicklung von sehr unterschiedlichen Gerätetypen begonnen, von denen sich drei Typen auf dem Markt etabliert haben: Stand-Alone-Geräte, NIM-Einschübe und Plug-on-Vielkanalanalysatoren für Szintillationsdetektoren. Die für einige Zeit ebenfalls erhältlichen MCA als PC-Einsteckkarte sind inzwischen wieder vom Markt verschwunden.

Stand-Alone-Geräte sind die direkte Weiterentwicklung der MCA früherer Baureihen. Sie enthalten in programmierbaren ICs gespeicherte Mess- und meist auch einfache Auswertungsprogramme, mit denen alle Messaufgaben gelöst werden können. In vielen Geräten sind zusätzliche Funktionen für die Markierung und Normierung von Messdaten sowie zur Steuerung komplizierterer Messabläufe vorgesehen. Fast alle Stand-Alone­MCA sind mit Einheiten zur Speicherung von vielen Spektren ausgerüstet und/oder sie haben genormte Schnittstellen zum Datentransfer an externe Rechner. In vielen Geräten sind der ADC und ein Linearverstärker fest eingebaut, oft findet man auch eine integrierte Spannungsversorgung für den Detektor. Für „In-situ”-Messungen gibt es kleine, tragbare Geräte mit Batteriebetrieb. Die Stand-Alone-Geräte sind für alle Messaufgaben sehr gut geeignet, jedoch bieten sie dem Benutzer keine Möglichkeit zur frei programmierbaren Auswertung der Daten.

Die MCA in NIM-Technik sind kleine Stand-Alone­ Geräte, bei denen alle Bauteile eingespart wurden, deren Funktion von externen Geräten übernommen werden kann; das macht sie preiswert und damit attraktiv. Sie haben weder Bildschirm noch Tastatur; deshalb benötigen sie einen Personal Computer (PC) zur Ansteuerung sowie einen NIM-Überrahmen für die Stromversorgung. Im Rechner läuft eine Konfigurations- und Display-Software, mit der der NIM-MCA zur Messung vorbereitet wird. Während der Messung können die Daten on-line, genau wie beim Stand-Alone-MCA, am Bildschirm des PC überwacht und die Darstellung vom Spektrum oder der Wert von Messparametern verändert werden. Man kann aber auch das Monitorprogramm verlassen und den PC für andere Aufgaben verwenden. Der MCA kann, wenn er einmal konfiguriert ist, die Messung selbständig durchführen und ist nicht auf den PC angewiesen. Die Möglichkeit zur Trennung von MCA und PC ist die besondere Stärke dieser Geräte. Sie werden deshalb insbesondere dort eingesetzt, wo an vielen weit auseinanderliegenden Stellen gleichzeitig gemessen werden muss. Ein Messplatz besteht in der Minimalkonfiguration aus Detektor, NIM-Elektronik und NIM-MCA, und man benötigt lediglich ein Notebook/Laptop, um die Daten sukzessive von allen Messstellen auszulesen und die Messungen neu zu starten. Die Datenauswertung wird dann mit einem zentralen Rechner durchgeführt.

Plug-on-MCA sind eine Entwicklung speziell für Szintillationsdetektoren, die erst mit der fortschreitenden Miniaturisierung der elektronischen Bauteile möglich wurde. Der komplette MCA mit Hochspannung (Bias), Vorverstärker, Linearverstärker, ADC, MCA und Dialog-Firmware ist in demselben Volumen untergebracht, das früher für den Spannungsteiler aufgewendet wurde. Der komplette MCA wird wie der Spannungsteiler auf den 14-poligen Sockel des Photomultipliers aufgesteckt und über USB oder Ethernet mit einem Rechner verbunden. Der MCA wird über dieses Anschlusskabel mit Spannung versorgt. Ein Emulationsprogramm im PC dient zur Konfigurierung des MCA sowie zur Darstellung und Speicherung der Messdaten. Gleichzeitig kann das Emulationsprogramm die Messdaten zur Spektrenauswertung an ein Programm im PC übergeben.

Mit einem Plug-on-MCA ist ein Szintillations-Spektrometer vollkommen tragbar und netzunabhängig. Die Batterie eines modernen Laptops kann z.B. den Plug-on MCA mit einem Szintillationsdetektor für mehr als fünf Stunden lang mit Strom für kontinuierliche Messungen versorgen.

