核电子学 Nuclear Electronics
2021核探测技术与核电子学-核探测技术与核电子学(精选试题)
核探测技术与核电子学-核探测技术与核电子学1、核辐射探测的主要内容有哪些？2、辐射探测器3、常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？4、闪烁计数器由哪几个部分组成？5、核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？6、按不同的分类标准，闪烁体分为哪几类？7、对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？8、对于分辨率分别为8%和13%的NaI（Tl）晶体，哪个晶体的能量分辨能力高？9、用好的NaI（Tl）晶体和光电倍增管，能量分辨率可达多大？10、量分辨能力与射线能量有何关系？11、探测效率12、常用的闪烁体有哪些？13、为什么NaI（Tl）探测器具有很高的探测效率？14、与NaI（Tl）探测效率有关的因素有哪些？15、使用NaI闪烁体有哪些注意事项？16、NaI(Tl)中含有少量的铊，铊起什么作用？使用时要注意什么？17、当NaI（Tl）晶体用来探测低能量X射线时，对晶体的封装有何要求？为什么？18、ZnS（Ag）闪烁体有哪些优缺点？19、CsI（Tl）闪烁体有哪些优缺点？20、简述对液体闪烁体的了解？21、简述光电倍增管及微通道板的作用。
二者有何特点、区别？22、简述光电倍增管的工作原理。
23、闪烁计数器由哪几部分组成？24、在闪烁计数器中，什么是光导？当光电倍增管与闪烁体不能直接接触时，怎么办？25、测量α射线采样哪种闪烁体？需要注意什么？26、测量β射线采样哪种闪烁体？需要注意什么？27、测量γ射线采样哪种闪烁体？28、光电倍增管各倍增极上的电压可以通过分压电阻得到，对分压电阻有何要求？为什么？29、影响闪烁计数器稳定性的主要因素有哪些？30、何为闪烁计数器的“坪”曲线？31、为什么要利用闪烁计数器的“坪”曲线？32、使用闪烁计数器有哪些注意事项？33、气体探测器有哪几种？34、电离室有哪两种类型？分别解释之。
35、在电离室中，造成谱线展宽最基本的因素是什么？能量分辨力由什么决定？36、气体放大现象37、与电离室相比，正比计数器有哪些优点？38、正比计数器可根据不同的探测对象充气，如探测热中子、探测快中子、探测X射线分别充什么气体？39、G-M计数器探测射线具有哪些优、缺点？40、使用G-M计数管有哪些注意事项？41、半导体探测器与气体电离室有何主要区别？42、列举几种半导体探测器。
核子料位计的研究
射线的能量分辨率好于 ８．５ ，配合射极跟随 能 由 高 速 ＣＭＯＳ 门 电路 芯 片 ＭＣ１４０１１和
器形 式 的电压灵 敏前 置 放 大 电路 将射 线 能量 的 ＭＣ１４Ｏ０１构成的反符合逻辑单元来 实现，只对
变化转化 为与 之 匹配 的脉 冲 幅度 的变化 。主要 上下 甄别 阈值 之 间 的信 号 进行 采 集 。 电路 原理
１ 基本原理
２ 系统实现
核子料位计的基本原理是高能 射线束垂 直通过 吸收屏 （吸收物质）时 ， 射线与物质发 生相互作用构成了衰减 。它的衰减服从指数规 律 ，可用 如下 函数 表示 ：
ｌ — ｌ ｅ＿Ｉｐｐｄ
典型的核子料位计 主要 由三部 分组成 ：放 射源、探头和主机 。其系统平台框图如图 １所 示 ，放 射 源 采 用 Ｃｓ源 ；探 头 由 ＮａＩ（ＴＩ）晶体 和前 置放 大 电路 组成 ；主机 由滤波 成形 电路 （主 放）、幅度甄 别 电路 、反 符 合 电路 、计 数 电路 ，单 片机 以及必 要 的辅 助 电路 组成 。
关键词 ： 射线 ；核子料位计 ；反符合 中图分 类号 ： ＴＬ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： Ｏ２５８一Ｏ９３４（ 射 线 与 物 质 相 互 作 用 时，射线强度 的衰减遵循指数规律来测量料位 的一种仪器。由于其非 接触 测量方式、反应速 度快、稳定性高等优点 ，特别在高温 、高压、强腐 蚀 性 等环 境 比较 恶 劣 的情况 下 ，可满 足工 矿 企 业在线料位测量要求 ，核子料 位计在 电力 、化 工 、冶金等工业领域应用十分广 泛。本文介绍 一 种 改进 型 的 核子 料 位 计具 有 测 量灵 敏 度 高 、 测 量精度 和稳 定性 好等 特 点 。它能 与其它 各种 工业 自动化仪表 和微机组合使用 ，实现生产过 程 的 自动 化 。
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
