กรรมวิธีสัญญาณเพื่อเพิ่มความสามารถในการแจกแจงพลังงานสเปกตรัมนิวเคลียร์

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาเทคนิคการประเมินหาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการกรองสัญญาณรบกวนสำหรับเพิ่มขีดความสามารถในการแจกพลังงาน (Energy resolution) ของสเปกตรัมนิวเคลียร์ด้วยกรรมวิธีสัญญาณเชิงคำนวณเพื่อประยุกต์ใช้กับงานออกแบบและจัดระบบวัดนิวเคลียร์ระดับงานวิจัย โดยอาศัยการคัดเลือกรูปแบบของกระบวนการแต่งรูปสัญญาณและกำหนดค่าเวลาของการแต่งรูปสัญญาณภายในอุปกรณ์ขยายสัญญาณชนิดสเปกโตรสโคปีที่เหมาะสมในการขจัดสัญญาณรบกวนจากระบบวัดส่วนหน้าให้ได้อัตราสัญญาณต่อสิ่งรบกวนสูงที่สุด กรรมวิธีสัญญาณที่พัฒนาขึ้นใช้กระบวนการจำลองสัญญาณของระบบวัดส่วนหน้าด้วยการสุ่มสัญญาณรบกวนและสัญญาณพัลส์ตามคุณลักษณะของการวัดรังสี ในอัตราสุ่มสัญญาณ 5x10⁶ ครั้งต้อวินาที สำหรับนำมากำเนิดจำนวนแรนดอมตามเทคนิคการแปลงกลับฟังก์ชันของมอนเตคาโล (Monte Carlo) บนไมโครคอทพิวเตอร์ที่ทำงานกับโปรแกรมแมทแล็บ (MATLAB) เพื่อให้ได้สัญญาณจำลองเหมือนจริงเก็บไว้เป็นฐานข้อมูล พร้อมด้วยการจำลองฟังก์ชันตัวแต่งรูปสัญญาณในอุปกรณ์ขยายสัญญาณโดยเทคนิคการประเมินฟังก์ชันของผลตอบสนองความถี่และแปลงกลับเข้าสู่ฟังก์ชันในโดเมนเวลาด้วยเทคนิคการออกแบบตัวกรองฟิลเตอร์เคอร์เนล (filter kernel) ก่อนนำสัญญาณจำลองของระบบวัดส่วนหน้าและฟังก์ชันตัวกรองในการแต่งสัญญาณเข้ากระบวนวิธีคอนโวลูชัน (convolution) เพื่อวิเคราะห์ผลการกรองสัญญาณรบกวน จากการประเมินการกระจายของขนาดสัญญาณพัลส์ตามนิยามของความสามารถในการแจกแจงพลังงาน (FWHM) ณ ตำแหน่งพีคพลังงานและอัตรานับรังสีที่จำลองขึ้น เพื่อหาความสัมพันธ์ของค่าเวลาแต่งรูปสัญญาณที่แปรเปลี่ยนไปของตัวแต่งรูปสัญญาณที่เลือกใช้กับผลของความสามารถในการแจกแจงพลังงานที่ดีที่สุดของระบบวัดสเปกตรัมพลังงานของรังสี ผลทดสอบการใช้เทคนิคการหาเงื่อนไขที่เหมาะสมเปรียบเทียบกันระหว่างวิธีทางปฏิบัติและเทคนิคการจำลองสัญญาณที่พัฒนาขึ้นกับระบบวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงานของรังสีเอกซ์ ซึ่งใช้ระบบวัดส่วนหน้าที่มีหัววัดรังสีชนิด CdTe ของ Amptek รุ่น XTR100 และอุปกรณ์ขยายสัญญาณของ Canberra รุ่น 2022 พบว่าให้สอดคล้องกันอย่างมีนัยสำคัญและมีความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งค่าเวลาแต่งรูปสัญญาณที่เหมาะสม 11 %