实时核信号数字化脉冲成形关键技术研究

本文对理想核脉冲信号和实际探测器输出信号分别进行了计算机模拟仿真与分析,总结了不同成形时间的核脉冲信号的数字梯形成形参数的确定方法。在高计数率场合时提高了有效测量计数率,消除了部分脉冲的堆积并减少了系统死时间。同时,采用256点和512点数字三角成形方法测试了Si-PIN半导体探测器的性能,并与模拟电路成形方法进行了对比测试。测试结果表明,脉冲数字成形处理方法提高了探测器计数率和分辨率。     

宽量程高速γ探测数据采集系统设计

介绍了宽量程高速γ探测数据采集系统的设计,该系统采用碘化钠晶体和光电倍增管构建的γ探测器,负高压供电工作模式。在低辐射场时对脉冲进行计数,高辐射场则以检测脉冲占空比(PWM)技术纠正脉冲重叠的计数漏失。以内置硬件定时器和计数器的高速单片机对探测数据进行处理并通过UART接口向上位机发送数据。测试结果表明:在极低辐射场中,探测器具有极高的灵敏度;在周围剂量当量率不超过312 μSv/h(¹³⁷Cs)的辐射场中,探测器可用于准确测量辐射场强度;在周围剂量当量率高于312 μSv/h(¹³⁷Cs)的辐射场中,探测器基于PWM方法能够对现场态势给出正确的判断。     

一种基于FPGA的网络型定标系统

在粒子物理、核物理实验中,探测器一定时间内输出的脉冲数量直接反映辐射的强度,从而表征待测粒子或辐射源的特性.设计了一种基于FPGA的网络型定标系统,对核辐射探测器输出的脉冲信号进行计数,该系统可实现对8路信号同时进行计数,最大计数率为2 MHz,阈值甄别精度5 mV,并采用FPGA和网络芯片将采集到的各通道数据传送至以...     

基于数值微分核脉冲信号数字处理方法

核反应堆核测量系统测量探测器输出的核脉冲信号,该信号后沿拖尾很长,在计数率较高时容易产生信号堆积和基线漂移等问题,导致源区计数率测量上限仅能达到10⁵ Hz左右。文中基于数值微分方法,采用数字处理技术,在时域上分析了核脉冲信号经过前置放大、信号成形、低通滤波和脉冲甄别后的输出,并利用探测器实测信号进行了仿真。仿真结果表明,基于数值微分的数字处理方法可以实现相邻0.4μs脉冲信号的识别和测量,将源区测量计数率上限提升到2×10⁶ Hz以上。     

脉冲辐射场中子探测器死时间效应研究

以正比计数管为基础的中子剂量当量仪是实现反应堆和加速器等中子辐射场剂量水平实时监测的重要手段,而探测器的死时间效应问题直接关系到脉冲中子辐射场下量值的准确性。本文使用"双源法"实验测定了正比计数器死时间,使用蒙特卡洛模拟软件计算了中子探测器慢化体对中子的慢化时间,推导出加速器辐射场中计数率与修正因子的关系式,可以实现脉冲辐射场中子漏计数补偿。     

CsI(Na)闪烁薄膜对重带电粒子时间响应实验研究

为发展具有粒子甄别能力的空间带电粒子辐射场测量的闪烁探测技术,本文采用单光子计数方法测量了片状CsI(Na)晶体在质子、锂离子和氧离子激发下的衰减时间曲线,结合CsI(Na)对脉冲X射线瞬态响应的波形分析,结果表明,CsI(Na)晶体对质子、重带电粒子和电子展示出完全不同的衰减时间特征。基于CsI(Na)材料的闪烁探测器在电流型计数模式下可望实现对高能电子、质子和重离子的分辨,从而为其用于空间辐射场测量的信号波形甄别奠定基础。     

β-γ混合场测量中的粒子甄别研究概述

β-γ混合辐射场测量中需要甄别入射到探测器中的粒子类型,旨在为进一步开展β/γ甄别和测量研究提供有价值的资料。论文概述并分析了粒子甄别方法及其原理,指出叠层闪烁探测器是最适合用于现场β/γ甄别和测量的解决方案。从探测器结构设计与判定方法和脉冲形状甄别算法两个角度回顾了利用叠层闪烁探测器甄别β/γ粒子的研究现状,指出现有研究中存在的一些问题,并对进一步研究提出相关改进建议。     

