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。

3、核电子学的应用领域主要包括哪些方面？

核电子可应用于核与粒子物理基本研究、核辐射探测器电子学、核反应堆电子学、加速器电子学、同位素应用仪表、核医学电子仪器以及剂量测量仪器等。

第二章核辐射探测器及其输出信号

1、简述核电子学的基本测量过程。

最基本的测量过程如下：

2、简述核辐射探测器输出信号特点。

核电子学信号的特点是随机性（时间、幅度）、信号弱，但跨度大（μV~几十伏）、速度快。

3、简述核辐射探测器的主要类型及其工作原理。

一、气体探测器

它根据带电粒子通过气体时，引起气体的电离来探测辐射粒子。早期这种探测器曾得到广泛应用，它的优点是制备简单，性能可靠，成本低廉，使用方便，因而目前仍在应用。随着探测器技术不断发展，在高能物理和重粒子物理实验中这种探测器已获得新的应用。

二、闪烁探测器

它根据射线与物质相互作用产生的荧光现象来探测射线粒子。它比气体探测器探测效率高得多，从而被广泛使用，在不少仪器中闪烁探测器已取代了气体探测器。

三、半导体探测器

这是二十世纪六十年代以来迅速发展起来的一种新型探测器。主要优点是：能量分辨率高。线型范围广，体积小。是近年来发展极为迅速的一种核辐射探测器件。

4、核辐射探测器的基本性能指标包括哪些？

探测效率；灵敏度；灵敏度；输出信号幅度和波形；能量分辨率；线性响应；稳定性

5、画出脉冲电离室、半导体探测器、闪烁探测器的等效电路。

pp14-17

第三章核电子学电路基础

1、画出矩形脉冲电压作用下RC电路的脉冲响应曲线。

2、简述微分电路与耦合电路的区别。

3、画出电流脉冲作用于RC并联电路的输出电压波形。

4、说明电容负载对微分电路输出的影响。

5、说明输入脉冲边沿对微分电路输出的影响。

第四章核电子学中的噪声习题

1、根据核探测器输出信号的特点，说明核电子学与一般电子学的区别。

2、核电子学中遇到的噪声主要有哪几类？产生的原因分别是什么？对于幅度分析和时间

分析，哪些噪声最重要？

3、信噪比的定义。

4、半导体探测器主要存在哪些噪声源？

5、闪烁探测器的噪声主要来源是什么？

6、为什么正比计数器在测量低能射线的能谱方面有独特的优点？

7、结型场效应管噪声来源有哪些？

8、表示系统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电

压，为什么？

9、设探测器反向电流I D=10-8A,后级电路频宽为1MHz，计算散粒噪声相应的均方值和相对

于I D的比值；

10、计算常温下(T=300K) 5MΩ电阻上相应的均方根噪声电压（频宽设为1MHz）。

解：

11、求矩形脉冲通过低通滤波器，RC=T,RC=5T,RC=T/5的输出波形及频谱。

12、能谱测量系统的噪声为什么通常折合到前置放大器的输入端去考虑？“噪声线宽”与“等

效噪声能量”的关系如何？

噪声线宽FWHM NE=2.355ENE

13、下图是两个反馈放大器，若运放的开环增益A→∞，则两者的闭环电压放大倍数均为100，现假设A=1000，试计算它们的闭环放大倍数。

(1)

(2)

14、A为理想运放，A→∞，写出下列电路输出噪声2

v d的表达式。（假设电路中电阻、电容

o

无噪声）

(1)

(2) 同上

15、A 为理想运放，A →∞，考虑电阻R 1和R 2的热噪声，分别写出2n v d 、2

n i d 以及R 1、R 2噪

声对输出端噪声的贡献；又由于这四个噪声源在统计上是独立无关的，因此总的输出噪声

2o

v d 的均方值为这四个噪声均方值之和，请写出2

o v d 。

分别考虑电流、电压噪声、电阻热噪声的贡献，应用叠加原理；虚断、虚短分析。