反应堆堆芯积存量算法比较
第40卷第2期 2020年3月核电子学与探测技术Nuclear Electronics Detection TechnologyVol. 40 No. 2Mar. 2020反应堆堆芯积存量算法比较陈海英，侯秦脉，马帅>，陈妍，郑洁(环境保护部核与辐射安全中心，北京100082)摘要：对压水反应堆分别采用反应堆平衡循环寿期末和燃耗包络两种计算方法计算堆芯积存量，对 比结果的差异。
结果表明：各种核素受计算方法的影响程度不同，S3m K r、135X e和l38C s等10余个核素受影响较大，燃耗包络法计算结果更为保守，其余核素受影响较小。
核素放射性活度随着反应堆运行时间的增长可分为核素活度逐渐增加、核素活度先增大后趋于稳定、核素活度逐渐减小和核素活度先增大后减小等不同的变化规律。
关键词：堆芯积存量；计算方法；燃耗；放射性核素；SCALE中图分类号：TL7 文献标志码： A 文章编号：0258 — 0934(2020)2 — 0293 — 05反应堆堆芯积存量是核电厂安全分析报告 的重要审评内容之一[1’2]。
作为核电厂放射性源项的源头，堆芯积存量的时效性和准确性直接影响反应堆屏蔽设计、反应堆一回路冷却剂 放射性活度计算、厂房等区域气载放射性活度计算以及事故源项与后果分析，因此开展堆芯 积存量计算分析研究是十分必要的[37]。
反应 堆堆芯积存量采用SCA LE6. 1程序包中的ORIGEN-S和 ORIGEN-ARP程序计算。
ORIGEN-S是点燃耗及放射性衰变程序，主要 用于计算放射性核素的积累、衰变及各种处理 过程后的核素组分变化，包含了 1700多种核 *收稿日期：2018-.08 -15基金项目：重大专项C A P1400安全审评关键技术研究（2013ZX06002001)。
作者简介：陈海英（1984—），女，山东潍坊人，高级工程师，从事辐射防护与环境保护研究。
*通讯作者：马帅，男，工程师，Em ail: mashuai @ chinansc. cn…素[8]。
核电厂新型放射性气体监测系统构建
第40卷第4期 2020年7月核电子学与探测技术Nuclear Electronics &Detection TechnologyVol. 40 No. 4Jul.2020核电厂新型放射性气体监测系统构建刘巍，陈祥磊，施礼，沈明明，徐卫峰，代传波，刘海峰(武汉第二船舶研究设计所，武汉430064)摘要：为加强核电厂大气环境中放射性气体的监测，构建了一套配置P灵敏闪烁体探测器的新型放射性气体监测系统。
该系统可对核电厂大气环境中的放射性气体活度浓度进行实时在线监测，可及时 发现放射性排出流含量超标的气体。
测试结果表明：该系统的测量结果的变异系数为2. 44%;测量结 果与标称值的偏差不大于5%;探测装置探测效率为7.64%。
关键词：卩灵敏闪烁体探测器；放射性气体；核电厂保护中图分类号：TL75 +1，TL99 文献标志码：A文章编号：0258 —0934(2020)4 —0585 —04核电厂反应堆堆芯的燃料元件在正常运行 或破损时都不可避免有少量放射性裂变产物从 燃料元件的裂缝中渗透到一回路冷却剂中。
当一回路发生泄漏时，这些放射性的裂变产物就会通过各种相关的工艺途径进人大气环境中形 成放射性气态分布，而这种放射性气体会对工作人员造成严重的辐射伤害，具有较大的危害性。
使用探测装置对核电厂内部大气环境中 的放射性气体活度浓度进行实时在线监测，可 及时发现放射性排出流含量超标的气体，以便 采取安全应对措施，对于保护核电厂工作人员及周围居民身体健康，保护核电厂周边环境和保证核电厂安全运行均具有重要意义。
本文阐述了一种基于空气取样的核电厂新 型放射性气体监测技术。
该监测系统采用(3灵 敏闪烁体探测器，其外部采用铅作为屏蔽材料，有效屏蔽了环境辐射的干扰，采用高性能耦合收稿日期：2018 —12—10作者简介：刘巍（1986 —），男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事辐射防护及核技术应用研究。
光导和光电倍增管，并通过高精度滤波前置放大电路.能实时精确测量取样空间中的惰性气体活度浓度。
核电子学与核仪器
1．说明：核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。
是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观看和研究的传感器件﹑装置或材料。
2．核辐射探测的要紧内容有哪些？辐射探测的要紧内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确信射线的能量等。
