核电子学1(2007)
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
核电子学习题+答案+课后答案
,
噪声均方值：
对B点：
，
噪声均方值：
第二章
2.1电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？
优点：VOM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统
Cf起积分作用，当A很大时，
2.2试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，
1
【判断题】
电荷灵敏和电流灵敏析系统。
错
2
【判断题】
要提高放大电路输出稳定性，减小相对变化量，一般要求放大器开环增益A0必须很高。
对
3
【判断题】
信号由基极输入，发射极输出，构成共集电极放大电路，又叫射极跟随器。
对
4
【判断题】
放大电路中的自举电容，从本质上来说起到一种特殊形式的正反馈。
7.定时误差通常按误差产生的原因分为两类：___时移___和___时晃_。
8.放大器输出信息中，总是由：_信号__,__噪声__,__干扰__组成。
二、选择题：（每题2分，共20分）
1.下列探测器中，能量分辨率最佳的是（B）
A.闪烁体探测器B.半导体探测器C.电离室D.气体探测器
2.CR微分电路（高通滤波器）的频率响应为（A）
优点：有源滤波器更接近于理想的微分和积分特性，把放大和滤波成形连在一起，既节省元件，又比无源滤波器级数少，效果好。
4.改善放大器线性的方法，可以简单归结为：（1）合理选择工作点__。
（2）__采用负反馈_。
5.谱仪放大器基本上由____放大电路__和滤波成形电路组合而成，对滤波成形电路来讲，有_弹道亏损_____和__堆积畸变_两种信息畸变。
6.脉冲幅度甄别器是将__模拟脉冲__转换成__数字逻辑脉冲_输出的一种装置。
核电子学习题解答
习题解答第一章绪论1、核信息的获取与处理主要包括哪些方面的？①时间测量。
核信息出现的时间间隔是测定核粒子的寿命或飞行速度的基本参数，目前直接测量核信息出现的时间间隔已达到皮秒级。
②核辐射强度测量。
核辐射强度是指单位时间内核信息出现的概率，对于低辐射强度的测量，要求测量仪器具有低的噪声本底，否则核信息将淹没于噪声之中而无法测量。
对于高辐射强度的测量，由于核信息十分密集，如果信号在测量仪器中堆积，有可能使一部分信号丢失而测量不到，因此要求仪器具有良好的抗信号堆积性能。
对于待测核信息的辐射强度变化范围很大的情况(如核试验物理诊断中信号强度变化范围可达105倍)，如测量仪器的量程设置太小，高辐射强度的信号可能饱和；反之，如量程设置太大，低辐射强度的信号又测不到，因此对于这种场合的测量则要求测量仪器量程可自动变换。
③能谱测量。
辐射能谱上的特征是核能级跃迁及核同位素差异的重要标志，核能谱也是核辐射的基本测量内容。
精确的能谱测量要求仪器工作稳定、能量分辨力达到几个电子伏特，并具有抑制计数速率引起的峰位和能量分辨力变化等性能。
④位置测量。
基本粒子的径迹及空间位置的精确测定是判别基本粒子的种类及其主要参数的重要手段。
目前空间定位的精度可达到微米级。
⑤波形测量。
核信息波形的变化往往反映了某些核反应过程的变化，因此核信息波形的测量是研究核爆炸反应过程的重要手段，而该波形的测量往往是单次且快速(纳秒至皮秒级)的。
⑥图像测量。
核辐射信息的二维空间图像测量是近年来发展起来的新技术。
辐射图像的测量方法可分为两类：第一种是利用辐射源进行透视以摄取被测物体的图像；第二种是利用被测目标体的自身辐射(如裂变反应产生的辐射)以反映目标体本身的图像。
图像测量利用计算机对摄取的图像信息进行处理与重建，以便更准确地反映实际和提高清晰度。
CT技术就是这种处理方法的代表。
2、抗辐射加固主要涉及哪些方面？抗辐射加固的研究重点最初是寻找能减弱核辐射效应的屏蔽材料，后来在电路上采取某些抗辐射加固措施，然后逐渐将研究重点转向对器件的抗辐射加固。
核电子学第2课探测器ppt课件
特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。
多丝正比室和漂移室
多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多 路正比计数器。位置灵敏度达到mm量级，为粒子物理 等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔物理奖。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
1.3脉冲电离室
电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反
映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒
子的能量、时间、强度等。
脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电
压信号。
Q Ne E e W
电离室是一个理想的电荷源（其外回路对输出量无 影响）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
气体放大过程中正离子的作用 离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程
中，可以认为正离子基本没动，形成空间电荷， 处于阳极丝附近，会影响附近区域的电场，使电 场强度变弱，影响电子雪崩过程的进行。 正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中 和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩 过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原 子分子气体阻断离子反馈。
一、气体探测器
平板型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
圆柱型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
核电子学习题答案
在核辐射测量中，最基本的特点是无论在信号的时间 特性上，或是幅度分布上，都具统计特性、非周期性、 非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用
的信息。
核探测器输出信号具微秒到皮秒的时间间隔和毫米到 微米级的空间分辨，对后续处理电路的要求高。
C.
