一个简单实用的计算机穆斯堡尔谱仪系统

0　引言

穆斯堡尔谱学方法是研究原子核精细结构的重要手段之一,目前已广泛用于物理学、化学、地质学、冶金学、生物学、考古学等许多领域。起源于核物理学的穆斯堡尔效应已冲破核物理学的界线,发展成为一门重要的边缘科学——穆斯堡尔谱学。

传统的穆斯堡尔谱的研究方法是通过外部补偿发射光子由于发射核自身的反冲而引起的能量损失,使发射的光子的能量达到靶核的共振能级而产生共振吸收。在透射式谱仪中,通过测量未被吸收的光子谱可以得到有关核能级的超精细结构;在散射式谱仪中,通过测量吸收核的次级产品,来得到有关核能级的超精细结构。

通常是用机械的方法对发射核提供一个线性增长(或减少)的外部能量,并将多道分析器工作在多定标的方式下,使多道分析器的时间轴与外部提供的机械能量有一个对应关系,这样我们就可以得到靶核对不同能量的吸收谱。虽然利用多道分析器的多定标方式可以很方便地进行穆斯堡尔谱的测量,但对集能谱测量功能和多定标功能等多功能为一体的价格昂贵的多道分析器来说,只用其中的多定标方式,多少有点大材小用。另一方面,由于常规的多道分析器无法对穆斯堡尔谱直接进行分析,数据还必须设法送入计算机进行分析。从硬件的角度上讲,多道分析器在用于穆斯堡尔谱测量时需要外部提供一个同步信号。因此采用多道分析器进行这类测量就显得不那么方便。我们从1984年就开始了计算机穆斯堡尔谱仪的研究,1986年成功地研制了一套多路穆斯堡尔谱仪系统[1]。1993年又开发了双通道穆斯堡尔谱仪系统[2]。在此基础上,我们又为我校结构分析中心的一台从英国进口的高精度振子驱动器MS-500开发了这台简单实用的计算机穆斯堡尔谱仪插件。在开发工程中,不仅考虑到该进口的振子驱动器的特点,同时也考虑了国内目前流行的几种不同驱动器的特点,使本谱仪系统可适用于多种谱仪驱动器。

1　系统简介

系统原理框图如图1,虚线部分为谱仪部分,它包括程控阈值和道宽选择电路、计数电路、存储电路、同步电路、发送缓冲电路、串行通讯接口和一个8031单片机。虚线部分被设计在一个单宽NIM插件中。谱仪中的单片机管理前端的数据采集,主计算机实现实验控制和数据分析。谱仪和主计算机之间通过标准RS232串行接口相连。在主计算机上,实验者可以通过人机对话实现对数据采集过程的实时控制。采集的谱数据可以通过主计算机的屏幕进行实时显示,以帮助实验者了解实验结果。

采用这种分布式系统结构的好处是谱仪可以在单片机的管理下单独工作,在测量过程中,主计算机可以任意联机或脱机。