核電子學復(fù)習

1、1、 名詞解釋：核電子學：物理學、核科學與技術(shù)、電子科學與技術(shù)、計算機科學與技術(shù)等相結(jié)合而形成的一門交叉學科。核輻射探測器：利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)或其它物理、化學變化進行輻射探測的器件稱為輻射探測器。核儀器：是指用于核輻射產(chǎn)生或測量的一類儀器的統(tǒng)稱。能量-電荷轉(zhuǎn)換系數(shù)：設(shè)輻射粒子在探測器中損失的能量為E，探測器產(chǎn)生的電子電荷數(shù)為N，則N/E稱為探測器的能量-電荷轉(zhuǎn)換系數(shù)。=N/E能量線性：定義：是指探測器產(chǎn)生的離子對數(shù)平均值和所需消耗的粒子能量之間的線性程度。探測器的穩(wěn)定性：探測器中能量-電荷轉(zhuǎn)換系數(shù)在環(huán)境溫度T和電源電壓V變化時的穩(wěn)定性。核電子學電路的穩(wěn)定性：核電子

2、學電路中能量-電荷轉(zhuǎn)換系數(shù)在環(huán)境溫度T和電源電壓V變化時的穩(wěn)定性。信噪比：信號幅度與噪聲均方根值之比沖擊函數(shù)：系統(tǒng)函數(shù)：H(s)=Uo(s)/Ui(s)極點：系統(tǒng)函數(shù)中使分母為零的點零點：系統(tǒng)函數(shù)中使分子為零的點有源濾波器：將RC積分網(wǎng)絡(luò)接在放大器的反饋回路里，就構(gòu)成有源積分電路，或稱為有源濾波器。積分譜：改變閾電壓UT，測量到相應(yīng)的大于UT的脈沖數(shù)N(UT)， 得到N(UT) - UT 分布曲線，得到的就是積分譜微分譜：從閾電壓UTn上的脈沖計數(shù)減去閾電壓UTn+1上的計數(shù)就可得到閾電壓上間隔U=UTn-UTn+1中的計數(shù)N。N和UT的關(guān)系曲線，就是脈沖幅度分布曲線（微分譜）儀器譜：儀器實測

3、得的能譜脈沖幅度分布譜：積分譜和微分譜道寬：Uw=Uu - UL > 0時間移動：輸入脈沖的幅度和波形的變化引起定時電路輸出脈沖定時時刻的移動時間晃動：系統(tǒng)的噪聲和探測器信號的統(tǒng)計漲落引起的定時時刻的漲落時間漂移：元件老化、環(huán)境溫度或電源電壓變化（屬于慢變化）引起的定時誤差慢定時：s量級的定時快定時：ps量級的定時（還有ns的說法）自然全譜：用儀器測得的，能量在及時keV-2.62MeV的自然儀器譜。彈道虧損：電荷Q快速充在理想的電容C上，得到的電壓是UMAX=Q/C.實際的電容存在漏電阻； RC回路充電需要一段時間；充電同時有微量電量損失，電容兩端實際的電壓必然小于UMAX=Q/C，這

4、種現(xiàn)象稱之為彈道虧損。2、核電子學信號的特點：隨機性、信號弱、速度快、信號幅度跨度大 3.核電子學的發(fā)展趨勢？高度集成化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、高性能4.核電子學的內(nèi)容和研究對象？內(nèi)容：（1）核科學、高能物理、核技術(shù)中有關(guān)核輻射（和粒子）探測的電子技術(shù)；（2） 核爆炸和外層空間的輻射對電子系統(tǒng)的效應(yīng)和抗輻射的加固技術(shù)；（3）核技術(shù)應(yīng)用中所需的電子技術(shù)、脈沖幅度、時間間隔、波形和徑跡的精密測量和甄別技術(shù)、納秒脈沖技術(shù)以及模數(shù)變換技術(shù)都是在核電子學中首先得到發(fā)展。研究對象：（1）各種輻射探測器及與之相應(yīng)的電子電路或系統(tǒng)。（2）針對核信號時間上的隨機性、幅度上的統(tǒng)計性、波形的多樣性以及信號采集需要加以選擇