应用要求不同，探测的内容可能不同，利用的辐射探测器也可能不同。
3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。
②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。
③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。
④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。
⑤利用射线对某些物质的核反映、或彼此碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。
⑥利用其他原理做成的辐射探测器。
4．闪烁计数器由哪几个部份组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。
5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？入射射线强时，单位时刻内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情形即可测知射线的强度与能量。
6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？①闪烁体应该有较大的阻止本领，如此才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。
为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是适合的。
②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。
③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，如此，闪烁体射出的光子能够大部份(或全数)穿过闪烁体,抵达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。
④闪烁体的发光时刻应该尽可能短。
闪烁体的发光时刻越短，它的时刻分辨能力也就越强，在必然时刻距离内，能够观测的现象也就更多，能够幸免信号的重叠。
《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。
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。
核电子学预备知识
核电子学预备知识核电子学是研究射线与物质相互作用的学科，它的基础涉及到电磁场、原子物理和量子力学等多个领域。
在深入学习核电子学之前，掌握一些预备知识可以更好地理解和应用核电子学的理论和方法。
1. 经典力学和电磁学经典力学和电磁学是核电子学的基础，它们是研究物理系统最基本的两个学科。
经典力学通过牛顿运动定律和哈密顿原理等来描述物体的运动状态；电磁学则研究电荷和电场之间的相互作用，以及电磁波的传播和辐射。
这两个学科的结合，构成了电动力学。
2. 原子物理原子物理是研究原子结构和原子现象的学科，它对于核电子学来说非常重要，因为射线与物质之间的相互作用存在着原子级别的过程。
原子物理涉及的主要内容包括玻尔模型、量子力学、电离和激发等。
3. 量子力学量子力学是描述微观世界的学科，它预测了微观物体的行为，在解释射线与物质相互作用的过程中也起到了很大的作用。
在核电子学中，量子力学理论被用于描述原子结构、共振和散射等现象。
4. 相对论物理相对论物理也被应用于核电子学中。
相对论物理研究了质量与能量的关系、时间和空间的相对性等，并预测了很多具有实际应用的效应，其中包括伽玛射线的康普顿散射和电子正电子对的产生等。
5. 概率论与统计物理学概率论和统计物理学是核电子学中必不可少的工具。
概率论是研究随机事件和随机变量的学科，它被广泛应用于描述射线与物质相互作用的非确定性。
统计物理学则是研究大量物体的统计行为以及宏观物理量的统计规律，它在核电子学中被应用于研究射线与物质的平均相互作用效应。
6. 计算机科学计算机科学已经成为了核电子学中非常重要的领域。
计算机科学的快速发展和计算机计算能力的提高使得蒙特卡罗模拟和分子动力学等计算方法的使用变得更加普遍。
这些方法允许我们模拟射线与物质相互作用的微观过程和预测射线在物质中的输运效应等。
在学习核电子学过程中，掌握这些预备知识是非常必要的。
这些预备知识构成了核电子学理论体系的基础，并且为后续的理论和应用研究提供了丰富的背景和概念。
