核电子学方法
一、原子核外电子排布及表示方法1能层、能级及其最多容纳培训资料
(3)判断微粒半径大小的规律 ①同周期从左到右，原子半径依次减小(稀有气体元素除 外)． ②同主族从上到下，原子或同价态离子半径均增大． ③阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对 应的原子半径，如r(Na＋)<r(Na)，r(S)<r(S2－)． ④电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径 减小，如r(S2－)>r(Cl－)>r(K＋)>r(Ca2＋)． ⑤不同价态的同种元素的离子，核外电子数多的半径大， 如r(Fe2＋)>r(Fe3＋)，r(Cu＋)>r(Cu2＋)．
④金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8. 而位于非金属三角区边界的“类金属”的电负性则在1.8左 右，它们既有金属性，又有非金属性． ⑤用电负性判断化学键的类型 一般认为：如果两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7， 它们之间通常形成离子键；如果两个成键元素原子间的电负 性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键．
3．原子核外电子排布原理 (1)能量最低原理：原子的核外电子排布遵循构造原理，使
整个原子的能量处于最低状态．原子轨道能量由低到 高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、 5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d…… (2)泡利原理：1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方 向相反． (3)洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是 优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同．
非金属性 非金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱
4．对角线规则 在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元
素的有些性质是相似的，如
.
[例1] 有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如 下表所述.
元素
结构、性质等信息
核电子学技术原理
核电子学技术是一个广泛的领域。它与核能有关，用于实现发电、医学、环 境卫生和声学等多个领域。让我们一起来探构成原子核的基本粒子，分为质子和中 子。质子和中子的统称为子核。
核子数
原子核内所包含的质子数，在普通物质的元素 中，该数与各元素的位置有关。
控制棒
通过吸收中子来控制反应堆的反应速度。
核燃料
通常采用铀或钚等元素的化合物。原子核裂变 会释放出中子和大量的能量。
冷却剂
负责吸收热能并把它带走，以防止反应堆过热。
核电子学技术的未来发展方向
核聚变研究
研究新的聚变反应，为清洁能源 提供更好的来源。
医学应用
核电子学技术在医学领域有很多 应用，包括放射性同位素治疗和 放射性示踪。
电荷
质子具有正电，中子不带电荷，原子核的电子 数等于质子数。
尺度
原子核尺度非常小，其直径可视为电子云直径 的100,000分之一。
核反应的种类和特点
1
裂变
核裂变是一种将原子核分裂成两个质量接近的核片段的反应。它由中子诱导，释 放出大量能量。
2
聚变
核聚变是一种将轻核聚合成重核的反应。它能释放更多的能量，但需要更高的能 量。
研究技术
核电子学技术可以用于太空探索 和其他科技中。
3
融合
核融合是一种将重核分解成轻核的反应。它需要高能量和高温。
核能的释放和利用方式
核裂变
核聚变
太阳能
用于核发电，其他应用包括放射 性同位素生产、医学和军事领域。
目前正致力于开发核聚变发电站， 以在未来供应清洁能源。
一个免费、可持续的能源来源， 但依赖于气候、地理位置和四季 变化等因素。
核裂变与核聚变的区别与应用
现代核电子学
返回
§2 多道分析器中数据获取系统
一．基本结构 二．硬件多道分析器数据获取系统组成 三．直方图（多道分析器）工作模式 四．多定标工作模式 五．基于计算机的多道分析器 六．数字化谱仪
返回
一、多道分析器基本结构
