核電子學(xué)與儀器課件前言及基礎(chǔ)知識(shí)

一、課程安排《核電子技術(shù)原理》參考書等編.自印《核電子學(xué)講義》（2005年修

）《核電子學(xué)》 等編.原子能版社一、課程安排有關(guān)先修課程《核輻射測(cè)量原理》《電路分析》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》《信號(hào)與系統(tǒng)》二、核電子學(xué)特點(diǎn)及發(fā)展核電子學(xué)（nuclear

electronics）核科學(xué)技術(shù)與電子科學(xué)技術(shù)相結(jié)合而形成的一門交叉學(xué)科。形成于50年代，其內(nèi)容包括：核科學(xué)、高能物理和核技術(shù)中有關(guān)核輻射（和粒子）探測(cè)的電子技術(shù)；和外層空間的輻射對(duì)電子系統(tǒng)的效應(yīng)和抗輻射的加固技術(shù)；核技術(shù)應(yīng)用中所需的電子技術(shù)、脈沖幅度、時(shí)間間隔、波形和徑跡的精密測(cè)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(xué)中首先得到發(fā)展。二、核電子學(xué)特點(diǎn)及發(fā)展核電子學(xué)的研究對(duì)象包括：①各種輻射探測(cè)器及與之相應(yīng)的電子電路或系統(tǒng)。②針對(duì)核信號(hào)時(shí)間上的隨機(jī)性、幅度上的統(tǒng)計(jì)性、波形的多樣性以及信號(hào)需要加以選擇等特點(diǎn)的各種精密的電子學(xué)測(cè)量技術(shù)；③各種大型核電子系統(tǒng)，用于在核科學(xué)技術(shù)和高能物理實(shí)驗(yàn)中實(shí)時(shí)獲取并處理大量核信息，并在實(shí)驗(yàn)過程中不間斷地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)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、核電磁場(chǎng)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(xué)、生物研究等方面應(yīng)用時(shí)所需的電子技術(shù)。二、核電子學(xué)特點(diǎn)及發(fā)展核電子學(xué)研究信號(hào)的特點(diǎn)隨機(jī)性信號(hào)弱，但跨度大（

μV~幾十伏）速度快10-10~10-12s脈沖上升沿快平均計(jì)數(shù)率高時(shí)間間隔短 級(jí)聯(lián)輻射10-9~10-12s二、核電子學(xué)特點(diǎn)及發(fā)展需要哪些新的技術(shù)

？隨機(jī)性：用概率密度函數(shù)描述，要求儀器穩(wěn)定可靠。信號(hào)弱，信號(hào)跨度大：提高信噪比

S/N、S↑、N↓，加前置放大器，主放大器，極零相消等。速度快：脈沖成形，反堆積技術(shù)。三、主要教學(xué)內(nèi)容核儀器系統(tǒng)探測(cè)器核電子學(xué)數(shù)據(jù)獲取及處理三、主要教學(xué)內(nèi)容信號(hào)與噪聲噪聲信號(hào)提高信噪比三、主要教學(xué)內(nèi)容基本單元電路前置放大器放大器脈沖幅度分析時(shí)間分析數(shù)據(jù)獲取和處理三、主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)噪聲的描述、噪聲的計(jì)算噪聲的分類、器件的噪聲、噪聲的表示前置放大器（電荷、電壓、電流）最佳濾波、極零相消、信息畸變、有源濾波、無(wú)源濾波、延遲線、數(shù)字濾波展寬器、基線恢復(fù)器、堆積判棄幅度甄別器、單道、時(shí)間檢出、符合、波形甄別模數(shù)變換、定標(biāo)器、多道四、基礎(chǔ)知識(shí)（一）有關(guān)氣體探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器的固有能量分辨率等參數(shù)參閱《核輻射測(cè)量原理》。結(jié)論探測(cè)器輸出信號(hào),可看作一個(gè)高阻抗的電流源。電流的上升沿很快，脈沖很窄，可以認(rèn)為是一個(gè)電流沖擊，一個(gè)脈沖代表一個(gè)核事件的發(fā)生。電荷量正比于入射線粒子能量（Q∝E）用來(lái)區(qū)分不同的粒子和物質(zhì)，不同探測(cè)器能量分辨率相差很大。它不同于工業(yè)上應(yīng)用的探測(cè)器：測(cè)溫度、壓力、大多是緩慢的電流、電壓信號(hào)，可采用采樣分析，核電子學(xué)一般是脈沖分析。五、基礎(chǔ)知識(shí)探測(cè)器輸出脈沖幅度一般較小探測(cè)器種類平均電離能單位能量所產(chǎn)生的電荷數(shù)10pF電容上輸出電壓幅度（V/MeV）電離室33eV3*1044.8*10-4正比計(jì)數(shù)器33eV3*104.A0.16,(A=300)硅半導(dǎo)體3.3eV3*1054.8*10-3鍺半導(dǎo)體3eV3*1054.8*10-3閃爍體探測(cè)器300光子/MeV,倍增系數(shù)3*1051*1081.6六、能譜儀的基本架構(gòu)模擬多道脈沖幅度分析器(AMCA)模擬高斯成形濾波器放大器帶寬導(dǎo)致彈道虧損程控主放大器硬增益調(diào)節(jié)精度、穩(wěn)定性不足脈沖展寬器死時(shí)間恢復(fù)

確交流耦合極性轉(zhuǎn)換電容充放電導(dǎo)致基線負(fù)漂移，需要極零相消，但損失能量影響分辨率；模擬器件多，溫度穩(wěn)定性差譜漂 以生產(chǎn)調(diào)試低速ADC高計(jì)數(shù)率下譜線成直線無(wú)法使用峰值采樣保持器極零相消基線恢復(fù)器堆積判別高計(jì)數(shù)率儀器必須有脈沖幅度分析FPGA數(shù)字多道脈沖幅度分析器(DMCA)高速ADC數(shù)字梯形成形濾波成形效果近似理想基線恢復(fù)脈沖抗堆積高計(jì)數(shù)率導(dǎo)致基線正漂移，軟硬結(jié)合可消除高計(jì)數(shù)率導(dǎo)致脈沖可矯正