5、等特點的各種精密的電子學測量技術(shù)。（3）各種大型核電子學系統(tǒng)用于核科學技術(shù)和高能物理實驗，實時獲取并處理大量的輻射信息。在實驗過程中不間斷地對整個系統(tǒng)的運行進行監(jiān)測和控制。（4）電子原材料、電子元件、器件和電子設(shè)備或系統(tǒng)在核輻射、強電磁場下的輻射效應(yīng)和相應(yīng)的抗輻射加固技術(shù)。（5）核技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)學、生物研究等方面應(yīng)用所需的電子技術(shù)。5.舉例：核電子學與核儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。舉例：放射性測量儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。核儀器：中子射線管、陰極射線管測量儀：氣體電離室、正比計數(shù)器、半導(dǎo)體探測器、閃爍體探測器6.入射射線所攜帶的信息包括哪些？入射粒子能量、入射粒子數(shù)、強度、入射粒子類型7.核電子學中的干

6、擾和噪聲：概念、特點、噪聲分類干擾：主要是指空間電磁感應(yīng)，工頻交流電網(wǎng)的干擾，以及電源紋波干擾等外界因素。（可在電路和工藝上予以減小或消除）噪聲：是由所采用的元器件本身產(chǎn)生的。（可以設(shè)法減小但無法消除）噪聲特點：屬于隨機過程；隨時間的變化是雜亂無章的；服從一定的統(tǒng)計規(guī)律分類：散粒噪聲（探測器漏電流的噪聲、場效應(yīng)管柵極漏電流噪聲）；熱噪聲（場效應(yīng)管的溝道熱噪聲、電阻元件的熱噪聲）；低頻噪聲（場效應(yīng)管閃爍噪聲）8.簡述噪聲對能譜的影響？由于噪聲是隨機地疊加在信號電壓上，它會使原來代表單一能量的信號幅度在平均值上下作統(tǒng)計漲落由于噪聲的存在，使得輸出脈沖能譜產(chǎn)生“毛刺”，影響定量測量分析；能譜幅度受到

7、影響，影響測量結(jié)果15.簡述傅立葉變換、拉普拉斯變換及Z變換三者之間的區(qū)別及聯(lián)系？1）傅立葉變換可是對連續(xù)信號、也可是對離散信號。如對連續(xù)信號，可以說它是拉普拉斯變換的特例。2）拉普拉斯變換用于連續(xù)時間信號，它是傅立葉變換的推廣，存在條件比傅立葉變換要寬，是將連續(xù)的時間域信號變換到復(fù)頻率域；3）Z變換則是連續(xù)信號經(jīng)過理想采樣之后的離散信號的拉普拉斯變換，所對應(yīng)的域為數(shù)字復(fù)頻率域。離散時間信號傅里葉變換是Z變換的一種特例。21.前置放大器的作用？對信號進行初步放大；提高系統(tǒng)的信噪比；減少探測器輸出端到放大器之間的分布電容的影響；減少信號傳輸過程中外界干擾的影響；合理布局，便于調(diào)節(jié)和使用；實現(xiàn)阻抗

8、轉(zhuǎn)換與匹配22.前置放大器的分類？（1）與不同的探測器相配，可有不同的前置放大器：電離室前置放大器；正比計數(shù)器的前置放大器；半導(dǎo)體探測器的前置放大器；閃爍探測器的前置放大器。（2）根據(jù)探測器輸出信號成形方式的特點分類，前置放大器可分為：電壓靈敏前置放大器；電荷靈敏前置放大器；電流靈敏前置放大器23.譜儀放大器的分類？通用譜儀放大器；快脈沖放大器；弱電流放大器；高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器24.譜儀放大器的結(jié)構(gòu)。為提高信噪比，采用濾波成形電路，一般采用1-2次微分和2-4次積分濾波成形電路。在計數(shù)率高的時候，引入堆積拒絕電路和基線恢復(fù)電路。25.極零相消電路的作用作用：在幾級相串聯(lián)的系統(tǒng)中，將