多道分析器的功能是将输入信号按其幅度大小或按其时间 间隔大小进行分类，然后按其类别作统计而获得计数按幅 度大小或按其时间间隔大小分布的关系。我们把这种分布 图称为直方图，从分布关系中可以得到脉冲幅度谱或时间 谱。 多道分析器在结构上分成两部分：模数转换器（ADC或 TDC）和数据获取和处理系统。
返回
数字化谱仪
• 数字化谱仪是数字信号处理技术在核电子学中的应 用是近代核电子学的一个重大发展，由于处理是在 数字领域进行，优越于模拟处理。 – 数字处理技术以它固有的适应性灵活性，能因地 制宜，易于相加，即使对苛刻的环境，几乎都很 容易合成任意的脉冲响应形状。 – 能组合出最佳脉冲响应形状继而降低串列噪声， 弹道亏损和堆积效应。 – 对核探测器探测事件的处理、滤波、修正基线漂 移，脉冲形状甄别比模拟处理精确。 – 数字滤波效果好，易于提高系统的能量分辨率。
返回
计数设备--计数率计
基本原理
– 为了测量信号的计数率且不受信号幅度和宽度的影响，需先将 信号成形为形状与幅度均为一定的电流脉冲ii(t)，脉冲的电荷 量为Q，在计数率为n时，流过电流表的电流I2的平均值为nQ， 电阻上降压V2平均值为nQR，正比于计数率n。 – 电容C为了减小信号在时间上的统计涨落，为了减小涨落，这 个电容越大越好；但是在计数率发生变化时， V2要达到稳定， 需要一定建立时间，建立时间应为 5RC，C值越大，建立时间 就很长， C值应该取得适量 。
ADC 或 TDC
(完整版)核外电子排布规律总结
原子核外电子排布规律①能量最低原理:电子层划分为K<L<M<O<P<Q,对应电子层能量增大;原子核外电子排布按照能量较低者低优先排布原则.②每个电子层最多只能容纳2n2个电子。
③ 最外层最多只能容纳 8个电子（K 层为最外层时不能超过2个）次外层最多只能容纳18个电子（K 层为次外层时不能超过2个倒数第三层最多只能容纳32个电子注意：多条规律必须同时兼顾。
简单例子的结构特点:(1)离子的电子排布:主族元素阳离子跟上一周期稀有气体的电子层排布相同,如钠离子、镁离子、铝离子和氖的核外电子排布是相同的。
阴离子更同一周期稀有气体的电子排布相同：负氧离子，氟离子和氖的核外电子排布是相同的。
（2）等电子粒子（注意主要元素在周期表中的相对位置）①10电子粒子:CH 、N 、NH 、NH 、NH 、O、OH 、H O 、H O 、F 、HF 、Ne 、Na 、Mg 、Al 等。
4-3-23+4-2-23+-++2+3 ②18电子粒子：SiH 、P 、PH 、S 、HS 、H S 、Cl 、HCl 、Ar 、K 、Ca 、PH 等。
4-33-2-2-++2+4 特殊情况：F 、H O 、C H 、CH OH222263 ③核外电子总数及质子总数均相同的阳离子有：Na 、NH 、H O 等；阴离子有：++43+F 、OH 、NH ； HS 、Cl 等。
---2--前18号元素原子结构的特殊性：（1）原子核中无中子的原子：H11（2）最外层有1个电子的元素：H 、 Li 、Na ；最外层有2个电子的元素:Be 、Mg 、He（3）最外层电子总数等于次外层电子数的元素：Be 、Ar（4）最外层电子数等于次外层电子数2倍的元素：C ；是次外层电子数3倍的元素：O ；是次外层电子数4倍的元素：Ne（5）最外层电子数是内层电子数一半的元素:Li 、P（6）电子层数与最外层电子数相等的元素：H 、Be 、Al（7）电子总数为最外层电子数2倍的元素：Be（8）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li 、Si元素周期表的规律：（1）最外层电子数大于或等于3而又小于8的元素一定是主族元素，最外层电子数为1或2的元素可能是主族、副族或0族元素，最外层电子数为8的元素是稀有气体（He 例外）（2）在元素周期表中，同周期的ⅡA、ⅢA 族元素的原子序数差别有：①第2、3周期（短周期）元素原子序数都相差1；②第4、5周期相差11；③第6、7周期相差25（3）同主族、邻周期元素的原子序数差①位于过渡元素左侧的主族元素，即ⅠA、ⅡA族，同主族、邻周期元素原子序数之差为下一周期元素所在周期所含元素总数；相差的数分别为2,8,8,18,18,32②位于过渡元素左侧的主族元素，即ⅢA～ⅦA族，同主族、邻周期元素原子序数之差为下一周期元素所在周期所含元素种数。
核电子学及其进展
返回
探测器的固有晃动
• 不同的探测元件电流信号输出的时间晃动不一样， 它的产生原因也不相同，大致因为载流子在探测器 内运动途径不同造成的 。
• 例：闪烁体和光电倍加管（PMT）组成的闪烁计数 器，由于粒子击中的位置不同使光传输到PMT的时 间不同，使得其输出信号的时间发生差异，而击中 的位置往往是随机的，因而信号输出的时间产生时 间晃动。
返回
恒比定时甄别原理