MCA für Szintillationsdetektoren

Lichtblitze aus Szintillationsdetektoren wie z.B. NaI(Tl), BGO, CsI, SrI2, LaBr3(Ce), CeBr3 und andere werden meist in der Photokathode eines Photoelektronenvervielfachers (PMT) registriert und die Photoelektronen werden in einer Dynodenkaskade multipliziert. Zum Betrieb der Dynodenkaskade wird der PMT mit einem Hochspannungspotential (HV) von typischerweise +500V bis +1000 Volt zwischen der Anode und Kathode betrieben, das über eine Widerstandskette für die einzelnen Dynoden unterteilt ist. Die Photokathode hat normalerweise Masse-Potential. Die spektrometrische Verarbeitung der negativen Anodensignale oder der positiven Pulse von der letzten Dynode erfordert eine Betriebselektronik bestehend aus einem Verstärker (LA), Analog-zu-Digital Wandler (ADC) sowie Vielkanalanalysator (MCA) zur Ansammlung und Speicherung von Spektren. Die Betriebselektronik kann in traditioneller NIM-Bauweise oder als moderne Kompakt-Elektronik ausgeführt sein, die auf den 14-poligen Sockel vom PMT aufgesteckt wird (plug-on).

NIM_elektronik

NIM-Elektronik Bei der NIM (Nuclear Instrumentation Module) Bauweise werden elektronische Standard-Komponenten in einem NIM Überrahmen betrieben, der alle zum Betrieb nötigen Spannungen bereitstellt und in den die verschiedenen Elektronik-Bauteile in normiert vorgefertigte Einschubschächte eingesetzt werden.
Im Bild links ist exemplarisch ein komplettes NIM-System für die Szintillationsspektrometrie zu sehen. Der kleine NIM Überrahmen mit 6 freien Steckplätzen enthält eine Hochspannungsversorgung sowie einen guten Linearverstärker. Am PMT des Detektors ist ein Spannungsteiler eingebaut oder aufgesteckt. Die positive HV ist mit dem SHV-Stecker vom Spannungsteiler verbunden, der BNC Signalausgang des Spannungsteilers ist mit der Input-Buchse vom Verstärker verkabelt. Der unipolare Ausgang vom LA ist an einen digitalen Vielkanalanalysator Modell MCA8000D angeschlossen. Der am USB-Port an den PC angeschlossene MCA digitalisiert die Eingangspulse und speichert sie in Spektren von 256, 512, 1024, 2048, 4096 oder 8192 Kanälen Länge. Für die Szintillationsspektrometrie ist eine Spektrenlänge von 1024 Kanälen meist ausreichend.
In diesem Beispiel ist der MCA an einen Laptop-PC angeschlossen, in dem das DppMCA Emulationsprogramm zur Kontrolle vom MCA sowie der Darstellung und Speicherung der Spektrendaten installiert ist.

MCA_an_laptopPlug-on MCA Im Bild rechts ist exemplarisch ein Szintillationsspektrometer mit einem 3“x3“ NaI(Tl) Detektor und einem digitalen plug-on MCA gezeigt. Der bMCA Vielkanalanalysator ist über USB an den Laptop oder Desktop PC angeschlossen und wird von dort mit dem Betriebsstrom versorgt. Das bMCA Emulationsprogramm im PC kontrolliert die Hardware-Einstellungen sowie die Messzeit-Verwaltung, zeigt das aktuelle Spektrum während der Messung und speichert die Daten nach dem Abschluss der Messung. Ein Spektrometer mit plug-on MCA ist unabhängig von der Netzspannung und kann aus einer neuen Laptop-Batterie über fünf Stunden lang betrieben werden. Dabei ist es möglich, während der laufenden Messung eine Auswertung der gemessenen Daten durchzuführen und quantitative Ergebnisse zu erhalten.

plug-on_MCA

Im Bild links ist ein anderes Modell eines digitalen plug-on MCA gezeigt, bei dem eine Vielzahl von Zusatzfunktionen realisiert sind. Es gibt z.B. alternativ den PC-Anschluss über USB, Ethernet oder RS232 Schnittstelle sowie mehrere von der DppMCA Betriebssoftware konfigurierbare Ein- bzw. Ausgangssignale mit denen eine Steuerung von Experimenten oder eine Diagnose der Signale möglich ist.

scintiSPEC_MCA

Analoge plug-on MCA Die in Größe, Bauform und Stromverbrauch zu den modernen digitalen plug-on MCA vergleichbaren analogen plug-on MCA für die Spektrometrie mit Szintillationsdetektoren sind seit einiger Zeit mehr oder weniger vom Markt verschwunden. Als Beispiel eines analogen MCA ist im Bild rechts ein Komplettsystem mit einem scintiSPEC MCA gezeigt. Der MCA ist in vielen Installationen eingesetzt und misst sehr zuverlässig bei Zählraten bis zu etwa 35000 Impulsen pro Sekunde. Im Fall eines Ausfalls vom scintiSPEC MCA kann das Gerät kostengünstig, problemlos und unmittelbar durch einen digitalen plug-on MCA ersetzt werden. Fragen Sie nach weiteren Informationen zu den vorgestellten und anderen Geräten. Wir helfen Ihnen gern.

