第3章 核电子学中的噪声

第三章核电子学中的噪声

在信号的产生、传输和测量过程中，噪声会迭加于有用信号上，从而降低测量精确度。例如能谱测量时，噪声使系统的能量分辨率下降。系统的噪声性能常用信号和噪声的比值（信噪比，即有用信号与噪声的比值)来表示。信噪比愈高，由噪声引起的测量误差愈小。一些电噪声是由电子器件本身产生的，另一些电噪声则来自外部因素，又称为干扰。常见的如：交流电网的工频(我国为50赫)干扰；电视和无线电广播干扰；大功率设备的电磁场干扰；直流电源的纹波干扰；仪器(或插件)之间及仪器内部接地不良而产生的干扰。此外，还有仪器振动引起的低频干扰，即颤噪声，如G e(L i)谱仪冷却系统中，液氮气泡振动探测器或引线而产生的颤噪声。

不同的噪声和干扰对测量的影响，可采用不同的办法来减小或消除[1]。各种测量系统，因仪器和环境条件不同，起主要作用的噪声源也各不相同。对于一般的能谱测量系统，只要电路上和工艺上采取适当措施，外部干扰通常可以减小到次要程度。因此，影响测量精度的主要因素往往是仪器内部器件的固有噪声。

电子器件的噪声通常由载流子的随机运动或载流子的数量涨落引起。例如导体或电阻中自由电子的不规则运动，电子管阴极的热电子发射；以及半导体内载流子的产生和复合过程等，都会引起电流或电压的波动，从而产生噪声。因此双极型晶体管、场效应晶体管、电子管、电阻和核辐射探测器等器件，它们在提供和传送有用信号的同时还会产生噪声。噪声属于随机过程，有关概念和分析方法已在第二章第三节中介绍，本章具体讨论核电子学中的主要噪声源。

第一节噪声的分类

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(又称1／f噪声)。对于幅度分析和时间分析，散粒噪声和热噪声最重要。

3.1.1 散粒噪声

大家知道，电流是由电子或其它载流子的流动形成的。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。

为了分析散粒噪声的统计特性，求出它的功率谱密度，我们以真空二极管：(电子管)为例。假设二极管工作在电流饱和区，即热阴极发射出来的电子全部被阳极收集，阴极附近无

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[1]清华大学工程物理系编著，射线仪器电子学，下册，29页，原子能出版社，1978年。

1）颤噪声——Microphonics

2）散粒噪声——Shot noise.

空间电荷，电子和电子之间的相互作用可以忽略。电子从阴极发射后在电场的作用下向阳极运动，在外电路中感应出电流脉冲i e (t)。如果电场分布均匀，电子作匀加速运动，则i e (t)具有直线上升的波形，如图3-1-l 所示。全部电子产生的电流脉冲叠加起来就是外电路输出的总电流，即

Ie(t-tk)是tk 时刻发射的电子产生的电流脉冲。tk 是随机分布的，在时间间隔△t 内出现的 脉冲数目有涨落，且服从泊松分布。

真空二极管总电流i(t)的波形如图3-1-2所示。它由直流分量I 和交流分量i s (t)组成：

i s (t)就是常说的散粒噪声，它的平均值为零；I 是二极管平均电流。显然I= n e ，e 为电 子电荷，n 每秒钟发射电子的平均数。(3.1.1)式可以认为是一个单位强度的随机冲击序

列i 1(t)=

()k k t t δ∞=-∞-∑通过冲击响应为h(t)=i e

(t)的线性系统后得到的输出电流。由(2.3.37b)式得到不计平均值时i 1(t)的单边功率谱密度，即s 1(ω)=

n π

。设ξ [i e (t)]= I 1(ω)=H(ω)代入(2.3.4 3)式得到散粒噪声电流i s (t)的功率谱密度 2()()/e e s n I ωωπ=

2

()()e e S n I ωω= (3.1.2)