d. 反
t<T/2 -T/2≤t≤T/2频谱：
1.10电路中，若输入电压信号V;(t)= δ (t), 求输出电压信号V。(t), 并画出波形图，其中 A-4为隔离用。
隔离作用
解：
a.传递函数：
b.Vi(t)=δ(t) V;(S)=1
c.输出信号在复频域中的表达式
引出问题二
c.根据时域卷积，频域相乘性质，求出输出信号在复 频域中的表达式；
V。(S)=V,(S)H(S)
d.其反拉斯变换，得到输出信号U。(t)在时域中的表 达式。
问题一：传递函数
(1)定义：在零状态下线性非时变系统中指 定输出信号与输入信号的拉普拉斯变换之比。
(2)RC 积分电路(低通滤波器)的传递函 数：
O
b.根据输入信号时域表达式求其拉斯变换：
即：
0≤t≤T t≥T
对其进行拉斯变换得：
c. 根据时域卷积，频域相乘性质，求出输出信号在复频域中 的表达式：
d. 对其反拉斯变换，得到输出信号Uo(t) 在时域中的表达式。
t<O
0≤t≤T
t>T
1.6表示系统的噪声性能有哪几种方法? 各有什么意义?输入端的噪声电压是否就 是等效噪声电压?为什么?
d. 对 域中的表达式。
言号Uo(t) 在时
1.12 设，( 系统的噪考功率谱密度为 ,当此噪声通过下图电路后，求A点与B点 的噪声功率谱密度与噪声均方值。
核电子学 Nuclear Electronics
主放大器
计数器
前置放大器
信号处理
数据获取和处理
核电子学系统组成框图
探测器 前置放大器
能量信息 时间信息 位置信息
幅度分析 时间分析
探测器 前置放大器
线性放大 滤波成形
堆积判弃 基线恢复
时间检出
快放大器
幅度甄别
至
数
模数变换
据
获
取
和
处
时幅变换
理
系
时间数字变换
统
时间甄别
实验测量系统的组成
探测器
核电子学系统
• 辐射、电磁辐射、核（电离）辐射
• 该输出电流具有一定的形状，即有一定时间特性， 所以可用于时间分析；
• 如在输出电容上取积分电压信号，电压幅度正比
于E，可做入射粒子更能多量的测知量识。 可在《核辐射探测与测量方法》课中学习
《核电子学》习题解答
第一章1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信号的特点来说明。
在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。
1.4 当探测器输出等效电流源/0()t o i t I e τ-=时，求此电流脉冲在探测器输出回路上的输出波形并讨论R 0C 0<<τ的情况。
V 0(s) = I 0(s)·[R 0∥(1/sc)]= I 0[1/(s+1/τ)]·[R 0(1/sc 0)/( R 0+(1/sc 0)) =( I 0/ c 0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R 0 c 0)]}∴当R 0 c 0<<τ时，τ－R 0 c 0≈τ∴1.5 如图，设，求输出电压V(t)。
1.6 表示系统的噪声性能有哪几种方法？各有什么意义？输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压？为什么？ENV ENC ENN ENE η(FWHM)NE不是1.7 设探测器反向漏电流I D =10-8A ，后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于I D 的比值。
115.6610A -==⨯=35.6610DI -=⨯=1.8 试计算常温下（设T=300K ）5M Ω电阻上相应的均方根噪声电压值（同样设频宽为1MHz ），并与1MHz 能量在20pF 电容上的输出幅值作比较。
