1、核 數(shù) 據(jù) 處 理第一章能譜數(shù)據(jù)的獲取第1頁，共26頁。1.1 核輻射探測器定義：是將入射射線的信息(能量、強(qiáng)度、種類等)轉(zhuǎn)換成電信號或者其它易測量信號的轉(zhuǎn)換器，即傳感器或換能器。 光、熱、色或徑跡 工作原理：基于粒子與物質(zhì)的相互作用。帶電粒子：與物質(zhì)中原子的軌道電子直接相互作用；/X射線中子利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)或其它物理、化學(xué)變化進(jìn)行輻射探測的器件稱為輻射探測器。 第2頁，共26頁。本 課 程 在 核 專 業(yè) 課 中 的 位 置第3頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按給出信息分類：粒子進(jìn)入探測器后，經(jīng)過一定的處理才給出感官所能接受的信息； 探測器接收到入射粒子后，

2、立即給出/轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。 第4頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按工作原理分類：利用射線通過物質(zhì)產(chǎn)生的電離現(xiàn)象做成的輻射探測器。 半導(dǎo)體探測器為什么能量分辨率優(yōu)？ 平均電離能小 ，且與入射粒子能量無關(guān)； 電離密度高 能量線性寬 分辨時間短，ns級 第5頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按工作原理分類：利用射線通過物質(zhì)產(chǎn)生的熒光現(xiàn)象做成的輻射探測器。 閃爍體閃光越亮越好； 閃爍時間越短越好； 能量線性好。 輸出信號大，利于后續(xù)電路處理 適于探測強(qiáng)輻射 甄別能量常見的有：NaI(Ti) CsI(Ti/Na) BGO LaBr3 ZnS(Ag) LiI(Eu) 7LiI(Eu) +6LiI(E

3、u) +n/ 第6頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按工作原理分類：利用輻射損傷現(xiàn)象做成的探測器。 第7頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按工作原理分類：利用射線與物質(zhì)的核反應(yīng)或相互碰撞產(chǎn)生易于探測的次級粒子做成的探測器。 自給能探測器 (/電子發(fā)射探測器)發(fā)射極，中子俘獲截面大的材料，如Rh(銠) 絕緣體(如襯硼，吸收中子) 收集極 第8頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按工作原理分類：利用射線與物質(zhì)的核反應(yīng)或相互碰撞產(chǎn)生易于探測的次級粒子做成的探測器。 中子激活探測器靶核：中子俘獲截面大；生成放射性核素半衰期適中；物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。問題：是否活化完成后立即測量？為什么要冷卻？冷卻時間如何

4、把握？第9頁，共26頁。1.1 核輻射探測器按工作原理分類：利用射線與物質(zhì)的相互作用的其它原理制成的輻射探測器 切倫琴科夫探測器 熱釋光探測器第10頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀譜儀中為什么需要前置放大器：由于探測器輸出的信號比較小，提高信號的差異匹配后續(xù)電路，必須對信號進(jìn)行放大。 直接將兩者連接在一起，系統(tǒng)笨重，且可能受周圍環(huán)境（空間太小，輻射太強(qiáng)）的影響。 同時為減少探測器輸出端到放大器間的分布電容、匹配傳輸線阻抗，減少外界干擾，提高信噪比。 前置放大器的作用： 提高系統(tǒng)的信噪比 減少信號傳輸過程中外界干擾的相對影響 合理布局，便于調(diào)節(jié)和使用 實現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換與匹配 第11頁，共26頁。1

5、.2 模擬式能譜儀前置放大器的分類：電壓靈敏前置放大器實際上就是電壓放大器。 電荷靈敏前置放大器就是帶有電容負(fù)反饋的電流積分器。 電流靈敏前置放大器是對探測器輸出電流信號直接進(jìn)行放大。 第12頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀主放大器：第13頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀主放大器：第14頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀主放大器： 主放大器除具有良好的線性、穩(wěn)定的增益的較強(qiáng)的抗過載能力外，還應(yīng)具備： 把輸入的小信號放大到所需的幅度； 信號基線恢復(fù)； 改造信號的形狀，降低噪聲。 第15頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀單道脈沖幅度分析器：第16頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀模數(shù)變換：第1

6、7頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀模數(shù)變換： 一般線性放電法 首先，將脈沖幅度V變換成時間間隔t，然后把時間間隔t變換成數(shù)字，由此實現(xiàn)幅度數(shù)字變換。 其中：T0為時鐘周期；I為恒流源電流；CH為保持電容。 工作原理基于脈沖幅度與時間的線性變換第18頁，共26頁。1.2 模擬式能譜儀模數(shù)變換： A/D轉(zhuǎn)換電路 以AD1674為例輸入脈沖幅度0-10V輸出數(shù)字000H-FFFH第19頁，共26頁。1.3 數(shù)字核能譜儀模擬式能譜儀結(jié)構(gòu)圖第20頁，共26頁。典型的數(shù)字化能譜儀結(jié)構(gòu)圖 第21頁，共26頁。波形數(shù)字化過程中幅度虧損示意圖第22頁，共26頁。核信號頂部形狀對幅度虧損影響示意圖第23頁，共26頁。采樣頻率對幅度虧損影響示意圖第24頁，共26頁。模擬信號經(jīng)理想抽樣后變成離散序列，該序列是有限字長的二進(jìn)制數(shù)，對于一個位ADC來說，若其轉(zhuǎn)換量程范圍為-R,R，則其離散輸出信號與連續(xù)輸入的模擬信號的關(guān)系如式（1-3）所示： （1-3）其中稱為ADC的分辨率。由于ADC分辨率的限制