MCA für HPGe-Spektrometrie

Für die Spektrometrie mit einem HPGe Detektor braucht man eine Vielzahl von elektronischen Einheiten mit wohl definierten Spezifikationen, die innerhalb von engen Toleranzen auch im langdauernden Routinebetrieb zuverlässig eingehalten werden müssen.

Die wesentlichen Komponenten eines analogen HPGe-Systems sind:

  • Eine Hochspannungsversorgung mit umschaltbarer Polarität, die bei guter Spannungskonstanz einen Strom von bis zu 10 µA liefern kann.
  • Ein analoger Spektrometrie-Verstärker mit einem einstellbaren Verstärkungsbereich von mindestens *5 bis *100, einer wählbaren „Shaping Time“ zur Formung des Ausgangssignals im Bereich von mindestens 1 µs bis 6 µs, sowie speziellen Schaltkreisen zu „Pole-Zero“ Kompensation und „Pile-up Rejection“.
  • Ein Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), der die Höhe vom Ausgangssignal des Verstärkers in eine Digitalzahl umwandelt und diese für den Vielkanalanalysator bereitstellt. Es gibt unterschiedliche Techniken zur Umwandlung der Signalhöhe in eine Digitalzahl, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und unterschiedlicher Stabilität ablaufen; dementsprechend gibt es unterschiedliche Typen von ADC.
  • Ein Vielkanalanalysator (MCA=Multi Channel Analyzer), der die Digitalzahl vom ADC ausliest und das Ereignis in einem Spektrum speichert. Die meisten MCA verwalten zudem Messzeit sowie Totzeit und sie bedienen eine Emulationssoftware, die das aktuelle Spektrum als Grafik während der Messung zeigt.
  • Eine Vielkanalanalysator Grundeinheit, das ist oft ein Personal Computer, in der die Spektren-Daten gespeichert, dargestellt und oft auch ausgewertet werden. Meist werden auch die Konfiguration und Kontrolle vom MCA von der Grundeinheit her gesteuert.

In einem digitalen System müssen dieselben Funktionen vorhanden sein, es wird lediglich anstelle des Verstärkers ein spezielles „Shaping“ Netzwerk und anstelle des analogen ADC ein sehr schneller „Flash-ADC“ verwendet.
Man findet heute eine große Vielzahl von Spektrometrie-Produkten am Markt, bei denen unterschiedliche Varianten der wesentlichen Komponenten angeboten werden.
Die Hochspannungsversorgung sowie der Spektrometrie-Verstärker sind oft in der seit Jahrzehnten bewährten NIM-Module (Nuclear Instrumentation Module) Technik aufgebaut; dies ist besonders sinnvoll, wenn im Haus noch funktionsfähige NIM Module vorhanden sind. Unterschiedliche Typen von ADC (Wilkinson-ADC, „fixed-deadtime“ ADC, digitale ADC) sind ebenfalls als NIM Module erhältlich.
Die früher üblichen MCA als PC-Einsteckkarten sind fast vollkommen vom Markt verschwunden, weil die Hersteller dieser Nischenprodukte nicht mit der rasanten Entwicklung der PC-Hardware mithalten wollten. Das größte Problem waren dabei die ständig steigende Datenrate sowie die häufige Änderung der physikalischen Struktur von Datenbus-Verbindungen.
Heute findet man Spektrometrie-Systeme im Wesentlichen als:

  • „Stand-alone“ Geräte bei denen allen relevanten Funktionen in einem Gehäuse untergebracht sind. Oft sind diese Geräte an eine MCA-Grundeinheit (PC) mit einem großen Monitor angeschlossen. Man findet sowohl analoge als auch digitale stand-alone Systeme am Markt.
  • NIM-Geräte mit oft mehreren unabhängigen MCA in einem NIM-Gehäuse. Diese MCA enthalten bereits den ADC, d.h. sie werden direkt an den Ausgang vom Verstärker angeschlossen.
  • Hybrid-Systeme bei denen einige Funktionen (z.B. die Hochspannung und der Spektrometrie-Verstärker) mit NIM Einschüben realisiert sind und daran eine kleine Einheit mit ADC und MCA anschließt.