中子剂量仪在脉冲辐射场中的漏计数校正研究

中子剂量仪在加速器周围的脉冲辐射场中应用时存在漏计数现象,会影响辐射监测量值的准确性,需要修正。根据加速器束流脉冲参数推导出加速器辐射场中中子剂量仪的计数率与校正因子的修正公式,可以有效补偿中子剂量仪的漏计数。在北京正负电子对撞机(BEPCII)直线加速器的脉冲辐射场中进行实验,由实验结果求出修正公式中的未知参数,得到了修正公式。同时,使用被动式探测器CR39测量实验位置的累积中子剂量,对比两种探测器实验结果,验证了修正公式的有效性。     

数字快成形算法用于慢衰减闪烁体的高计数率能谱读出

慢衰减型闪烁体(NaI(Tl)、CsI(Tl)等)探测器经过前放输出的脉冲信号具有较长的上升时间,造成电荷在收集的过程中出现严重的弹道亏损。在后续脉冲成形中为了降低弹道亏损对能量分辨率的影响,一般采用较宽的成形平顶来增加电荷的收集时间。但在高辐射粒子注量率的场合下,由于慢衰减型闪烁体输出的脉冲堆积严重,采用传统的滤波成形方式获得的脉冲计数率和能量分辨率明显降低。为解决此问题,本文提出了一种以数字反褶积为核心的数字快成形算法。该算法可去掉慢衰减型闪烁体探测系统的衰减电流拖尾,获得一理想的冲激脉冲电流,然后再通过滤波成形为一窄脉冲,并彻底消除弹道亏损的影响。通过对~(137) Csγ源测量,使用传统成形算法的能谱测量系统在成形时间为1.5μs时,其光电峰能量分辨率为6.99%,计数率为68 000s~(-1);而使用数字快成形系统,在相同情况下获得6.37%的能量分辨率,计数率可达102 000s~(-1)。因此数字快成形算法可有效地修复在高辐射粒子注量率下,窄脉冲成形引起的信号变形和拖尾,从而提高了脉冲堆积甄别能力。     

低强度脉冲中子束的数字式n/γ分辨测量

针对低强度脉冲中子束测量,使用高速数字示波器作为数据采集设备,配合BC501A液体闪烁体探测器组建了数字式脉冲形状甄别(Digital Pulse Shape Discrimination,DPSD)测量系统,实现了中子的n/γ分辨测量。系统工作时采集并存储探测器输出的中子与γ射线的脉冲波形及其记录时刻,利用DPSD方法甄别中子实现了中子脉冲高度谱统计;系统具有连续记录和具备时间戳的采集窗记录两种工作方式以适应不同的脉冲中子束强度,并通过分析数据记录中脉冲波形的位置或时间戳,实现了中子事件的时间信息统计。使用该系统在Am-Be中子源上使用采集窗工作模式开展了实验,成功获得中子脉冲幅度谱、中子时间谱以及n/γ甄别谱。     

测量放射性气体氙同位素的Si-PIN β探测器研制

大气中的放射性氙是全面禁止核试验条约组织重点关注的监测对象,提高放射性氙同位素的探测灵敏度和测量准确度是目前全面禁止核试验条约监测领域研究的前沿课题。本文研制了一种采用Si-PIN半导体制作的测量放射性气体氙同位素的β探测器,其对¹³¹Xe^m的129 keV内转换电子的能量分辨率达11.2%,远优于塑料闪烁体的能量分辨率;氙记忆效应非常小,仅为0.08%。Si-PIN β探测器的优异性能将提高氙样品测量分析的核素识别能力和测量准确度。     

基于数字多道NaI(Tl)探测器的死时间研究

在放射性测量中,有时候需要对计数率进行精确的测量,因此需要对探测器死时间效应进行修正处理。本文基于DMCA-iCore数字化多道模块,从理论出发分析了数字多道NaI(Tl)探测器产生死时间效应的原因,得出数字多道死时间也服从扩展型分布的结论;同时根据牛顿迭代法推导了死时间修正函数,在计数率较高、探测器死时间较大时该修正函数依然有较好的修正效果。基于双源法测试了系统的死时间,死时间t=20.6 μs,最后在¹³⁷Cs标准剂量场中对NaI(Tl)探测器进行了测试,进一步证明了修正方法的有效性。     

γ射线闪烁体探测器响应函数模型研究

建立了一种可用于γ射线能谱分析的CsI(Tl)闪烁体探测器响应函数(DRF)模型,并对0.05~1.5 MeVγ射线能谱进行了拟合。描述γ射线能谱特征的每个函数均是基于对射线作用机制的分析,采用权重最小二乘法实现了22 Na、60 Co、137 Cs、238Pu实验能谱的拟合,并同时得到了函数中与射线能量相关的非线性参数。最后利用该DRF模型对CsI(Tl)探测器测量152 Eu源的γ射线能谱进行了拟合,结果表明,此DRF模型可较好地应用于γ射线能谱的分析。     

脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放测量技术研究

为认识脉冲离子束作用下金属氚化物的氦释放行为,建立了脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放测量系统。利用标准体积气体取样装置,采用气体反扩散法,对系统的容积比、灵敏度进行了实验标定。在此基础上,发展了脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放的测量技术,开展了脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放实验研究。结果显示,单次脉冲离子束作用下金属氚化物的氦释放呈脉冲式,释放量最大可达10~(13)个原子以上。     

基于多探测节点的放射源监测及定位方法研究

本工作针对区域性放射源定位和活度监测,提出了基于多探测器单元的方向信息和计数信息的放射源定位和活度计算方法。该方法使用多个由CsI(Tl)晶体阵列耦合H8500光电倍增管制成的单探测器单元,利用每个探测器单元上各晶体计数比实现放射源方向测量,利用多个探测器的方向信息和计数信息实现放射源的准确定位和活度测量。最后通过⁶⁸Ge放射源实验验证了上述定位和活度计算方法。实验结果表明,仅采用2个探测器单元的方向信息和计数信息,通过合理布局,即可实现放射源精确监测和定位,相对定位误差优于5%,相对活度误差优于5%。     

Temperature characteristics of the radiation detector using theTlBr crystals

The radiation detector was fabricated from the TlBr crystals grown by the TMZ (travelling molten zone) method and the FWHM and transit time of electrons and holes were measured as a function of temperature. The TlBr radiation detector shows the best response characteristics at about 313 K (3.19 K^-1) in cases where holes mainly contributed to the output pulses. However, for temperatures higher than 300 K (3.33 K ^-1), the FWHM for ²⁴¹Am α-particles (5.48 MeV) becomes worse. An activation energy of about 0.90 eV has been deduced from the resistivity measurement     

Effects of fast neutron radiation on polypropylene

Capacitor-grade polypropylene films were irradiated in a 2-MW thermal nuclear reactor and exposed to fast neutron radiation at a flux rate of 2.6×10¹² neutron/cm² s and gamma radiation at a level of 10⁷ rad/h. The postirradiation effects on changes in the electrical and chemical properties of the films were studied for irradiation times up to 10 h. The electrical properties were DC and AC breakdown voltages, life under pulsed voltage stress, dielectric permittivity, dielectric losses, and volume resistivity. Chemical analysis was performed using the infrared spectroscopy technique. Small changes were detected in the dielectric strength, dielectric properties, and volume resistivity of the film. These changes are believed to be caused by oxidation of the polypropylene film, as was evidenced by the infrared spectra showing an increase in the carbonyl absorption peak at 1720 cm^-1     

基于SiC探测器的裂变靶探测系统中子灵敏度标定

在高压倍加器上,采用直流法和脉冲法分别标定了²³⁵U和²³⁸U靶构成的探测系统对14.9 MeV中子的灵敏度。对脉冲法的原理、方法及结果进行了介绍,并与直流法的测量结果进行了对比。结果表明：脉冲法和直流法的结果在不确定度范围内一致。脉冲法可在一次测量中直接扣除本底,而直流法的本底测量不准确,因此脉冲法是一种更准确的方法。本文方法可为脉冲中子源裂变探测器的相关研究提供参考。     

动态γ辐射场中的气溶胶监测系统优化设计北大核心CSCD

为满足核电站及应急监测环境中具有动态强γ本底的α、β放射性气溶胶在线监测的需求,本文结合该监测场景的源项特点,对表面钝化的离子注入型(PIPS)半导体探测器晶体结构进行了优化设计。并使用蒙特卡罗方法,对探测系统结构优化后的集成双PIPS探测器,进行了角度响应模拟。为满足大角度范围更为优异的角度响应相对标准偏差指标(根据现场工作及实验总结要求小于15%),对集成双PIPS探测器探测系统(包括:探筒、走纸部分及气溶胶输运管路)结构进行了优化,并将整个探测系统置于立体设备处。将改进后的设备分别置于^(60)Co和^(137)Cs参考辐射场中,进行了线性、能量和角度响应实验。实验结果表明:(1)经优化设计的集成双探测器结构在角度、能量及线性响应方面的性能更优异;(2)整机组件材料的结构及密度的各向异性可仅通过对探测系统局部的结构优化,实现角度响应不大于5%,从而避免对整机进行改造。最终将优化后的设备置于空气比释动能为10μGy/h的137 Cs参考辐射场中运行,测量结果表明:经γ补偿及天然氡、钍子体扣除后,α气溶胶的探测限小于0.03 Bq/cm^(3),β气溶胶的探测限小于0.4 Bq/cm^(3),且在长期稳定运行中未出现误报警。