52.8810V -===⨯∵212E CV =∴0.126V V ==1.9求单个矩形脉冲f （t ）通过低通滤波器，RC=T ，RC=5T ，及RC=T/5，时的波形及频谱。
1.10 电路中，若输入电压信号V i （t ）=δ（t ），求输出电压信号V 0（t ），并画出波形图，其中A=1为隔离用。
t1.12 设一系统的噪声功率谱密度为2222()//i S a b c ωωω=++，当此噪声通过下图电路后，求A 点与B 点的噪声功率谱密度与噪声均方值。
核电子学第3课探测器及其输出信号PPT课件
一、核辐射探测器及其输出信号
1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
线性响应
在一定范围内探测器所给出的信息，与入射粒子相应的 物理量是否成线性的标志。
稳定性
通常，温度和电源的变化会引起探测器性能的不稳定； 因此，探测器对工作环境温度和高压电源供电电压的 稳定性有一定要求。
另外，衡量探测器性能还有抗辐射损伤，粒子鉴别能力 等。
一、核辐射探测器及其输出信号
1.4核辐射探测器的输出电路
一、核辐射探测器及其输出信号
1.4核辐射探测器的输出电路
脉冲电离室
一、核辐射探测器及其输出信号
1.4核辐射探测器的输出电路
脉冲电离室
脉 冲 电 离 室 输 出 波 形
一、核辐射探测器及其输出信号
1.4核辐射探测器的输出电路
半导体探测器
一、核辐射探测器及其输出信号
1.4核辐射探测器的输出电路
1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
各类核辐射探测器通过后接输出电路，将被测量 的核辐射信息转换成具有一定特性形状的波形。 当信号延迟时间与输出电路时间常数相比小得多 时，可以认为核辐射探测器信号主要以脉冲形式 出现，探测到的单个或一群粒子转化成单个或一 系列电脉冲，而且，当电荷收集时间较短时，可 以认为是一种持续时间极短的电流冲击脉冲。
核辐射探测器可以看成为一个电流信号源 i(t)，在 作时间测量时，由于要求保持时间信息，可以直 接利用这种电流源的时间特性。在作能谱分析时， 因为与能量成正比的量是探测器收集的电荷或电 荷在电容上的积分电压，所以要求探测器输出电 荷或电压信号。如果既要作时间测量，又要作能 量测量，则应要求探测器既输出电流信号又输出 电荷信号。
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。
核电子学复习
1、名词解释：核电子学：物理学、核科学与技术、电子科学与技术、计算机科学与技术等相结合而形成的一门交叉学科。
核辐射探测器：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
核仪器：是指用于核辐射产生或测量的一类仪器的统称。
能量-电荷转换系数：设辐射粒子在探测器中损失的能量为E，探测器产生的电子电荷数为N，则N/E称为探测器的能量-电荷转换系数θ。
θ=N/E能量线性：定义：是指探测器产生的离子对数平均值和所需消耗的粒子能量之间的线性程度。
探测器的稳定性：探测器中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。
核电子学电路的稳定性：核电子学电路中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。
信噪比：信号幅度与噪声均方根值之比冲击函数：系统函数：H(s)=Uo(s)/Ui(s)极点：系统函数中使分母为零的点零点：系统函数中使分子为零的点有源滤波器：将RC积分网络接在放大器的反馈回路里，就构成有源积分电路，或称为有源滤波器。