《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。
快中子多重性测量模拟仿真平台设计与分析
第39卷第6期 2019年11月核电子学与探测技术Nuclear Electronics &Detection TechnologyVol. 39 No. 6Nov. 2019快中子多重性测量模拟仿真平台设计与分析苏祥华，侯素霞，张全虎，陈晨，侯林军(火箭军工程大学，西安710025)摘要:快中子多重性测量技术是一种重要的属性认证技术。
本文在研究基本理论的前提下，采用 蒙特卡罗（MC)方法，利用Geant4仿真工具箱和MCNPX对系统结构和探测过程进行模拟，利用M atlab 对快中子多重性分布进行求解，设计和开发了具有自动建模、中子输运、数据可视分析与仿真以及云平 台管理数据等多功能的快中子多重性模拟仿真平台。
利用该平台对快中子多重性进行了模拟计算和实 验研究，得到的快中子多重性分布与理论结果相吻合,仿真平台本身实现质量互检，仿真结果与实验结 果之间的偏差均小于±10%。
研究结果表明，该快中子多重性模拟仿真平台具有较强的适用性和可靠 性,可以应用于核材料的模拟测量中。
关键词:模拟仿真平台;快中子;模拟汁算;实验研究中图分类号：TL99 文献标志码：A文章编码：0258-0934(2019)6-0717-06快中子多重性测量（Fast Neutron Multiplicity Counting,FNMC)方法作为一种新的核材 料无损分析方法,通过快中子探测器阵列探测 样品发射的中子，由测量得到重数计数从而分 析被测样品中核材料的属性。
由于实验条件不 易获取，对粒子与探测器的作用及输运过程进 行模拟是一种行之有效的方式。
MCNP m、Geanti21和SuperMC等软件可以模拟解决一■些核领域中的复杂问题，目前受到较为广泛的应 用，但由于粒子作用机制复杂程度高涉及面广，使其在解决某些针对性较强的问题时显得不够 灵活方便，因此开发具备强针对性的系统也成 为研究核材料特性的迫切需要。
核电子学 绪论
放 射 源
现场测试数据-137Cs
A Complete Gamma-Spectrometer with Digital Signal Processing for NaI(Tl)
核电子学测量系统的要求
• 1、高的测量精度 高的测量精度 幅度分辨 时间分辨 波形分辨 计数率分辨 • 2、快的时间测量 快的时间测量 对各种时间量信息有高速响应和处理能力。 • 3、高的稳定性和可靠性 高的稳定性和可靠性
绪 论
一、学科的形成
随着原子核科学的发展, 随着原子核科学的发展,无论是对原子核内部特征和规律 的研究,或者是对原子核科学技术的应用, 的研究,或者是对原子核科学技术的应用,都需要对核辐射和 原子核所携带的信息进行测量和分析研究。通常， 原子核所携带的信息进行测量和分析研究。通常，人们采用 各种核辐射探测器来感受和传递核信息，并把它转换成电信 各种核辐射探测器来感受和传递核信息， 再用电子学方法来处理和研究这些信号， 号，再用电子学方法来处理和研究这些信号，进而获得粒子 的能量、电荷量、质量、时间和空间关系等各种性质， 的能量、电荷量、质量、时间和空间关系等各种性质，为探 讨其内在规律提供实验依据。 讨其内在规律提供实验依据。
核 电 子 学
潘小东 E-mail: pxd@
核电子学
教材：王芝英主编, 核电子技术原理》 教材：王芝英主编,《核电子技术原理》 ， 原子能出版社， 1989年 原子能出版社， 1989年，第一版 参考书： 王经瑾等编著， 核电子学》 参考书： 王经瑾等编著，《核电子学》，原 子能出版社，1984年 子能出版社，1984年，第一版
三、学科的基本研究对象
• 1、各种核辐射探测器及与之相应的电子线路和系统。 各种核辐射探测器及与之相应的电子线路和系统。 • 2、针对核信息的随机性、统计性或单次性等特点的 针对核信息的随机性、 各种精密的电子学测量技术。 各种精密的电子学测量技术。 • 3、各种大型核电子系统，用于在核科学技术和高能 各种大型核电子系统， 物理实验中实时获取并处理巨量核信息， 物理实验中实时获取并处理巨量核信息，并在实验 过程中不间断地对整个系统的运行进行检测和控制。 过程中不间断地对整个系统的运行进行检测和控制。 • 4、电子原材料、电子元件、器件和电子设备或系统 电子原材料、电子元件、 在核辐射、 在核辐射、核电磁场下的辐射效应和相应的抗辐射 加固技术。 加固技术。 • 5、核技术在工业、农业、军事、医学、生物研究等 核技术在工业、农业、军事、医学、 方面应用时所需的电子技术。 方面应用时所需的电子技术。
《核电子学与核探测方法》课程教学大纲
《核电子学与核探测方法》课程实验教学大纲
