BaF2闪烁体探测器信号数字化方法研究

应用数字化方法对BaF₂闪烁体探测器脉冲信号进行了研究,信号的测量通过FADC和计算机系统实现,并对所采集的脉冲波形进行了离线分析。通过计算脉冲波形的面积提取了射线的能量信息,重建了能谱,并与传统电子学模拟信号测量方法得到的能谱进行了比较;应用过阈定时方法提取了脉冲的时间信息,测量并给出了4πBaF₂探测器系统的时间分布谱;应用脉冲形状甄别法对α粒子和γ射线进行了鉴别研究,根据脉冲信号快/慢成分比的差别清楚地将α粒子从γ射线中鉴别开来。本工作为在γ全吸收型4πBaF₂探测器系统中应用FADC进行多通道、多参数、大数据量数字化数据获取积累了经验。     

PET系统中数字化恒比定时的研究

针对PET探测器中快速脉冲信号的数字化恒比定时进行了研究,提出了相应的解决方案。该方案硬件以FPGA为核心,脉冲信号经过高速ADC数字化之后,在FPGA中通过DCFD(Digital Con-stant Fraction Discriminator)算法提取其时间信息。实验结果表明,DCFD时间分辨达到772 ps,能够满足PET系统对时间测量的要求。     

ICF中子飞行时间测量电路设计与实现

在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)实验中,为诊断等离子体区域温度信息,需要通过中子飞行时间法测量中子的能谱,即转化为对探测器的输出信号相对于激光同步脉冲的延迟时间进行精确测量。本文介绍了一种对中子飞行时间进行高精度测量的设计方案,该方案采用恒比定时方法(Constant Fraction Discriminator,CFD)对探测器输出信号进行定时,并利用德国ACAM公司生产的TDC-GP21芯片进行精确时间测量。基于该方案完成的测量电路电子学分辨时间在1 500 ns量程内均优于200 ps。同时,其电子学分辨时间加上探测器分辨时间典型测量结果为217.5 ps。     

nγ粒子鉴别的计算机模拟

本文介绍了ｎ和γ的两种鉴别 计算机模拟过程。一种是恒比定时（ＣＦＴ）的鉴别方法，利用ｎ和γ脉冲积分波形恒比定时点的不同来区分两种粒子。另一种是利用粒子脉冲的不同区段占总电荷量的比例不同来区分两种粒子（ΔＱ／Ｑ法）。     

基于MPD-4电子学插件的液体闪烁体中子光响应特性实验研究

中子光响应函数是液体闪烁体探测器的重要参数,准确的光响应函数和探测阈值是精确确定中子探测效率的基础。近年来,专门用于液体闪烁体中子探测器的高集成度新型电子学插件(Mesytec公司的MPD-4)广泛应用于中子探测系统中,该电子学插件集成了脉冲高度(PH)、脉冲形状甄别(PSD)和恒比定时(CFD)测量功能,且1个NIM插件即可实现4路探测器的同时测量。对于同一中子探测器,利用这一电子学系统与传统电子学系统对中子的光响应函数进行了实验比对,结果表明,两套系统得到的中子光响应函数具有明显的差异。因此,在使用MPD-4电子学系统进行中子探测的实验中,需对光响应函数进行重新标定。     

基于FPGA+DSP的核信号数字时间谱仪设计

针对核电子学中核脉冲信号的高速实时数字化处理,设计了基于FPGA+DSP的两通道核信号数字时间谱仪。该实验平台基于数字恒比定时(dCFD)原理,采用高速运放和ADC进行模拟信号成型采样,数字信号送入FPGA完成波形判选、数据缓冲、FIR滤波和基线恢复,利用DSP实时信号重构和函数定时,通过USB2.0接口与上位机通信。该系统的主要特点是具有模数电路的高度集成、数字信号的实时运算,接近模拟定时的精度。     

CLYC探测器n/γ甄别方法比较

为了实现中子和γ射线的分辨探测,搭建了基于Cs2Li YCl6:Ce3+(CLYC)闪烁体探测器、数字示波器和后端上位机的数字化核脉冲采集及分析系统,在239Pu-Be中子源产生的n/γ混合场中进行实验验证。分别采用电荷比较法、脉冲梯度法、离散傅里叶变换法和向量投影法完成了CLYC探测器的n/γ数字化脉冲波形甄别。结果表明:几种方法均可较为理想地实现CLYC探测器的n/γ甄别,在实时监测复杂辐射场时可根据需求进行算法选取。     