➢ 用经延迟后的输入信号与经过衰减倒相后信号相加之 后产生一个双极性信号，该信号从负极性变到正极性 的过零时刻与信号幅度无关，在此时刻的信号值与总 幅度之比为一恒值。过零甄别器起到在双极性信号的 过零时刻检出信号的作用。
恒比定时甄别原理
➢ 用 ui(t)来近似描述输入信号:
经过衰减倒相后信号（其中为衰减因子）：
• 甄别器需要有稳定的阈电压。 阈电压的产生程控设置的 DAC 提供。 为了减少噪声和外部干扰的影响，得到稳定的阈电压，对DAC提供 的输出电压采取了衰减和有源滤波等有效措施。
返回
恒比定时甄别器（CFD）
• 提出恒比定时的基本思路 • 恒比定时甄别原理 • 恒比定时甄别器实现
返回
提出恒比定时的基本思路
返回
时间间隔测量
• 时间间隔测量应用实例 • 时间分析器的基本功能
返回
时间间隔测量应用实例
• 飞行时间计数器是在高能物理实验中经常用到的探测器系统，用来测量带 电粒子的飞行时间，其主要功能是通过所测量粒子的飞行时间信息，结合 其它探测器测得粒子的动量和径迹，从而辨别粒子的种类。
• 测量探测器的信号和e+ e-的作用发生时刻之间的时间间隔，就可以测量到 粒子的飞行时间信息。
电子行业核电子学及其进展
电子行业核电子学及其进展1. 简介电子行业核电子学（Nuclear Electronics in the Electronics Industry）是指在电子行业中应用核电子学原理和技术的领域。
随着科技的发展和进步，核电子学在电子行业中得到了广泛的应用和重视。
本文将介绍电子行业核电子学的基本概念、应用领域以及最新的研究进展。
2. 基本概念核电子学是集成电路与核技术相结合的学科，其研究的核心是利用核技术方法和仪器来实现电子器件的性能优化和功能增强。
核电子学主要关注以下方面：2.1 放射性同位素应用通过放射性同位素的嵌入，可以实现电子器件的性能改善。
例如，采用放射性同位素注入法可以提高电子器件的灵敏度和稳定性。
2.2 核探测器和核传感器核探测器和核传感器是核电子学的重要组成部分。
它们可以用于测量和检测辐射，广泛应用于核能、医学影像、无损检测等领域，提高了相关技术的精度和可靠性。
2.3 核电子学器件核电子学器件是指利用核技术原理制造的电子器件，例如核电池、核电晶体管等。
这些器件具有较高的稳定性和抗干扰能力，广泛应用于高温、高辐射等恶劣环境下的电子系统。
3. 应用领域电子行业核电子学的应用领域非常广泛，以下是其中几个典型的应用领域：3.1 核电能源核电能源是核电子学的一个重要应用领域。
利用核技术的原理和方法，可以设计和制造高效、安全、稳定的核电站。
核电站不仅可以提供大量的清洁能源，还能为建设智能电网、推动可持续能源发展作出贡献。
3.2 智能医疗影像核电子学在医疗影像领域有着重要的应用。
核技术可以提供更高的图像分辨率和对比度，帮助医生更准确地进行诊断和治疗。
此外，核电子学还可以应用于放射治疗、核医学等领域。
3.3 环境监测核电子学在环境监测中担当着重要的角色。
利用核技术的方法和仪器，可以对土壤、水体、大气中的放射性物质进行快速准确的监测。
这对于预防和应对环境污染有着重要意义。
3.4 无损检测核电子学在无损检测领域也得到了广泛应用。
核电子学
目录绪论第一章核电子学系统中的信号与噪声 (1)1核辐射探测器及其输出信号 (1)一、核辐射探测器的要求和特点 (1)二、核辐射探测器的主要类别和输出信号 (2)三、核辐射探测器的基本性能（指标） (5)四、核辐射探测器的输出电路 (8)五、核辐射探测器输出信号的数学模拟 (10)2核电子学中的噪声 (11)一、噪声对核测量的影响 (11)二、噪声的分类和噪声源 (13)3核电子学中的信号与噪声分析基础 (16)一、时域和频域分析 (1)6二、核电子学中常见的基本电路分析基础 (17)三、核随机信号通过线性网络 (20)4核电子学测量系统概述 (25)一、系统的基本组成······························································································································2 5二、核电子学常用的信号处理系统 (26)三、核电子学信号处理单元插件标准化 (28)习题与思考题 (29)【附录】常用的几项N I M标准 (30)第二章前置放大器...............................................................................................................34 1概述. (34)一、前置放大器的作用 (34)二、前置放大器的分类 (35)2电荷灵敏前置放大器 (37)一、电荷灵敏前置放大器的主要特性 (37)二、电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析 (42)三、电荷灵敏前置放大器的噪声分析和抑制措施 (44)四、电荷灵敏前置放大器的进一步改进 (48)五、电荷灵敏前置放大器噪声的实验测量 (50)3电压（灵敏）前置放大器 (53)4电流灵敏前置放大器 (54)习题与思考题 (56)第三章放大器 (58)1概述 (58)一、放大器在核测量系统中的作用 (58)二、谱仪放大器的框图介绍 (59)三、放大器的基本参量及测量方法 (60)四、其它类型的一些放大器 (66)2谱仪放大器的放大节 (67)一、放大节的结构 (67)二、分立元件构成的放大节电路 (69)三、集成运算放大器构成的放大节电路 (73)3谱仪放大器中的滤波成形 (75)一、滤波成形电路在谱仪放大器中的作用 (75)二、最佳滤波器的讨论 (76)三、滤波成形电路的信息畸变 (79)四、无源滤波成形电路 (84)五、有源滤波成形电路 (95)六、时变滤波成形电路 (99)4通用谱仪放大器 (10)1一、基线恢复器····································································································································10 2二、通用谱仪放大器介绍 (107)5高能量分辨率高计数率谱仪放大器 (111)一、堆积拒绝方法·······························································································································11 1二、单元电路功能介绍 (112)三、堆积拒绝电路·······························································································································11 3四、死时间校正和允许最高计数率 (115)6快放大器 (117)一、概述 (117)二、快放大器的放大节电路 (118)7弱电流放大器 (121)。
核电子学
061300103 张欣欣第四次作业1.根据核探测器输出信号的特点，说明核电子学和一般电子学的区别。
在核科学与技术的实际应用中, 都需要采用电子学方法对核辐射进行测量, 都需要对核探测器输出的信号进行处理与分析。
整个过程可简单描述为：用电子学方法收集辐射粒子在探测器内产生的电荷而形成电信号，经过信号模拟处理（放大或成形）和数字化之后，送入专用的数字化处理系统或计算机进行处理和分析，从而得到这些辐射粒子所携带的各种物理信息（能量、时间和空间等方面特性）。
简单流程示意如下：辐射→探测器→形成电信号→模拟处理→数字化→计算机或专用设备数据采集→在线分析。
其中从形成电信号道数据采集和再现分析这一过程就是核电子学的研究范围。
由于探测器输出信号往往比较小, 一般情况下, 首先要通过放大器进行放大。
核辐射探测器的输出信号是一系列幅度大小不一、波形不尽一致、前后间隔疏密不匀出现的时间随机分布的电荷或电流脉冲。
探测器输出信号为随机脉冲，具有时间特性、幅度分布的非周期性及非等值性。
则，由于信号统计性，要求核电子学用独特方法处理和研究。
2.核电子学中遇到的噪声主要有几类？产生的原因是什么？对于幅度分析和时间分析，那些噪声比较重要？在核电子学中遇到的噪声主要有三类：散粒噪声、热噪声和低频噪声。
对于幅度分析和时间分析，散粒噪声和热噪声最重要。
1.散粒噪声（探测器漏电流的噪声、场效应管栅极漏电流噪声）：在电子器件中，载流子产生和消失的随机性，使得流动着的载流子数目发生波动，有时多些，有时少些，由此引起的电流瞬时涨落称为散粒噪声。
2.热噪声（场效应管的沟道热噪声、电阻原件的热噪声）：由导体或电阻中载流子的热运动，使电路中的电流产生涨落造成。
与电路的外加电压和平均电流无关，主要与温度有关。
3.低频噪声（场效应管闪烁噪声）：低频噪声即1/f噪声，又名闪变噪声或过量噪声，其噪声电压随频率的降低而增大,它的功率密度一般随1/ f而变化,在合成炭质电阻和晶体管，场效应管中，还存在一种随频率降低而增大的低频噪声。
《核电子学》课件——核电子学中的仪器标准
NIM信号标准
慢线性信号标准： 幅度：0~1V 或0~10V； 上升时间：50ns； 宽度：0.5~100s； 输入阻抗、输出阻抗无统一标准，现有插件（ORTEC）