积分谱：改变阈电压U T，测量到相应的大于U T的脉冲数N(U T)，得到N(U T) - U T 分布曲线，得到的就是积分谱微分谱：从阈电压U Tn上的脉冲计数减去阈电压U Tn+1上的计数就可得到阈电压上间隔ΔU=U Tn-U Tn+1中的计数ΔN。
ΔN和U T的关系曲线，就是脉冲幅度分布曲线（微分谱）仪器谱：仪器实测得的能谱脉冲幅度分布谱：积分谱和微分谱道宽：Uw=Uu - U L > 0时间移动：输入脉冲的幅度和波形的变化引起定时电路输出脉冲定时时刻的移动时间晃动：系统的噪声和探测器信号的统计涨落引起的定时时刻的涨落时间漂移：元件老化、环境温度或电源电压变化（属于慢变化）引起的定时误差慢定时：μs量级的定时快定时：p s量级的定时（还有ns的说法）自然γ全谱：用仪器测得的，能量在及时keV-2.62MeV的自然γ仪器谱。
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。
核电子学总结
斜率噪声比：
T
vi'(tT ) vn
第五章
过零定时
基本原理及工 作过程
恒比定时
基本原理及 工作过程
第五章
幅度和上升时间补偿定时
工作原理及工作过程
第五章
符合
符合方法、符合电路
时间量变换方法
时间分析的作用、时间-幅度变换基本原理； 时间-数字变换基本原理
脉冲波形甄别
i(t) h(t)
1
t
e RC 1(t )
RC
H ( ) 1 1 j RC
H () j RC 1 j RC
第二章
前置放大器的作用
提高系统的信噪比 减少外界干扰的相对影响 合理布局，便于调节和使用 实现阻抗转换和匹配
前置放大器的分类
根据探测器输出信号成形方式的特点分类，前置 放大器可分为电压灵敏前置放大器，电荷灵敏前 置放大器和电流灵敏前置放大器。
)
信号幅度不变，上升时间变：
t LT
VT VM
(tM max
tM min )
信号幅度、上升时间同时变：
tL
VT
tM max Vi min
tM min Vi max
第五章
触发比与斜率噪声比
为了减小时间移动和时间晃动，信号触发定时电 路要有一个合适的触发比。触发比指的是，探测 器输出电流脉冲使时检电路触发时的输出电荷量 QT与电流脉冲总电荷量Q之比。也可表示为：
第二章
电荷灵敏前置放大器
变换增益
ACQ
VOM Q
输出噪声
前置放大器噪声常用能量半高宽FWHM来表示， 例如某电荷灵敏前置放大器的噪声特性可表示为 FWHM(Ge)=1keV+0.03keV/pF
《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。
第一章核电子学系统中的信号与噪声
13
闪烁探测器 的工作机制：
探测工作介质：闪烁体 物理机制：激发效应。
一阶非齐次 线性微分方程
电路问题又向数学问题转化。
29
dy ? P( x ) y ? Q( x ). dx
? y ? [ Q( x )e?P( x )dx dx ? C]e? ?P( x )dx
dVa (t ) ? Va (t ) ? ia (t )
dt
RoCo Co
??
Va(t) ? ? ?
ia
前置放大器
多道或单道 高压
闪烁体
光电子 光阴极
阳极
管座
暗盒
闪烁探测器 的工作机制
15
闪烁体探测器的工作原理具体分析：
输出电流
i (t ) =
Qe
t τ0
τ0
i(t)
Q
τ0
Qe- t/τ0
τ0
Q-阳极收集总电荷
τ 0 闪烁体发光衰减时间
t
16
三种探测器输出信号特点小结 :
1、核辐射探测器输出都可以等效为 电流源; 2、电流源在电容上积分得到电压信号;电压幅度 正比于粒子或射线能量，可做射线能量测量； 3、电流脉冲有一定的形状，可用于时间分析 ； （略，探测课老师介绍）
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?