基于MPD-4电子学插件的液体闪烁体中子光响应特性实验研究

中子光响应函数是液体闪烁体探测器的重要参数,准确的光响应函数和探测阈值是精确确定中子探测效率的基础。近年来,专门用于液体闪烁体中子探测器的高集成度新型电子学插件（Mesytec公司的MPD-4）广泛应用于中子探测系统中,该电子学插件集成了脉冲高度（PH）、脉冲形状甄别（PSD）和恒比定时（CFD）测量功能,且1个NIM插件即可实现4路探测器的同时测量。对于同一中子探测器,利用这一电子学系统与传统电子学系统对中子的光响应函数进行了实验比对,结果表明,两套系统得到的中子光响应函数具有明显的差异。因此,在使用MPD-4电子学系统进行中子探测的实验中,需对光响应函数进行重新标定。     

数字化核脉冲定时方法研究

定时电路是核电子学中检出时间信息的模拟电路的基本单元,包括前沿定时、过零定时、恒比定时及幅度和上升时间补偿定时;与模拟定时电路相比,数字定时电路拥有许多优点:一是输入信号的前端数字化,大幅简化了模拟电路;二是数字信号的处理分析,根据测试的目的从采样信号中提取所需要的信息(幅度、时间)。论文以MATLAB为工具,探讨数字化恒比定时和一种改进型前沿定时。     

双端输出塑料闪烁体探测器的符合关联测试

利用双端信号输出的塑料闪烁体与灵敏度高、时间响应快的硅光电倍增管构成塑料闪烁体探测器探头,并与后端的数字化转换器等电子学系统搭建成塑料闪烁体探测器系统。为了研究不同数据处理方法对真事件探测效率和能量分辨率的优化,分别使用标准γ源60Co和137Cs对塑料闪烁体探测器系统进行测试。研究了关联事件的符合时间窗对探测器真事件探测效率的影响,分析了波形的积分长度与脉冲信号甄别(Pulse Shape Discrimination,PSD)开窗法对能谱能量分辨率的改进。结果表明,在关联事件的符合时间窗为15 ns时,真事件探测效率最佳,当波形积分长度为80 ns时,通过PSD开窗后能量分辨率由原来的53.38%优化为42.21%。     

基于Flash ADC的闪烁探测信号测量装置研制

介绍了一种基于Flash ADC和FPGA的探测器信号测量装置,此装置基于高速ADC对信号波形进行数字化采样,通过FPGA逻辑对波形进行缓冲存储和数字化分析,获得探测信号的幅度、时间、脉冲形状等信息,应用USB接口或光纤接口实现与计算机的数据通讯。该装置可实现对多种常规探测器输出信号进行采集,并实现脉冲形状分析功能。文中首先对装置的硬件组成和软件设计进行了详细描述,之后给出了测量装置实物照片,并通过一个测试实例展示了它的脉冲信号测量和波形甄别功能。     

中子俘获反应截面测量研究

正建造了一套γ全吸收型4πBaF2探测装置,用于高精度测量中子俘获反应截面。基于HI-13串列加速器提供的脉冲化质子束,通过7Li(p,n)7Be反应产生中子,构建了一个keV能区中子源实验条件。中子源的靶头设计如图1所示。经屏蔽准直后的中子轰击样品,应用4πBaF2装置在线测量(n,γ)反应复合核退激时释放的瞬发γ射线级联,实验布局如图2所示。     

nGγ核信号的matlab仿真及其数字波形甄别方法研究

由于中子射线中常常混有γ射线,所以在探测器探测到中子信号的同时也可能会探测到γ信号,而对不同的核信号进行区分具有重大意义。本文利用 matlab 软件开展了中子和γ粒子数字化核信号波形仿真研究,并利用几种核脉冲波形甄别方法对仿真波形进行甄别,最后对不同方法的甄别效果展开了分析讨论。结果表明,电荷比较法、上升时间法和脉冲梯度分析法都是稳定的甄别方法,可有效实现n-γ甄别,其中电荷比较法的甄别效果相对较好。     

n-γ核信号的matlab仿真及其数字波形甄别方法研究

由于中子射线中常常混有γ射线,所以在探测器探测到中子信号的同时也可能会探测到γ信号,而对不同的核信号进行区分具有重大意义。本文利用 matlab 软件开展了中子和γ粒子数字化核信号波形仿真研究,并利用几种核脉冲波形甄别方法对仿真波形进行甄别,最后对不同方法的甄别效果展开了分析讨论。结果表明,电荷比较法、上升时间法和脉冲梯度分析法都是稳定的甄别方法,可有效实现n-γ甄别,其中电荷比较法的甄别效果相对较好。     