中一般为输入阻抗1k，输出阻抗一般有两种：前面板 为<1，后面板93
快线性信号标准： 幅度：0~ -1V，0~ -5V或 0~ -10V； 上升时间：<50ns； 宽度：<1s； 输入阻抗50，输出阻抗很大或<1。
• CAMAC标准
核电子学领域的专业总线，没能在其他领
• FASTBUS 标准 域得到推广
• VME-VXI标准 • PCI-PXI标准 • USB标准
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
重点： 1. 核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求？
机械标准、电气标准和总线标准 2. 几种典型的标准
Nuclear Instrument Module
最早提出的核电子学插件化的标准。NIM标准是在 计算机大量普及前制定的，因此，一般用于模拟 信号处理系统。
目前，除了前置放大器之外，所有进行模拟信号 处理的设备以及模数变换、计数电路等设备，在 国内外也都按NIM标准设计和生产。
NIM标准的确立大大提高了核电子学仪器的机械 互换性和电气互换性。
核电子学中的仪器和总线标准
NIM(-GPIB)标准： CAMAC标准 FASTBUS 标准 VME-VXI标准 PCI-PXI标准 USB标准
最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器 核电子学领域的专业总线，没能在其他领 域得到推广
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
NIM标准
输入阻抗、输出阻抗 50
**由于信号的快上升时间，在负的快逻辑信号处理中必须 考虑电缆匹配的问题。
《核外电子排布》 讲义
《核外电子排布》讲义一、引言在探索物质世界的奥秘中，原子的结构是一个至关重要的领域。
而核外电子的排布则是理解原子性质和化学行为的关键。
让我们一起走进核外电子排布的奇妙世界。
二、什么是核外电子排布原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，核外电子带负电荷。
核外电子在原子核外的一定区域内运动，这些区域被称为电子层。
核外电子的排布遵循一定的规律，决定了原子的化学性质和物理性质。
三、核外电子排布的规律1、能量最低原理电子总是优先占据能量较低的轨道，然后再依次进入能量较高的轨道。
这就像人们在坐座位时，总是先选择靠近门口、比较方便的位置，然后再考虑更远、更不方便的位置。
2、泡利不相容原理在同一个原子中，不可能有两个电子的四个量子数完全相同。
简单来说，就是在同一个轨道中，最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋方向必须相反。
3、洪特规则电子在等价轨道（相同能量的轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。
这是因为这样的排布方式能够使原子的能量更低，更加稳定。
四、电子层与电子亚层1、电子层电子层通常用数字表示，从离原子核最近的一层开始，依次为第一层（K 层）、第二层（L 层）、第三层（M 层）等。
电子层的能量依次升高。
2、电子亚层在同一电子层中，电子还可以进一步分为不同的亚层，分别用s、p、d、f 表示。
s 亚层只有一个轨道，p 亚层有三个轨道，d 亚层有五个轨道，f 亚层有七个轨道。
五、核外电子排布的表示方法1、电子排布式用数字和字母来表示电子在原子核外各电子层和亚层的排布情况。
例如，钠原子的电子排布式为 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹。
2、轨道表示式用小方框表示轨道，用箭头表示电子的自旋方向。
这种表示方法能够更加直观地展示电子的排布情况。
六、核外电子排布与元素周期表元素周期表是化学中非常重要的工具，而核外电子排布与元素周期表有着密切的关系。
1、周期元素周期表中的周期与电子层有关。
核电子学复习资料
核电子学复习整理第一章一、名词解释探测效率：探测器探测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的粒子总数的比值。
散粒噪声：（在电子器件或半导体探测器中）由于载流子产生和消失的随机涨落形成通过器件的电流的瞬时波动，或输出电压的波动，叫做散粒噪声。
分辨率：识别两个相邻的能量、时间、位置（空间）之间最小差值的能力。
（主要有能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率）死时间校正：在监察信号的时间TIp内，如果再有信号输入都要被舍弃，因此监察时间就是堆积拒绝电路所产生的死时间。