R0C0 ? ? ?? 离子对和电子空穴对收集时间T+
在t < T+时间内
核电子学市公开课获奖教案省名师优质课赛课一等奖教案
核电子学教案一、教案概述核电子学是现代科学中的一个重要分支，研究原子核和电子的相互作用以及它们在物质中的行为。
本教案旨在通过一系列教学活动，帮助学生深入了解核电子学的基本理论和应用，并能够运用所学知识解决相关问题。
二、教学目标1. 了解核电子学的基本概念、原理和发展历程；2. 掌握核电子学实验中常用的仪器设备、实验方法和数据处理技巧；3. 能够运用核电子学的知识分析和解释实际生活中的现象和问题；4. 培养学生的实验操作能力、科学思维能力和团队合作精神。
三、教学内容1. 核电子学基础知识1.1 原子核的结构和性质1.2 电子的性质和运动规律1.3 粒子的辐射和相互作用2. 核电子学实验2.1 测量射线的探测器：电离室、闪烁体、半导体探测器等；2.2 测量射线的衰变规律和能量谱；2.3 测量射线的相互作用：散射、吸收和衰减等；2.4 测量射线的应用：核能、医学和材料科学等领域。
3. 核电子学的应用3.1 核能的利用与开发：核能发电、核聚变研究等；3.2 核医学的应用：放射性示踪、放射治疗等；3.3 核材料科学的研究：辐照损伤、辐照效应等。
四、教学方法1. 讲授法：通过示意图、实验装置模型等辅助工具，对核电子学的基本原理进行讲解；2. 实验探究法：引导学生进行核电子学实验，对实验现象进行观察和分析；3. 讨论法：组织学生进行小组讨论，共同探讨核电子学的应用领域和未来发展方向；4. 案例分析法：引导学生分析和解决实际生活中的问题，运用核电子学的知识进行推理和判断。
1. 学生日常表现：包括课堂参与、作业完成情况等；2. 实验报告：对学生进行实验操作能力和数据处理能力的评估；3. 期末考试：综合考核学生对核电子学知识和应用的掌握程度；4. 课堂讨论和小组竞赛：评估学生的团队合作能力和创新思维能力。
六、教学资源1. 教学课件：包括核电子学基础知识的讲解、实验操作流程和案例分析等；2. 实验装置模型：用于讲解和展示核电子学实验装置的结构和工作原理；3. 参考书目：提供给学生进行进一步参考和深入学习的教材和参考书。
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
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1.探测原理 2.特点 3.闪烁体 4.光电倍增管 5.闪烁计数器性能
常用核探测器——闪烁计数器
闪烁计数器
1.探测原理
利用射线引起闪烁体的发光而进行记录的辐射探测器 。 1947年由J.W. 科尔特曼和 H.P.卡尔曼所发明 。它由 闪烁体、光电倍增管(见光电管)和电子仪器等单元组成。 射线同闪烁体相互作用，使其中的原子、分子电离或激
应用范围： 石油测井、地质勘探、 核医学、环境 监测、高能物理等领域。
常用核探测器——闪烁计数器
3.闪烁体—物理性能
常用核探测器——闪烁计数器
3.闪烁体—光谱特性
常用核探测器——闪烁计数器
3.闪烁体
常用核探测器——闪烁计数器
闪烁计数器
4.光电倍增管
今天我们使用的光电器件中，光电倍增管（PMT）是一种具有极高 灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示， 在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极 和电子收集极（阳极）的器件。 当光照射光阴极，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦 极电场进入倍增系统，通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后 的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见 和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的 噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。