LaBr3（Ce）探测器在爆炸物检测中的应用

LaBr3(Ce)探测器具有高的能量分辨率和良好的能量线性响应等特点,在γ射线的测量中展示了优良的性能。本工作基于爆炸物检测的应用背景,介绍了LaBr3(Ce)探测器的特性、现状和研究进展,采用标准γ源对其性能进行了测试,并与BaF2、NaI(Tl)、LaCl3(Ce)等几种探测器进行了比较。结果表明,LaBr3(Ce)探测器在爆炸物检测方面具有良好的应用前景。     

DPF装置脉冲中子测量技术研究

研制了用于DPF装置脉冲中子产额和波形监测的脉冲中子飞行时间-闪烁探测系统。在中国原子能科学研究院高压倍加器上采用电流法和脉冲中子飞行时间方法标定了该系统的D-T和D-D中子灵敏度。根据测量的光响应函数,采用Monte-Carlo方法模拟了塑料闪烁探测器的中子能量响应,由此对中子灵敏度标定结果进行了能量响应修正。利用研制的闪烁探测系统对ING-103型DPF装置的D-T脉冲中子产额和时间波形进行了实验测量,并对测量结果进行了分析和讨论。测量的DPF装置D-T脉冲中子产额在1×109–2×109n/shot之间,中子时间波形的半高宽约为9ns。     

n-γ核信号的matlab仿真及其数字波形甄别方法研究

由于中子射线中常常混有γ射线,所以在探测器探测到中子信号的同时也可能会探测到γ信号,而对不同的核信号进行区分具有重大意义。本文利用matlab软件开展了中子和γ粒子数字化核信号波形仿真研究,并利用几种核脉冲波形甄别方法对仿真波形进行甄别,最后对不同方法的甄别效果展开了分析讨论。结果表明,电荷比较法、上升时间法和脉冲梯度分析法都是稳定的甄别方法,可有效实现n-γ甄别,其中电荷比较法的甄别效果相对较好。     

CLYC探测器n/γ聚类甄别方法研究

为了高性能分辨探测中子与γ射线,搭建了一套基于Cs₂LiYCl₆:Ce³⁺(CLYC)探测器和数字示波器的数字化核脉冲采集系统。通过Matlab编程,研究了系统聚类法和K-means聚类法两种n/γ脉冲波形甄别方法,并与传统的电荷比较法进行了对比。结果表明,两种聚类法均可准确分辨脉冲类别,K-means聚类法在计算时间和内存占用方面更具优势,有利于实时脉冲处理。该研究为研制基于CLYC探测器的n/γ双模式探测谱仪提供了一种有用的脉冲波形甄别技术解决方案。     

Response Measurement of Three Scintillation Detector to Instantaneous Rays from 252 Cf Fission

应用飞行时间谱,测量了LaCl3(Ce)、BC400、ST401三种闪烁探测器对252Cf裂变γ射线和中子的响应,获得了信号输出波形参数、定时精度、不同中子能量阈值的计数.测量了LaCl3,(Ce)探测器被高密度聚乙烯屏蔽后的响应.BC400探测器对入射γ射线的定时精度为1.3ns,ST401为1.5 ns.通过匹配快响应光电倍增管,LaCl3 (Ce)探测器是混合场中测量γ射线时间序列的一种有效方法.     

探测器信号波形离散序列的多项式与双指数曲线拟合及其在数字化核能谱中的应用

对NaI(Tl)探测器输出的信号进行波形采样,获得信号幅度随时间变化的离散时间序列。基于非线性最小二乘原理,采用多项式和双指数拟合方法,对信号波形离散时间序列进行拟合,根据拟合曲线提取信号幅度。获得了137Csγ射线的数字化γ能谱。分别对多项式拟合和双指数拟合方法获得的数字化能谱与传统模拟多道系统的能谱进行了比较,结果表明,在50 MHzAD采样率下,数字化能谱的能量分辨与传统多道系统能量分辨相当甚至更优。