课程代码：MPHY1012
课程名称：核电子学与核探测方法
英文名称：Nuclear Electronics and Nuclear
experimental methods
实验室名称：放射医学实验室
课程学时：54实验学时：18
一、本课程实验教学目的与要求
1、学习、了解核辐射探测技术
2、掌握常用的核辐射测量方法；
3、了解核辐射探测器、核电子学仪器的原理
4、掌握常用的核辐射测量仪器的使用方法。
二、主要仪器设备及现有台套数
NaI闪烁计数器10套
HPGe γ 能谱仪1套
8路α、β能谱仪1套
低本底液体闪烁计数器1台
四、考核方式
1、实验报告：每次实验完成后写出实验报告。
2、考核方式：平时实验成绩（学习、操作、实验报告），作为《核电子学与和核探测方法》课程考核内容之一。
五、实验教材、参考书
1、教材：自编
2、参考书：
（1）《原子核物理实验方法》，复旦大学、清华大学、北京大学合编，原子能出版社。
（2）《核物理实验》，复旦大学、北京大学合编，原子能出版社。
《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。
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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
核电子学的特点
– 处理的对象是宽度从纳秒量级到微秒量级的电脉冲信号。 – 处理的电脉冲信号在时间上和幅度上是随机变化的、即非
Q
e 0
t /0
hQ C
RC>>0 et / RC 能谱测量
输出回路
对后续h ' 电 QC路eRCt0/（0 输出回路）的RC选<<择时0，间测取量决于物理参数的测量
核辐射探测器输出信号小结
• 电离辐射探测器都能产生相应的输出电流，持续 时间在纳秒到微秒，在电路分析中，可把它等效 为电流源；
核辐射探测与测量
核辐射探测与测量方法
核电子学
核辐射探测系统=核辐射探测器+核电子学仪器
核电子学系统
探测器
核电子学
核辐射现象（天然放射性）发现于1896年。 核电子学形成于20世纪50年代。
核电子学是在不断吸收其他科学技术特别是电子 学各分支技术成就中发展的，同时也作出了自己 的贡献。如核电子学中对脉冲幅度和时间间隔的 精密测量和甄别技术，对40年代雷达和电子计算 机的发展提供了有益的经验。在核电子学中还首 先发展了纳秒脉冲技术，并在多道脉冲幅度分析 技术基础上发展出高速模-数转换技术等。
X射线成像技术 地铁、机场等地的安全检查
X射线行李安检系统
医学影像学
核成像技术通过对射线的利用，探测物体的内部组成 和结构，获得物体的图像，而不必破坏该物体。
大型集装箱检测系统
检测用核技术用核物理方法测量地下的矿藏和工业规模 材料的厚度、密度、重量、成分以及测量界面等等。
工业在线测厚仪
• 核技术应用已渗透到我们当代生活的方方 面面，深化了农业的绿色革命，促进了工 业的技术改造，推动了环保事业的发展， 提高了人类征服疾病的能力。
• 核电子学基础（上、下） 周志成编著 原子能出 版社
• 模拟电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高 等教育出版社
• 数字电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高 等教育出版社
成绩
• 平时 40%（作业、出勤情况、实验情况等） • 期末 60%
• 不得无故缺课，违反者按学校教务处规定处理。
小结（重点）
几种时变非线性电路 习题课
脉冲幅度分析
脉冲幅度分析、时间分析
时间分析
时间分析 计数设备
多道分析器
核电子学中的标准、 典型核电子学系统介绍
总结
实验课
预备知识
信号处理
数据获取 数据处理
其他参考书：
• 核电子技术原理 王芝英 主编 原子能出版社 • 核电子学（上、下） 王经瑾等编著 清华大学核
电子学专业讲义 • 核电子学概要 唐兆荣等编译 原子能出版社
������ 放射 性
放射性
• 在人们发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳 定的，它们会自发地蜕变，变成另一种核素，同时 放出各种射线。这样的现象称为放射性衰变。
核素：AX
摘自杨福家《原子核物理》
放射性衰变的种类
• Uncharged radiation
– Electromagnetic radiation (photons/ X rays, γrays) – Neutrons (slow/fast, (ultra-)cold/hot)