常用核探测器——闪烁计数器
外部电路
光电倍增管的输出电流流入阻容电路。电 阻为PMT的负载电阻和放大电路的的输入 阻抗的并联，电容为PMT的分布电容和输 入电容的并联。
常用核探测器——闪烁计数器
电信号的形状决定于PMT输出电荷的衰减常数t1 （即，输入光信号的衰减）和放大电路阻容时间 常数t2。
气体探测器
气体探测器
气体探测器的特点： 探测器的灵敏体积大小和形状几乎不受 限制；
没有辐射损伤或极易恢复；
经济可靠。
气体探测器
气体探测器
气体探测器的工 作电压
气体探测器
气体探测器
电离室
气体探测器
气体探测器
电离室 脉冲电离室：记录单个 辐射粒子，主要用于测 量重带电粒子的能量和 强度。 电流电离室：记录大量 粒子平均效应，主要用 于测量X, g, b 和中子的 强度或通量。
常用核探测器——闪烁计数器
光电倍增管
常用核探测器——闪烁计数器
光电倍增管
常用核探测器——闪烁计数器
4.光电倍增管—光电倍增管的光谱响应
常用核探测器——闪烁计数器
4.光电倍增管
光电倍增管的参数
辐照灵敏度：
• 标准频率和功率的光照射，电信号的输出强度和入射 光强度之比。辐照灵敏度定义为安培／流明
阴极暗电流：在没有光入射的情况下，仍有电流输 出。
• 热电子发射，因此应让光电倍增管工作在较低的温度下 • 残余气体电离：电子电离管内的残余气体，电离出的正离 子会打击在打拿极上产生了新的电子，电子随后被打拿极 放大产生信号，这种噪音出现在正常信号的尾端。 • 玻璃闪烁：环境射线或玻璃内射线，引起的非正常的电信 号输出。 • 漏电流：光电倍增管内结构材料绝缘或表面的电流 • 场发射：工作电压过高时，产生的尖端放电电子引起。
-U0
U 0 rc (r ) ln r ra
rc
A Ne / C
常用核探测器——闪烁计数器
3.闪烁体
NaI(Tl)主要性能： 密度：3.67 g/cm3 熔点：651℃ 莫氏硬度：2.1 热膨胀系数：47.4 x 10-6 K-1 解理面：(100) 最大发射波长处折射率：1.85 最大发射波长：415 nm 衰减常数：250 ns 光产额：38 x 103 Photons / MeV γ
电流放大：
• 相同光强照射下阴极电流和阳极电流之比，这个比值 在光电倍增管工作时保持稳定。
常用核探测器——闪烁计数器
量子效应：
• 产生的光电子数和入射的光子数之比，和辐照 灵敏度直接相关。
光谱效应：
• 辐照灵敏度随光频率的变化而产生的变化，因 此光电倍增管具有仅对某些波段的光灵敏特性
常用核探测器——闪烁计数器
因此需要根据实际需要选择反射方法和组合反方法。
常用核探测器——闪烁计数器
接受均匀性
• 粒子穿过闪烁体的不同位置会造成光传播到光 探测器的衰减不同，波形有变化，因此对作为 量能器的闪烁体探测器，需要进行特殊的设计 使光接收度趋向均匀。 • 闪烁体和探测器的耦合可以使用光导，光导的 使用会进一步弱化所收集的光子。
• 当t2很大时，电荷释放很慢，PMT电荷逐渐积累， PMT的输出电压信号从零逐渐增长至最大值。
• 当t1很大时，电荷得不到积累就被释放掉，因此PMT 的电压信号幅值很小，而且时间宽度窄。
因此PMT的放大电路需要接合实际的需要和闪烁 体的特征参数来设计。
常用核探测器——闪烁计数器
5.闪烁计数器性能
-U0 d z 阳极 ++++++++ - - - - - - - 阴极
0
气体探测器
气体探测器