计时电路就不应该把这个时间计入测量时间，而应从总的测量时间中扣除这个死时间得到活时间。
由测到的总计数除以活时间就是信号计数率。
这种办法称为死时间校正。
二、填空题1.核电子学是核科学与电子学相结合的产物；2.探测器按介质类型及作用机制主要分为：气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器；3.核电子学中主要的噪声指三类：散粒噪声、热噪声、低频噪声；4.核辐射探测器的输出信号特点是：随机分布的电荷或电流脉冲。
（时间特性、幅度上是非周期非等值的）；5.功率谱密度为常数即S(W)=a的噪声为白噪声。
三、简答题1.简述核电子学的信号特点。
答：1.随机性；2.信号弱，跨度大；3.速度快。
2.简述白噪声与干扰以及两者的区别。
答：干扰：主要是指空间电磁波感应，工频交流电网的干扰，以及电源纹波干扰等外界因素。
（可在电路和工艺上予以减小或消除）噪声：是由所采用的元器件本身产生的。
（可以设法减小但无法消除）白噪声定义为功率谱密度为常数的噪声。
3.降低前置放大器噪声的措施有哪些？答：1.输入级采用低频噪声器件；2.低温运行；3.减少冷电容Cs；4.反馈电阻Rf和探测器负载电阻RD选用低噪声电阻，阻值一般在109欧~1020欧左右。
除此之外，用滤波网络来限制频带宽度，也可进一步抑制噪声。
4.构成核电子学的测量系统的三部分是哪些？答：1.模拟信号获取和处理，2.模数变换，3.数据的获取和处理三个部分5.简述前置放大器的作用。
核探测与核电子学
核探测与核电子学摘要：核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。
核辐射探测器的工作过程大致分为二阶段：一是与辐射反应，生成某种信息，该过程属于核测控内容；二是该信息的记录、收集、处理，该过程属于核电子学内容。
关键字：核辐射、核电子学、核辐射探测器。
1 前言核辐射探测器，简称为核探测器，也称为核探测设备。
是一种辐射射线检测装置。
核辐射是原子核从某种能量状态或某种结构向另一种结构或状态发生转变时，在转变过程中释放出来的微观粒子流，这是一个涉及原子或原子核的过程，从原子核中释放出的辐射。
γ辐射、中子辐射、α和β辐射等这些辐射都称为核辐射[1]。
X，γ射线都是属于电磁辐射范畴，X-ray 是由核外电子在跃迁过程中产生的，γ射线是在核跃迁或粒子湮灭过程的中发出来的电磁辐射[2]。
核辐射探测器可以说是粒子物理研究以及核物理研究中最为基础，也是极其重要的一项技术和工具，核辐射探测器的基本工作原理如图。
当辐射射线（或粒子）辐照到探测器的电荷灵敏区，而电荷灵敏区内的物质在辐射的激发下会产生出大量电子-空穴对，在外加电场的作用下分别向正负电极移动而产生电学信号，对电学信号的分析整理，从而实现对辐射射线或粒子的探测。
高能物理事业、核技术及现代电子学的发展, 带动各种探测器技术不断发展。
辐射探测器是通过粒子与适当的探测介质相互作用而产生某种信息，经放大后被记录、分析，以转变为各种形式的直接或间接可为人们感官所能接受的信息，从而确定粒子的数目、位置能量、动量、飞行时间、速度质量等物理量。
按照产生信息的方式，探测器大体上可分为计数器和径迹室两大类。
本文以探测器原理依据，分别介绍不同探测器原理，以及核电子技术在不同探测器的应用原理2.计数器类探测器计数探测器是应用最广泛的辐射探测器。
它以电脉冲的形式记录、分析辐射产生有关信息。
这种类型探测器的问世，导致了核电子学这一新的分支学科的出现和发展。
最常用的计数器类探测器主要有气体探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。
核电子学复习资料
动,减小信号统计涨落引起的定时 动,噪声引起的时间晃动比前沿定时稍 误差,触发比为恒定常数,使用时方 大 便调节,使晃动最小
ARC 定时
能同时消除幅度及上升时间引起的 达峰时间变化时,触发比 f 不恒定,波形
时间游动
涨落的影响比较大,过零斜率小,噪声的
影响大
3.什么是符合测量及其意义 选择时间相同或相关的信号,舍弃无关事件 4.脉冲波形甄别的作用和方法？ 作用:测出同时存在的各种粒子能谱,避免相互重叠;甄别粒子的种类;剔除某种本底粒子 方法: 电荷比较法,时间比较法
4.简述核辐射探测器中噪声的种类特点和产生机理 散粒噪声:载流子数目发生波动引起电流瞬间涨落;与电子热运动速度无关,其平均电流大,电子 数涨落大,噪声电流大。 热噪声:自由电子不停地做热运动,由于电子不断和正离子碰撞,外回路感应电流起伏变化;与电 阻或导体的温度有关,温度升高热运动增强,热噪声与外加电压无关 低频噪声:原因未知;电压低,频率低,噪声电压随频率降低而增大 5.写出各种噪声的功率密度谱及函数表达式
