核儀器定時(shí)、符合、灰分儀.ppt

1、1,核儀器概論,王悅敏 Tel: 62785516 工物館228 2008/4/15,2,1、各班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：,通知：,實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：工物系館228房間。課前一定要預(yù)習(xí)。,2、：12周（周二）開始上萬老師的課。,3,第九章 時(shí)間檢出與符合測量,第一節(jié) 時(shí)間檢出（Time pick off）,定義： 能夠從探測器或放大器的輸出信號(hào)檢測出粒子入射時(shí)間的信息的技術(shù)，稱為時(shí)間檢出。實(shí)現(xiàn)時(shí)間檢出的電路被成為“時(shí)檢電路”或“定時(shí)電路”。,4,二、前沿定時(shí)（LE） (Leading Edge Triggering Timing),定時(shí)時(shí)間,優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：電路簡單。 缺點(diǎn)：定時(shí)誤差大。,5,三、恒比定時(shí)(CFT)

2、(Constant Fraction Timing),特點(diǎn)：消除信號(hào)幅度變化引起的定時(shí)誤差。,1、原理,定時(shí)時(shí)間：,（與信號(hào)幅度無關(guān)）,6,2、基本電路,思考：上述電路中Dp 的作用？,Vp為“1”，選通。 Vp為“0”，禁止。,7,四、幅度和上升時(shí)間補(bǔ)償定時(shí) (ARC定時(shí)) （Amplitude and Rise time Compensated Timing),特點(diǎn)：同時(shí)消除輸入信號(hào)幅度和上升時(shí)間變化引起的定時(shí)誤差。,1、原理,8,9,3、實(shí)際電路,1）基本電路存在的問題：,a、亂觸發(fā)。 解決辦法：加預(yù)甄別器（同恒比電路）。,Vp為“1”，選通。 Vp為“0”，禁止。,10,b、預(yù)甄別器的

3、翻轉(zhuǎn)時(shí)間可能跑到定時(shí)點(diǎn)之后，產(chǎn)生 錯(cuò)誤的輸出信號(hào)。,解決辦法：雙甄別閾的辦法。,11,12,13,473A Constant-Fraction Discriminator,14,（1）、td如何選擇？,很多情況下需要實(shí)驗(yàn)者根據(jù)探測器來的信號(hào)的情況自己選擇不同長度的外接延遲線。,選擇td： a、根據(jù)儀器中給定的指標(biāo)：VT2=2VT1 因此定時(shí)信號(hào)可設(shè)計(jì)在：,設(shè)：,4、問題討論：,15,即：,其中：P值可由儀器內(nèi)部的選擇開關(guān)確定。（473A有：10、20、30三檔）,則：,若 P=20：,16,（2）若td已選定，tM允許變化的范圍為多大？ （作業(yè)）,5、ARC定時(shí)電路的優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：可消除信號(hào)

4、幅度變化和上升時(shí)間變化引起的定時(shí) 誤差。 缺點(diǎn)：噪聲引起的時(shí)間晃動(dòng)較大。,17,第二節(jié) 符合測量,符合測量是輻射探測中的一種常用的技術(shù)。能實(shí)現(xiàn)符合測量的電路被成為“符合電路”。,1、 (正)符合測量功能：,A和B同時(shí)有信號(hào)輸入時(shí)，符合電路產(chǎn)生輸出信號(hào)C。,一、符合電路的功能及應(yīng)用舉例：（以兩道為例）,18,2、 反符合測量功能：,A和B同時(shí)有信號(hào)輸入時(shí)，反符合電路無信號(hào)輸出。 A有信號(hào)輸入，而B無信號(hào)輸入時(shí)電路產(chǎn)生輸出信號(hào)C。,19,3、符合測量應(yīng)用舉例：,利用符合測量剔除了本底對(duì)有效計(jì)數(shù)的干擾。 可以理解為是一種時(shí)間單道的概念。,20,二、基本電路,1、符合電路,A、B同時(shí)有信號(hào)輸入，電路有

5、輸出。否則無輸出。,2、反符合電路,A看做信號(hào)端，B看做控制端。 A、B同時(shí)有信號(hào)輸入，電路無輸出。 A有信號(hào)，B無信號(hào)，電路有輸出。,21,三、符合電路的分辯時(shí)間,如：上述符合電路中，A、B為理想脈沖信號(hào)。其脈沖 寬度相同，均為tW 。,電路的分辯時(shí)間用表示: E 2tw .,符合電路的分辯時(shí)間是符合測量系統(tǒng)最重要的一個(gè)參數(shù)。其定義為（以兩道為例）：在能夠產(chǎn)生符合輸出的條件下，相鄰兩個(gè)輸入信號(hào)的到來時(shí)間之間容許的最大時(shí)差范圍，稱之為符合電路的分辨時(shí)間 。,22,四、實(shí)際使用符合測量系統(tǒng)時(shí)分辯時(shí)間的選取,1、實(shí)際符合測量系統(tǒng)框圖,2、選取分辯時(shí)間時(shí)必須要考慮的兩個(gè)重要因素： （1）、由于定時(shí)誤