9、前級傳遞函數(shù)的極(零)點和后級的零(極)點相消，從而改善輸出波形。消除下降沿“反沖”，改善微分電路引起的基線漂移。28.階躍堆積信號、長尾堆積信號波形及特點33.解決放大器幅度過載的方法？（1）應(yīng)盡可能采用直流耦合，從根本上消除電容充放電的現(xiàn)象；（2）當有耦合電容時，從電路上采用差分輸入形式可以具有良好的抗過載性能。（3）使輸入脈沖變窄，從而縮短電容充放電時間；（4）在輸入端加一級限幅電路限制過載脈沖。自行推導(dǎo)（參照第10題冪函數(shù)推導(dǎo)）36.無源積分電路的缺點？帶負載能力差；無放大作用；特性不理想，邊緣不陡37.基線漂移的原因？信號堆積使基線發(fā)生漲落。此外，即使是無“長尾堆積”的系列脈沖通過C

10、R微分網(wǎng)絡(luò)時，由于電容在放電時間內(nèi)，未能把存儲的電荷放完，當下一個脈沖到達時，電容上剩余的電荷將引起這個后來脈沖的基線發(fā)生偏移。38.基線漂移的危害？基線漂移造成脈沖幅度分析不準，使能譜峰位移動，能量分辨能力下降，在高計數(shù)率的情況下，表現(xiàn)得尤為突出。39.解決基線漂移的方法？在主放大器的一開始設(shè)置微分成形電路，使脈沖變窄，盡可能消除脈沖重疊現(xiàn)象，減小基線漂移。如前面所述，采用的極-零相消成形電路，也是克服基線漂移的措施之一。除掉產(chǎn)生基線漂移的級間耦合電容。各個放大環(huán)節(jié)之間采用直接耦合。采用直流恢復(fù)器或基線恢復(fù)器。40.從探測器出來的脈沖信號經(jīng)前置放大器和譜儀放大器放大后，需要進一步處理，處理方

11、式根據(jù)不同要求一般可以分成哪幾種？脈沖計數(shù)(強度測量)；脈沖幅度分析(能譜測量)；脈沖信號時間分析(時間測量)。41.簡述脈沖幅度甄別器的工作原理？它有一個閾電壓，稱為甄別閾，輸入脈沖的幅度大于甄別閾時，輸出一個脈沖；小于甄別閾時，則無脈沖輸出。42.簡述單道脈沖幅度分析器的工作原理？單道脈沖幅度分析器(微分甄別器)，要求只有輸入脈沖幅度落在給定的電壓區(qū)間范圍(ULUU)內(nèi)，才有脈沖輸出。而輸入脈沖幅度小于UL或大于UU時都沒有脈沖輸出。43.脈沖幅度甄別器、單道沖幅度分析器，可認為是一種簡單的A/D轉(zhuǎn)換器嗎？為什么？可以44.例舉至少四種可實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的單元電路或器件？ADC、脈沖幅度

12、甄別器、單道脈沖幅度分析器、多道脈沖幅度分析器、45.對脈沖幅度甄別器、單道脈沖幅度分析器的基本要求？1）對脈沖幅度甄別器的基本要求：響應(yīng)速度快、死時間短（采用開關(guān)二極管、高速電壓比較器）甄別閾穩(wěn)定性高（采用濾波電容、基準電壓源）2）單道：所測量的核素的半衰期遠大于測量時間；每測一次后，需要逐點改變閾值46.獲取多道能譜有哪幾種方案？多個單道疊加；多個脈沖甄別器疊加；基于模數(shù)變換和存儲技術(shù)的多道分析器；數(shù)字多道分析器47.采用一個脈沖幅度甄別器如何測量能譜？對測量對象的半衰期有何要求？有何不足？輸入脈沖的幅度大于甄別閾時，輸出一個脈沖；小于甄別閾時，則無脈沖輸出。半衰期要求：不足：48.采用一