脉冲波形
0 t
Nez U (t ) Cd
-Nez/Cd -Ne/C -U
Ne Ee U (t ) C Cw
气体探测器
气体探测器
正比计数器：脉冲幅度正比于入射粒子能量。 电场强度： 脉冲电压：
常用核探测器——闪烁计数器
时间特性：
• 脉冲上升时间：电脉冲信号从辐度的10％上升 到90％的时间，约1～30ns。 • 渡越时间：从光进入光电倍增管到电信号输出 的时间，约6～50ns。
• 渡越时间涨落：渡越时间的分布的半宽度， 0.1ns～1ns。
常用核探测器——闪烁计数器
高压极性：
• 多数高压倍增管，将阳极接地而阴极工作在负高压， 负高压容易和处在地电位的磁屏蔽之间发生放电而引 起噪音。可在两者之间增设一层和阴极同电位的电极 层，将放电排除在真空管以外 • 可以使阴极处于地电位，而阳极处在正高压。但是在 阳极到前端电子学电路之间串接耐高压电容隔直。使 最初的打拿极不会发生放电。
常用核探测器——闪烁计数器
PET用探测器模块
气体探测器
气体探测器
电离室
正比计数器
多丝正比室
G-M计数管
气体探测器
气体探测器
气体探测器
气体探测器
核辐射引起的气体电离 初级电离：入射粒子与气体分子或原子直接 碰撞而导致的气体电离； 次级电离：直接电离所产生的电子或紫外光 及X射线而导致的气体电离。 复合过程：正离子和电子或负离子复合成中 性粒子的过程。
《常用核电子技术 》
Nuclear Electronics
物理工程学院—赵书俊
第一部分：探测器、信号、噪声和分析方法 常用核探测器 核探测器的信号 信号和噪声分析方法 核电子学噪声 核探测器的高压电源
常用核探测器
常用核探测器
一般将探测器分为两大类，一是“径迹型”探测 器，如照像乳胶、云室、气泡室、火花室、电介 质粒子探测器和光色探测器等，它们主要用于高 能粒子物理研究领域。二是“信号型”探测器， 包括电离计数器，正比计数器，盖革计数管，闪 烁计数器，半导体计数器和契伦科夫计数器等。 闪烁计数器 气体探测器，丝室 半导体探测器
发，被激发的原子、分子退激时发出微弱荧光，荧光被
收集到光电倍增管，倍增的电子流形成电压脉冲，由电 子仪器放大分析和记录 。
常用核探测器——闪烁计数器
闪烁计数器
常用核探测器——闪烁计数器
常用核探测器——闪烁计数器
常用核探测器——闪烁计数器
闪烁计数器
2.探测器特点
闪烁计数器的优点是效率高，有很好的时间分辨率和空间
应用范围： 石油测井、地质勘探、 核医学、环境监测、 高能物理等领域。
常用核探测器——闪烁计数器
3.闪烁体
BGO晶体： BGO是Bi2O3-GeO2系化合物的总称 锗酸铋的缩写，目前又往往特指其中的一 种化合物Bi4Ge3O12。这种BGO是一种 闪烁晶体，无色透明。当一定能量的电子、 γ射线或重带电粒子进入BGO时，它能发 出蓝绿色的荧光，记录荧光的强度和位置， 就能计算出入射电子、γ射线等的能量和 位置。这就是BGO的“眼睛”作用，即可 用作高能粒子的“探测器”。
常用核探测器——闪烁计数器
光衰减长度
• 光子在闪烁体中传播按指数规律衰减，除了对 吸收光谱中光子的吸收外，闪烁体的衰减常数 是闪烁体的一个重要参数。
• 在实际的闪烁体中，闪烁体的边界反射会助长 这种衰减。
常用核探测器——闪烁计数器
探测效率
• 闪烁探测器对带电粒子的探测效率很高，此处 多指对Gamma光子的探测效率。
常用核探测器——闪烁计数器
磁场效应：
• 磁场的存在会影响电子的移动轨迹，而使部分 电子不能被下一级的打拿极接收到，从而降低 了放大倍数。 • 光电倍增管多放置在磁场屏蔽套中，减小磁场 的影响。
常用核探测器——闪烁计数器
线性和饱和：
• 入射光超过一定数值时，光阴极的光电转换达 到饱和。 • 高压过高，放大倍数大造成后几级打拿极之间 的漂移电荷影响了电场分布从而造成电子增益 缩小。