用气体脉冲电离室对能量为1MeV的射线进行测量， 分析输出电压信号幅度的量级（设脉冲电离室的分 布电容为10pF）。
V ne E e 1MeV / 30eV *1.6*1019C 0.5mV
CC
10 pF
电离室
正比计 数管
闪烁探测器
半导体探 测器
法诺因子F
0.2
同左
1
Ge: 0.13
• Charged particulate radiation
– Fast electrons and positrons (e-/e+or βparticles) – Heavy charged particles (A≥1, protons, αparticles,
fission fragments)
– 计量测量仪表与安全防护 – 电子学的辐照损伤的研究
核电子学的研究对象和内容
• 核辐射探测器的输出信号
• 处理和分析核辐射探测器给出的电信号。用电子 学方法对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等 参量的获取、处理和分析，可以获得核辐射的能 量、电荷量、时间、空间等各种性质。
核电子学与普通的电子学到底有那些不同？
核电子学范畴
广义讲，泛指核科学领域的各种电子学方法： – 核辐射探测器电子学 • 核物理物理基本研究 – 粒子电子学 • 高能基本粒子的基础研究 – 加速器电子学 • 高频振荡、磁场稳定、参数控制 – 核反应堆
核心：对• 核自信动号控进制行、测电量子与模分拟析与的设电计子技术，即大量常用的对 核电辐子––射仪同核探器位医测 、素学器装应电的置用子信以仪仪号及表器作 与放计大算、机处相理配、合分的析实和验记测录 量所系采统用。的各种
辐射
• 辐射充满着整个空间
E.g. background radiation
Nobel Prize in Physics 2006 J. C. Mather and G. F. Smoot, USA
电磁波
核（电离）辐射
• 电离辐射：10 eV -10 MeV • 主要来源于原子核或核外电子的某些过程
核电子学系统的组成
• 探测器输出脉冲幅度在mV-V之间，对于小 的信号需要放大，是否选择放大器与所使 用的探测器有关
• 探测器输出脉冲波形与输出回路的时间常 数有关，对于不同实验目的的实验测量系 统，如能量测量、计数测量或时间测量， 电子学插件的选用也不同
典型的核电子学系统
探测器
高压电源
核电子学系统
核电子学 Nuclear Electronics
在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来的电子学与核科学间的一门交叉学 科。核电子学形成于20世纪50年代。其内容包括：核科学、高能物理和核技术中有关 核辐射和粒子探测的电子技术；核爆炸和外层空间的辐射对电子系统的效应和抗辐射 的加固技术；核技术应用中所需的核电子技术。核辐射现象（天然放射性）发现于 1896年。1926年H盖革等发明了能探测单次辐射的GM计数管，使核物理实验得到了电 子技术的支持，从而促成了核物理学和高能物理学上一系列重要的发现。1931年卢瑟 福实验室制成包括放大器、甄别器、计数器和电源的成套电子仪器，是核物理实验中 早期的有力工具。第二次世界大战开始后，围绕核武器的研制，核电子学得到更大发 展，逐渐形成了一门学科。1949年，R.L.霍夫斯塔特发明了闪烁计数器，推动了核γ谱 学和相应测量仪器γ谱仪的发展。50年代中、后期，高能加速器出现，物理学家开始寻 找新的基本粒子。60年代中期，核电子仪器的晶体管化几乎已全部实现。1968年和 1970年，卡尔帕克先后发明了多丝室和漂移室探射器，它们的信号丝数可达数万。因 此要求有快、准、稳的电子读出电路。这种由大型快速电子电路计算机组成的系统在 70年代中出现大规模集成电路等器件后才得以实现。这种全电子式探测器在高能物理
核辐射
• 也称为电离辐射、射线，泛指原子或原子核的某些 过程（如核衰变或核裂变等）放出的粒子，或由加 速器加速的离子或核反应产生的各种粒子，包括 （4He2+）、3He、p、d、t等重带电粒子，重离子和 裂变碎片，e+、e-（射线）等轻带电粒子，X、射 线，中子等。
• 包括：高能电磁波：X、γ射线； 粒子：带电粒子、中性粒子等。
平均电离能W 探33 e测V 器可同等左效为一个电30流0eV源，
Байду номын сангаас
Si: 0.12 3eV
电流脉冲中包（不含同的气体时间特性和（第电一打荷拿信极上息接与收到探一测个光器种类有关
20-40eV之间
电子所损耗的入射粒子的能量
）
）
倍增系数A
1
102-104
~105
1
1MeV能量所产 3×104 电子 ~107电 生的电荷对数 离子对 子离子