1.时间幅度变换方法 把时间间隔转变为幅度与之线形相关的模拟脉冲,再采用 ADC 转换 2.什么是单道分析器 可以选择一定幅度范围内信号的幅度甄别器,只有当输出信号脉冲的幅度介于给定的电压范围 VL 至 VO 之内,才输出信号脉冲,可选择一定幅度范围内的信号 3.什么是多道分析器 研究具有统计性核辐射现象的一种分析设备,可同时选择多个幅度间隔内的脉冲信号。由输入 部分、储存器、运算器组成。作用(获得的信息):幅度值,时间谱,辐射强度随时间变化关系,射线 能谱,反射性核素衰变曲线等
个一定幅度的信号。这个定值即甄别域 VT。甄别器可用于甄别幅度小于 VT 的信号、干扰和噪 声,输入和输出信号为电压或电流脉冲 8.定标器:用来测量在一定时间间隔内的输入脉冲数,由计数电路和计时电路组成 计数率计:直 接指示计数率-单位时间平均输入脉冲数,差异由成形电路决定 1.时检电路存在的定时误差和成因 时间游动:由于输入信号幅度和波形的变化,引起时检电路输出脉冲产生时间的游移变动 时间 晃动:由于探测器输出的信号统计涨落,及系统中存在的噪声,引起时检电路输出脉冲产生时间 的涨落 时间漂移:时检电路和探测器中对温度,电源电压敏感并容易老化的元件引起的定时误 差
《高等核电子学》课件
04
核电子学应用领域
核能科学与工程
01 核能发电
核能科学与工程领域利用核裂变或核聚变反应产 生的能量进行发电，解决能源需求问题。
02 核燃料循环
核燃料循环涉及核燃料的提取、加工、再处理以 及废物处理等环节，旨在实现核燃料的可持续利 用。
03 核反应堆技术
核反应堆是实现可控核裂变反应的装置，涉及到 反应堆设计、运行与维护等方面的技术。
高等核电子学
目录
• 核电子学概述 • 核电子学基础知识 • 核电子学实验技术 • 核电子学应用领域 • 核电子学发展前景与挑战
01
核电子学概述
核电子学的定义与特点
核电子学是一门研究核辐射探测、测量和处理的科学，主要涉及核辐射与物质的相互作用、探 测器的设计制作以及信号处理等方面。
核电子学具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性等特点，广泛应用于核物理实验、核医学成像、 放射性计量等领域。
03
核电子学实验技术
核电子学实验设备与仪器
放射性探测器
用于检测放射性物质发出的射线，如闪烁 计数器、半导体探测器等。
信号处理电路
用于对探测器输出的信号进行预处理，如 滤波、放大等。
电子倍增器
用于放大微弱信号，提高信号的信噪比。
数据采集系统
用于采集和处理实验数据，如多通道数据 采集卡、数字化仪等。
核医学与放射生物学
放射性药物
核医学利用放射性物质进行疾病 诊断和治疗，放射生物学则研究 放射性物质对生物体的影响和作
用机制。
医学影像技术
核医学影像技术如PET、SPECT等 ，能够提供高分辨率、高灵敏度的 医学影像，有助于疾病诊断。
放射治疗
放射治疗是利用放射线消除肿瘤细 胞的方法，核医学与放射生物学在 放射治疗药物的研发和治疗效果评 估方面发挥重要作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 电压灵敏前置放大器
对探测器信号先积分再放大
➢ 电荷灵敏前置放大器
放大和积分同时进行 II. 电流型放大器
➢ 电流灵敏前置放大器 保留输入电流信号的形状特征
3
§4、积分型前置放大器
电压灵敏型前置放大器
•基本原理
V-V 电压放大器
探测器电流信号在放大之前已被自然 积分为电压信号。
Vom
Ci
A0Q (1 A0 )C f
Q A0 C 1 A0F
由A0变化引起，VVomom
1 1 A0F
A0 A0
?
由Ci变化引起，VVomom
1 1 A0F
Ci Ci
为了提高稳定性，可以 •增大开环增益A0 ， •提高反馈系数F(减小Ci) 。
13
4．输入阻抗：
如果放大器频带无限宽（低频输入）
•近似认为探测器电流 iD(t)=Qd(t)
vi
(t)
Q Ci
et /i u(t)
其中 i RiCi (RD // RAi )(CD CS CAi )
vo (t) Avi (t)
4
电压灵敏前置放大器典型电路
光电倍增管的输出电路
怀射极特跟随器
• 对正负脉冲都有较好的过 渡特性
–当输入正脉冲时，T1电流 变小，输出电流如蓝色箭 头方向
C if = Ci + (1+A)Cf 原电路可以等效成
VOM 为输出信号幅度，它仅仅决定 于Cf 值和Q的大小，将不随Ci 或A 的不稳定而变化，只要Cf 值恒定， 输出信号幅度保持与电荷量正比关
系。
8
典型电路