Die Zahl unterschiedlicher Gamma-Spektrometrie-Systeme sowie sinnvoller Kombinationen von Geräten am Markt ist sehr groß, deshalb stellen wir im Folgenden nur eine Variante kurz vor.

Stand-alone“_Spektrometrie-System„Stand-alone“ Spektrometrie-System zum Betrieb eines HPGe Detektors Das System ist über USB mit der Vielkanalanalysator-Grundeinheit (Desktop oder Notebook) verbunden und nutzt die Grundeinheit sowie den Monitor zur Darstellung und Manipulation bzw. Auswertung der Daten. Das kleine MCA-Kästchen enthält die Hochspannungsversorgung bis +/- 5000 Volt, einen digitalen Verstärker (Shaper), den Flash-ADC zum Digitalisieren, einen 8k Spektrenspeicher, die komplette Verwaltung von Messzeit und Totzeit, sowie das Interface zur Grundeinheit. Der Anschluss vom Spektrometrie-System an den Rechner ist möglich über USB, Ethernet oder eine traditionelle serielle Schnittstelle. Die für den Anwender jeweils am besten geeignete und preisgünstigste Variante kann hier nicht allgemeingültig gezeigt werden. Sprechen Sie uns direkt an und erläutern Sie Ihre Messaufgabe sowie die möglicherweise bereits vorhandenen Komponenten. Wir beraten Sie gern und finden die preisgünstigste, angepasste Lösung für Sie heraus.

NIM-MCA-Kopplung

Für viele Anwendungen werden auch heute noch gern die vorhandenen analogen NIM Einschübe zur Registrierung von Detektor-Signalen und nachfolgender Präzisions-Pulsverarbeitung verwendet. Die letzte Revision des Nuclear Instrumentation Module (NIM) Standards „Standard NIM Instrumentation System“, DOE/ER-0457T datiert vom Mai 1990 und ist unverändert gültig. Zur Erzeugung und Speicherung des Spektrums werden oft ein NIM-Analog-zu-Digital-Konverter (ADC) sowie ein Vielkanalanalysator (MCA) ebenfalls in NIM-Bauweise verwendet.
Eine gängige und kostengünstige Alternative sind kleine digitale MCA mit integriertem ADC, die direkt an den NIM-Spektrometrie-Verstärker angeschlossen sind und vom PC betrieben werden.
Diese Systemkonfiguration bestehend aus der Kopplung von traditioneller, sehr stabiler und erprobter NIM Analogelektronik an schnelle, moderne digitale Pulsverarbeitung hat sich im letzten Jahrzehnt sehr bewährt.

NIM-MCA-Kopplung

Im Bild wird als ein typisches Beispiel für die NIM-MCA Kopplung ein kompletter α-Spektrometrie Messplatz gezeigt. Die α-Messkammer in NIM Bauweise enthält die Vakuumkammer, den Detektor mit Spannungsversorgung, den Vorverstärker, den Verstärker sowie die manuelle Vakuumkontrolle. Das Ausgangssignal vom Verstärker wird zum digitalen MCA (MCA8000D) geleitet in dem ein digitaler „Shaper“ das Verstärkersignal aufbereitet, ein Flash-ADC wandelt die Signalhöhe in eine Digitalzahl (Kanalzahl) und der MCA speichert die Ergebnisse als Spektrum.
Die Spektrenlänge beträgt maximal 8192 Kanäle, d.h. der kleine MCA8000D ist sowohl für die α-Spektrometrie mit Halbleiter- oder GIK-Detektoren als auch für die niedrig oder hoch auflösende Gamma-Spektrometrie hervorragend geeignet.
Der MCA8000D ist über den USB-Port an den Betriebs-PC angeschlossen; diese schnelle Verbindung dient sowohl zum Austausch der Spektren-Daten als auch für die Spannungsversorgung vom MCA8000D. Mit der kleinen Pumpe neben dem NIM Überrahmen wird die α-Messkammer evakuiert. Wenn Sie Fragen haben oder ein Konzept für Ihre Messaufbauten brauchen, dann kontaktieren Sie uns. Wir unterstützen Sie kompetent und gern.