13、個單道脈沖幅度分析器如何測量能譜？對測量對象的半衰期有何要求？有何不足？單道脈沖幅度分析器(微分甄別器)，要求只有輸入脈沖幅度落在給定的電壓區(qū)間范圍(ULUU)內(nèi)，才有脈沖輸出。而輸入脈沖幅度小于UL或大于UU時都沒有脈沖輸出；通過改變單道脈沖幅度分析器的甄別閾，逐次測量獲得能譜數(shù)據(jù)。半衰期較長，遠大于測量時間；不足：測量能譜的簡單方法。但是每測一次后，需要逐點改變閾值，既費時間，又容易受到儀器不穩(wěn)定的影響，測量誤差比較大。49.采用多個單道并聯(lián)疊加組成的多道分析器，如何測量能譜？有何不足？50.采用多個積分甄別器并聯(lián)疊加組成的多道分析器，如何測量能譜？有何不足？51.如何實現(xiàn)雙道脈沖幅度分析

14、器？兩個單道疊加52.簡述基于一般性能的模數(shù)變換器和存儲技術(shù)的多道分析器基本原理？按輸入脈沖的幅度大小進行分類計數(shù)。它將分析的脈沖幅度范圍分成多個幅度間隔，這些幅度間隔的個數(shù)就是分析器的道數(shù)；而幅度間隔的寬度就是道寬。53.多道能譜測量的計數(shù)和定時，有哪幾種工作方式？第一種工作方式為“定數(shù)計時”，即某一道計數(shù)達到一預(yù)定數(shù)時，所需要的測量時間；第二種工作方式為“定時計數(shù)”，即獲取在一預(yù)定的時間內(nèi)各個道的計數(shù)；第三種工作方式為“校正定時計數(shù)”，或稱之為“活時間定時計數(shù)”。54.實時間、活時間及死時間的關(guān)系？百分死時間是怎么定義的？實時間RT=活時間AT + 死時間DT百分死時間=（死時間/實時間）

15、×100%55.畫出開關(guān)復(fù)位型前放電路，輸出哪種信號，有何特點？56.畫出阻容反饋型前放電路，輸出哪種信號，有何特點？57.采用高速ADC實現(xiàn)數(shù)字多道脈沖幅度分析器，能否直接對前放輸出的信號進行高速采樣？58.數(shù)字多道的特點？有利于信號不失真地傳輸；省卻了傳統(tǒng)譜儀為進行多道脈沖幅度分析而設(shè)計的諸多硬件的“功能模塊電路”(例如，脈沖成形電路、峰值保持電路等) 在前端對模擬信號進行數(shù)字化，有利于提高信號后續(xù)處理模塊的集成度；有利于信號處理的軟件化；有利于信號的智能化處理；一旦實現(xiàn)了信號的數(shù)字化，就可以靈活、方便地運用各種數(shù)字信號處理技術(shù)(例如，數(shù)字濾波器等)，改善有用信號的質(zhì)量，提高信噪

16、比。59.定時誤差按誤差產(chǎn)生的原因分為哪幾類？時間移動和時間晃動60.時間信息測量中，常用的定時方法有哪些？前沿定時、過零定時和恒比定時61.前沿定時電路的工作原理？62.前沿定時電路的優(yōu)缺點？優(yōu)點：電路簡單，噪聲引起的時間晃動比恒比定時明顯。缺點：時間移動大，定時誤差大63.前沿定時的誤差來自哪些因素？時電路存在延遲；超閾延遲的存在增大時間移動；噪聲引起的時間晃動（時檢電路輸入信號上疊加的噪聲引起的晃動；時檢電路本身的噪聲引起的晃動）；輸入信號統(tǒng)計漲落引起的時間晃動64.超閾延遲及與前沿斜率的關(guān)系。信號前沿斜率越小，超閾延遲通常越大65.識圖分析，時檢電路輸入信號上疊加的噪聲引起的晃動，時檢