•T1管为结型场效应管，接成共源放大器。 •T2为共基放大器，电流电压 •T3管接成一个射极跟随器作为输出极。
10
电荷放大器的主要性能指标
1．电荷——电压转换增益GQV：
定义为单位输入电荷产生的输出电压幅度，即
GQV
V0m Q
1 Cf
伏 库仑
若把探测器也包括在内，定义能量——电压转换增益
GEV
Vom E
1 Cf
Q 1 E Cf
e W
伏 MeV
其中e为电子电荷，等于1.6×10-19库仑，W 为平均电离能， 对于硅半导体探测器，W 3.6 106 MeV
1
信号的预放大
探测器和前放的等效电路 从放大器输入端看的输入电容
Ci=CD+CS+Cai
放大器输入端电压（忽略RD)
vi
(t
)
1 Ci
t
0 iD (t)dt
CD为探测器输出电容 CS为分布电容 Cai为放大器输入电容
2
前置放大器的分类
• 在时间和能量测量系统中，前置放大器分别侧重于保 留信号的不同特点，可以分为两大类：
–当输入负脉冲时，T1电流 变大，输出电流如绿色箭 头方向
• C*为加速电容，
正脉冲瞬间，T1电流减小， 通过电容的耦合，降低T2 的b,e极电压，增加输出电 流。同理，负脉冲瞬间， c*会减少输出电流。
5
电压灵敏前置放大器的特性
• 电路结构简单 • 前放输出电压的幅度为VOM = AQ/Ci
而Ci=CD+CS+CAi – CD 随外加偏压而变化； – CS 随引线长短、元件位置因素变化而变化， – Cai 与放大器工作状态有关。 这些因素将使 VOM 的值在不同条件下发生变化，输出电压的精度
反馈回路的阻抗对输入阻抗的贡献为： Zif
因而输入电阻
Rif
Rf 1 A0
Zf 1 A0
输入电容 Cif (1 A0 )C f Ci
在考虑到放大器的频带有限情况（高频输入） A0 F 1
解方程得V0s S来自CA AC f
ID S
其中
C Ci C f 为冷电容
设iD t Qd t ID S Q
V0 S
Cf
Q C
A
1 S
7
作拉氏反变换
v0 t
Cf
Q C
A
ut
当A 1时，C A
C f
v0 t
Q Cf
ut
V0mut
V0m Q C f
另外，从放大器的输入端看：由于密勒 效应，电容相当于被放大了（1+A)倍
（1）与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用，一 般取值为108—109Ω，太小了会增加噪声，太大了起 不到泄放作用。另一个作用是产生直流负反馈以稳定 放大器直流工作点。
（2）探测器与放大器之间用电容起到隔直作用。一般取 值为几千pF量级。耐压为几千伏。
（3）T2管采用共基电路的目的是为了减小因米勒效应引 起输入电容的增加，使保持在很小值。
§3、前置放大器
与探测器输出直接相联的电路称为前置级，一般这部 分电路具有信号放大功能，故称为前置放大器。
一、前置放大器的作用
1) 从探测器输出端获得所需的电信号（能量、时间）； 2) 预放大探测器的输出信号，以获得较好的信号噪声比； 3) 进行阻抗变换，减少信号传输中的。
1. 使能量、时间的测量更加准确
则 GEV 44mV MeV
11
2．上升时间 (10%-90%)
实际放大器具有一定频带宽，对频带影响最大的是T2管集电极电路，
考虑到 并R联a 的还有负载电容 ，Ca
•放大器在开环情况下，可以计算其上升时间为：
tr0 2.2 a 2.2RaCa
•构成电荷灵敏放大器后，反馈系数
F Cf Cf Ci C f C
•闭环时的上升时间：
•通常可以满足
tr
tr0 1 A0 F
gm Ra
Cf C
1
2.2 RaCa
1
gm Ra
Cf C
tr
2.2 CaC Cf gm
Ca=5pF, Ci =5pf, Cf =1pf, gm =5mA/V, 则有tr =13ns
12
3．输出电压稳定性
我们要求输出电压幅度尽可能不随开环放大倍数和输入电容的变化而 变化，可以用输出幅度相对变化来衡量其稳定性的好坏。
不高，一般用在探测器输出信号幅度较大，精度要求不高系 统。如接在闪烁探测器后面。 • 如果在输入端并联大的电容？
幅度，噪声
6
电荷灵敏前置放大器
•基本结构和工作原理
由高输入阻抗、高增益的倒 相放大器与一个反馈电容组 成的负反馈放大器。
列出电路方程
V0 s AVi s Vi sCiS Vi sV0 sC f S ID s 0
• T1管的变换增益
（T 管的跨导） G1
iD1 Vg1
g m1
1
• T2管的变换增益 • T3管的变换增益
G2
VC 2 iRa
Ra
G3=1
• 此放大器的开环增益为
A0 G1G2G3 gm1Ra
• •
若
gm Ra
5mA V 500K
，则A0 = 2500 >>1
9
• 应该注意以下几点：