闪烁探测器冲激能谱研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xingke198621
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电子技术和计算机技术的发展推动了核辐射探测器的发展。如今,基于模拟技术的能谱仪正快速地被数字能谱仪取代,数字信号处理技术在核信号处理方面应用的研究也取得了很多成果,更加推动了数字化能谱仪的发展。数字能谱仪使用数字滤波成形算法代替模拟能谱仪中复杂的滤波成形电路,提高了系统的稳定性和灵活性。如今,数字脉冲处理技术成为能谱测量系统中关键技术,数字脉冲成形算法在提高能谱的计数率和能量分辨率上有很大帮助,是数字化能谱仪的主要研究方向之一。γ射线的测量是核辐射探测的一个重要方面,在核物理研究、放射性分析以及医疗、工农业等应用中也经常需要对γ射线进行测量,闪烁探测器是探测γ射线最常用的探测器之一,探索和改进新算法在闪烁探测器γ能谱中的应用有很大意义。脉冲幅度分析是辐射测量中的常用方法之一,探测器通过统计不同幅度脉冲的计数可以绘制成能谱,能谱可以反映所测核素的活度、含量等信息。由于脉冲的随机性以及其指数衰减的特性,脉冲存在堆积的可能,使能谱的能量分辨率降低,堆积分离和堆积判弃可以降低脉冲堆积的影响。常用的数字脉冲成形算法有高斯成形、梯形成形(三角成形),也有通过构造函数实现其他形状的成形算法,这些算法在滤波、堆积分离等方面各有优劣。冲激成形算法在理论上有更窄的成形宽度,理论上有更强的抗堆积能力。已有的研究都将冲激成形算法用于快成形通道以判断脉冲到达时间或者获取更准确的计数。本文推导了冲激成形算法,通过仿真分析了冲激成形在滤波、堆积分离上的性能,研究了该算法受采样周期等因素的影响和使用冲激成形算法进行幅度分析的方法。设计了一套基于千兆以太网的实时脉冲采集系统,实现了20MHz采样频率下16位数据的实时传输,基于实际脉冲信号对冲激成形算法进行了进一步研究。鉴于仿真使用的脉冲的数学模型与真实信号的波形存在差异,使得冲激成形脉冲产生了一定宽度,冲激成形算法不能使用成形脉冲提取脉冲幅度,研究了实际信号冲激成形脉冲的幅度分析方法,并利用该方法对所采集信号进行了脉冲幅度的统计,成功得到137Cs的γ能谱。使用137Cs和闪烁探测器以及实时脉冲采集系统在不同条件下采集了实时脉冲信号,基于冲激成形算法和梯形成形算法分别统计了能谱。实验结果显示,基于冲激成形算法的137Cs能谱在662ke V处的能量分辨率可以达到6.93%,同样的实测数据使用梯形成形算法处理时,137Cs能谱在662ke V处的能量分辨率可以达到6.61%,两者差距不大。冲激成形脉冲有更强的抗堆积能力,降低了堆积连续区的计数,提高了全能峰计数。因此论文所研究冲激成形算法可以用于能谱的测量,并且有助于降低堆积脉冲对能谱的影响以及提高计数率。
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