17、電路本身的噪聲引起的晃動。66.G-M計數(shù)器、正比計數(shù)器、閃爍體探測器、半導(dǎo)體探測器對射線測探測的性能：能量分辨情況、能量線性，各具哪些特點。67.過零定時電路的工作原理？對前沿觸發(fā)定時電路，要在輸入信號幅度變化時不產(chǎn)生時間移動，只有UT0。Af (tT ) UT = 0為消除幅度變化引起的時間移動，必須利用信號過零時間作為定時點，稱為過零定時。68.過零定時電路的優(yōu)缺點？優(yōu)點：消除信號幅度變化引起的時間移動。缺點：其它引起定時誤差的因素不能消除。69.符合測量可分為哪兩種測量？正符合測量和反符合測量70.理想的符合和實際的符合，含義分別是什么？理想的符合是指兩個事件在時間上是完全重合的，但實

18、際上這是不可能的，因為任何一個（核）事件都有一定的時間過程。實際的符合是指事件在一定的時間間隔內(nèi)的重合。71.時間-幅度變換。實現(xiàn)時間-幅度變換就是把時間長短變換成幅度的大小。按工作原理的不同，可以把時幅變換分成兩類：起停型時幅變換器；重疊型時幅變換72.脈沖波形甄別器及用途。脈沖波形甄別器是指按脈沖信號的形狀不同對脈沖進行分類。脈沖信號的形狀包括幅度、上升時間、下降時間、寬度等。一般，脈沖波形甄別不包括脈沖幅度甄別用途：粒子甄別；它還可用于除掉鍺(鋰)探測器中由于缺陷而產(chǎn)生的慢上升信號，以及用于堆積拒絕等73.定標器的功能？測量一定時間內(nèi)的輸入脈沖數(shù)74.能譜數(shù)據(jù)處理一般包括哪些具體內(nèi)容？定

19、性分析：能量刻度、譜數(shù)據(jù)平滑、尋峰、核素識別定量分析：本底扣除、求峰面積、重峰分解、定量分析、效率刻度等75.對能譜儀及采集的數(shù)據(jù)進行刻度，一般包括哪些具體內(nèi)容？主要指能量刻度、效率刻度、峰形參數(shù)刻度。76.采用一般性能模數(shù)變換器多道分析器為什么要峰值保持？一般，譜儀放大器放大后的信號脈沖峰頂寬度較窄，不符合A/D轉(zhuǎn)換時間要求，對脈沖展寬，使峰值保持足夠長時間，保證A/D轉(zhuǎn)換過程峰值穩(wěn)定。77.儀器譜出現(xiàn)譜漂的原因？高壓電源不夠穩(wěn)定；放大器的放大倍數(shù)不夠穩(wěn)定；基線漂移78.減小儀器譜譜漂的措施？（1） 穩(wěn)譜技術(shù)高壓電源不夠穩(wěn)定，放大器的放大倍數(shù)不夠穩(wěn)定采用穩(wěn)譜裝置。（2） 基線恢復(fù)入射粒子能量太高，級間電容耦合，產(chǎn)生基線偏移基線恢復(fù)器；（3） 重新確定峰位和峰邊界針對譜峰平移，實時、智能判斷譜漂，重新尋找并確定峰位，重新、及時地確定譜峰地左右邊界。79.穩(wěn)譜裝置的基本原理？就是對譜儀的中前間級加上具有選擇功能的反饋控制環(huán)節(jié)。80.準高斯成形信號的特點？81.直流穩(wěn)壓源的基本原理？從市電變換到正的低壓直流電需要哪幾步？直流電源是將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)換