MZOS Projekt informatičke tehnologije (2005 - 2006): Automatizacija PIXE/RBS mjerenja

         Elementna analiza pripremljenih uzoraka (najčešće tablete materijala koji se ispituje) putem PIXE (particle induced x-ray emission) spektroskopije započinje snimanjem spektra x-zraka koje nastaju izlaganjem nepoznatog uzorka snopu protona ubrzanih u akceleratoru. Pri tom se uzorak smješta u vakuumsku komoru za raspršenje. Do rezultata analize, to jest elementnih koncentracija, dolazi se prvo procesom prilagodbe eksperimentalnih spektara teorijskim što rezultira u intenzitetima linija x-zraka, te na kraju izračunom koncentracija putem metode fundamentalnih parametara koji predviđaju efekte tvorbe, emisije, apsorpcije i detekcije x-zraka. Kako je obrada spektara odnosno sama kvantitativna analiza već u potpunosti integrirana u postojeći software (WINGUPIX), bilo je potrebno automatizirati proces analize većeg broja uzoraka koji se smještaju u komoru za raspršenje.

        U svrhu automatizacije mjerenja, na eksperimentalnu komoru za PIXE/RBS mjerenja montirana je kamera Panasonic na posebnu i za tu svrhu u Laboratoriju izrađenu prirubnicu. Kamera projicira kvadratičnu površinu veličine 6 x 6 cm2 u centru komore. MatroxMeteor II kartica smještena je u računalo i povezana s kamerom. Programska podrška za video kontrolu napravljena je koristeći Matrox Imaging Library. Također je napravljen i mehanički relej koji sluđi za kontrolu paljenja i gašenja svjetla u komore. Relej je prikazan na slici 1.

Slika 1. Shema sklopke za kontrolu svjetla/napona

         Računalni program 'MOTOR' sa jednostavnim i preglednim sučeljem, razvijen je za optičku provjeru pozicije uzorka u odnosu na smjer snopa protona iz akceleratora, kao i za promjenu uzoraka. Program kontrolira koračni motor kojim se pozicionira disk sa uzorcima preko ISEL IT-108 kontrolera preko serijskog kabla. Programsko sučelje programa 'MOTOR' prikazano je na slici 2.

 Slika 2. Programsko sučelje programa 'MOTOR' za pozicioniranje i pomicanje nosača uzoraka

       Programom 'MOTOR' moguće je odabrati i kontrolirati poziciju uzoraka koji se mjeri. Pomoću scintilatora koji se nalazi na jednoj od pozicija na nosaču uzoraka možemo vizualno procijeniti dimenziju i položaj ionskog snopa što je izuzetno važno kasnije kod pozicioniranja pravih uzoraka, posebno ako su uzorci mali i/ili nehomogeni.

        Kontrola osvjetljenja u komori kao i napajanja RBS detektora također se nalazi u sučelju programa MOTOR. Zbog sigurnosti RBS detektora, dozvoljeno je paljenje svjetla samo onda kada je detektor bez radnog napona.

        Serijska komunikacija ostvarena je preko niza Windows SDK (Software Development Kit) funkcija. Gibanje motora može se u programu započeti pritiskom na više različitih aktivnih polja na ekranu (buttons). 16 aktivnih polja rezervirano je za 16 osnovnih pozicija na nosaču uzoraka. One se koriste za pomicanje nosača za 22.5 stupnja. Nulta pozicija definirana je pozicijom nosača uzoraka u trenutku paljenja motora. Trenutačna pozicija nosača uzoraka može se pročitati u ispisnom prozorčiću programa. Također, korisnik može sam definirati i redefinirati poziciju nosača preko nekoliko dodatnih komandi. Isto tako može upisati u ispisni prozorčić programa vrijednost pomaka motora. Najmanji pomak za koji se nosač može pomaknuti je 0.9 stupnjeva i to u oba smijera, pozitivnom i negativnom. U programu je definirana i stop komanda koja trenutačno zaustavlja gibanje motora.

        Nakon što je završeno pozicioniranje uzorka uz pomoć programa 'MOTOR' te nakon što su stavljeni u rad detektori za PIXE i RBS mjerenja započinje se sa sakupljanjem podataka. Za to se koristi u Laboratoriju ranije razvijeni program 'SPECTOR'. U cilju što potpunije automatizacije mjerenja koja je cilj ovog informatičkog projekta program 'SPECTOR' je modificiran da mjerenje traje sve dok nije sakupljen naboj kojeg je prije mjerenja definirao korisnik. Kad se željeni naboj sakupi, program 'SPECTOR' zaustavlja mjerenje, daje naredbu programu 'MOTOR' da pomakne nosač na sljedeći uzorak i starta novo mjerenje.

        Nakon završetka mjerenja iz 'SPECTORA' se dobivaju eksperimentalni spektri u formatu koji se mogu odmah učitati u programe za kvantitativnu analizu: SIMNRA koji služi za kvantitativnu analizu RBS spektara. U analizi nizova sličnih uzoraka, RBS analiza se vrši samo za prvi uzorak u seriji u svrhu određivanja glavnih elemenata (matrice) uzoraka. Taj rezultat koristi program WINGUPIX za procjenu efekata apsorpcije x-zraka u kvantitativnoj PIXE analizi.. Uz pomoć niza tankih jednoelementnih standarda napravljena je kalibracija PIXE/RBS eksperimentalne komore. Određen je parametar koji povezuje sakupljeni ukupni naboj tijekom mjerenja s vrijednošću čije poznavanje zahtijeva program za kvantitativnu analizu RBS spektara.

        Važno je napomenuti da se pozicioniranje uzorka, startanje detektora te mjerenje i analiza podataka mjerenja obavljaju na jednom računalu iz kontrolne sobe akceleratora. Na taj način nije ni u jednom trenutku potrebno ulaziti u eksperimentalan prostor i izlagati se štetnom ionizirajućem zračenju.