6、差，對(duì)真符合事件，v1、v2兩信號(hào)產(chǎn)生 的時(shí)間差會(huì)有漲落。此漲落大小用其標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。 （2）、探測器在測量有用信號(hào)的同時(shí)，會(huì)測到本底信號(hào)。因 此系統(tǒng)會(huì)有偶然符合事件被記錄。,23,慮考到因素（1），E 太小，實(shí)驗(yàn)證明：E2，偶然符合計(jì)數(shù)小，但真符合計(jì)數(shù)有損失。E 越小，損失越多。,考慮到因素（2），E 太大，實(shí)驗(yàn)證明：E4，真符合脈沖可全部或基本上都記錄下來。但隨著E 增大，偶然符合計(jì)數(shù)率正比增大。,因此，分辨時(shí)間E 的選擇要綜合考慮。,24,輻射煤灰分儀,(雙能量射線透射法煤灰分在線測量),核儀器的應(yīng)用實(shí)例,90年代初通過技術(shù)鑒定，成果被列入“95國家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目”,25,我國是

7、煤炭生產(chǎn)大國.煤炭是我國的主要能源和重要化工原料。顯然，提高煤炭的利用效率對(duì)發(fā)展我國的國民經(jīng)濟(jì)有重大意義。 煤灰分是煤在一定溫度下充分、完全燃燒后，氧化物殘?jiān)嫉闹亓堪俜直?。煤灰分與煤的發(fā)熱量密切相關(guān)。為提高煤的利用率，必須嚴(yán)格控制煤產(chǎn)品的灰分。 例：焦炭中灰分每增加1，將導(dǎo)致相應(yīng)高爐單產(chǎn)量降低2.5%3，爐渣增加2.7%2.9?？梢娍刂谱鳛榻固吭系木旱幕曳质欠浅Ｖ匾?。,26,傳統(tǒng)的煤灰分的測定方法：是基于化驗(yàn)法的“小時(shí)快灰”法。煤1020分鐘從煤的傳送帶上采一次煤樣。把23次采得的煤樣合為一個(gè)快灰煤樣在經(jīng)過縮分、充分燃燒、化驗(yàn)等工序，得出灰分值。 此法最大的缺點(diǎn)在于給出灰分結(jié)果的滯后

8、時(shí)間太長。如用此法指導(dǎo)選煤操作，所依據(jù)的灰分情況，實(shí)際上是半小時(shí)或一個(gè)小時(shí)以前的結(jié)果。,27,自上個(gè)世紀(jì)60年代以來，世界上有多個(gè)國家，如澳大利亞、英國、美國、德國、俄羅斯、波蘭等都在致力于以核輻射探測技術(shù)測量煤灰分的研究。 基于核輻射探測技術(shù)測量煤灰分的方法，目前也有多種。如射線反散射法、低能射線反散射法、瞬發(fā)中子活化法等。 上述各種方法，或?qū)Ρ粶y樣品的制作要求很高，因此不可能實(shí)現(xiàn)在線測量?；驕y量設(shè)備本身比較復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不可能在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。 目前基于核輻射探測技術(shù)、比較成熟、應(yīng)用廣泛的一種煤灰分在線測量系統(tǒng)采用的是雙能量射線透射法。,28,29,2、利用雙能量射線透射法測量煤灰分的

9、基本思路,30,實(shí)際測量時(shí)，計(jì)數(shù)IO、JO可被認(rèn)為在一定的時(shí)間范圍內(nèi)是不變的已知數(shù)(因241Am的半衰期為426年， 137 Cs的半衰期為30年。)。因此，只要用灰份儀測量出兩種射線通過待測煤后的I、J值，經(jīng)過計(jì)算即可解出被測煤的灰分值。,31,3、灰分儀中對(duì)241Am、137Cs 射線的計(jì)數(shù)方法,241Am、137Cs復(fù)合射線能譜圖,32,從原理分析可知：煤灰分測量中，最關(guān)心的是241Am、137Cs兩種射線全能峰的計(jì)數(shù)。 所以用兩個(gè)“寬窗單道脈沖分析器” ， 將各自的上下閾值設(shè)置好，即可從單道輸出分別得到241Am和137Cs全能峰內(nèi)的計(jì)數(shù)。 但為了得到各自計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確值，必須首先利用譜儀

10、測出241Am、137Cs兩種源的混合譜，并根據(jù)此混合譜精確的調(diào)整241Am與137Cs全能峰的上下閾。從而保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。,33,二、灰分儀的簡化框圖,34,關(guān)于框圖的說明：,(1)、探測器如何選取？ 只要在241Am、137Cs復(fù)合射線能譜圖中把 兩個(gè)峰分辯開即可。因此對(duì)探測器的分辨 率要求不高。 現(xiàn)場要求探測器的效率要高。實(shí)際使用 的源的活度低。 現(xiàn)場的環(huán)境條件差。粉塵高、振蕩強(qiáng)烈。 綜上考慮：選擇NaI(T1)閃爍探測器。,(2)、前置放大器：電壓靈敏放大器。,(3)、基線恢復(fù)器 煤流厚薄變化不定，計(jì)數(shù)率變化范圍很大。,35,(4)、穩(wěn)峰控制電路工作原理 長時(shí)間連續(xù)工作，能譜的偏移，影響煤灰分測 量結(jié)果。因此必須加入穩(wěn)峰功能。原理如下：,36,(5)、多道脈沖幅度分析器,a、首先測出241Am、137Cs兩種源的混合譜。 b、再利用反符合方法精確的調(diào)整241Am與137Cs全能峰的 上下閾。從而保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。 c、最后將多道取下。,37,38,39,作業(yè)：,一、使用ARC定時(shí)，設(shè)輸入信號(hào)為線性前沿，達(dá)峰時(shí)間為tM。ARC定時(shí)電路中VT2=2VT1、 P=20。問： 若