由（2.3.23）式得自相关函数 ()()()e e e R n i t i t dt ωτ∞

-∞=+? (3.1.3) 2

220()()e s s e n P i n i t dt I d ωωπ∞∞

-∞===?? (3.1.4) i s (t)在1欧姆电阻上的平均功率s P 即其均方值 通常计数率n 很高，输出电流瞬时值是由大量

随机脉冲引起的，因此噪声电流在幅度域内按高斯

型概率分布。

根据器件的实际条件确定i e (t)和I e (ω)，代入上述各式即可求出散粒噪声电流的功率谱

密度、自相关函数和均方值。图3-1-1(a)中二极管极板间距为d ，设电子沿x 方向的瞬时分

速度为v x (t),从第一章的分析可得外电路电流

()()x e ev t i t d

= ( 3.1.5) 若阴极和阳极间电场均匀，则v x (t)随时间线性增长。忽略电子发射的初速时v x (t)=at ，a 为电子的加速度。令电子从阴极到阳极的渡越时间为t w 则d=

212w at 。那么对于t=0时发出的电子得到

22/, 0() (3.1.6)0 t<0w w e w et t t t i t t t ?≤≤?=?>??

或 ()e i t dt e ∞

-∞=? (3.1.7)

式中i e (t)是三角形脉冲如[图3-1-1（b ）]。

求出i e (t)的富氏变换I e (ω)，代入(3.1.2)式，并利用l= ne ,得到i s (t)的功率谱密度

244()[()2(1cos () sin )] (3.1.8a)

s w w w w w Ie s t t t t t ωωωπωωω=+--

平板形二极管的电流波形i(t)及其散粒噪声的功率谱密度s s (ω)画在图3-1-3(a)中。实际上，i(t)是由许多个i e (t)重迭起来的，图上没有表示出来。(3．1．8 a)式中，当ωw t >>1时，s s (ω)的值甚小；ωw t <

()s Ie s ωπ

≈ (3.1.8b) ()s S Ie ω≈ (3.1.8c)

此两式也可由(2.3.40)式直接得出。下面解释将上述噪声近似为白噪声的物理意义。设d=1mm ，V=10v ，可算出脉宽w t =1ns ，1w

t ≈1 000M H z 。一般测量仪器的通频带上限频 率h 1w t ω<<，因此上述近似条件ωw t <<1成立。在时间域里，h

1w t ω<<意味着脉宽w t 比仪器高频响应时间常数小得多，如此窄的脉冲，仪器当然就不能分辨了。因此,将i e (t)当成δ电流冲击，把(3.1.8a)式之非白噪声当作(3.1.8b)式之白噪声，在仪器输出端测得的结果相同。这样，i(t)就可以用随机电流冲击序列来近似，每个冲击的强度为e ，即

()()k

k i t e t t δ∞

=-∞≈

-∑ (3.1.9) 由(12.3.37 b)和(2.3.38)两式去掉直流分量后得到i s (t)的功率谱密度和自相关函数

2()s ne Ie s ωππ

≈= (3.1.10)

2()()()s R ne t Ie τδδτ≈= (3.1.11)

在d ω或df 内的噪声电流对总噪声电流平均功率的贡献为 2()2s s Ie di s d d Iedf ωωωπ=≈

= (3.1.12)

(3.1.12)式是分析散粒噪声时常用的公式。

总之，在通常情况下，散粒噪声电流在时域里可近似为随机分布的电流冲击序列，在频域里则可表示为自噪声，其功率谱密度由(3.1.10)式确定。必须说明，此公式对ω积分时如取积分限从0到∞，则算出的噪声电流均方值(平均功率)为无穷大，显然不符合实际情况。这是由于推导时假设了ωw t<

3.1.2 热噪声

热噪声是载流子作随机运动产生的一种噪声。1927年约翰首先在实验中观察到热噪声，l92 8年乃奎斯特进行了理论分析。因此热噪声也称为约翰逊噪声或乃奎斯特噪声。

处于绝对零度以上的任何导体或电阻，其中自由电子总在不停地作热运动(类似微粒的布朗运动)。由于电子不断地和周围的正离子碰撞，每个电子的速度都在频繁地、随机地变

化着。由此，外电路中的感应电流也将起伏变化，

热噪声电流就是这样形成的。它在电阻两端产生压

降就形成热噪声电压。

热噪声的功率谱密度一般可根据热力学原理推

导出来。下面我们分析热噪声在时域里的特性。利

用(3.1.5)式可以示意地画出一个热运动电子所产生

的电流波形i e(t)，如图3-1-4所示。电子碰撞时，速

度改变，i e(t)发生跳变；两次碰撞之间，速度不变，

速度，i e(t)维持常数。每个矩形脉冲的持续时间等于

两次碰撞相隔的时间。显然，脉冲幅度和宽度都是

随机分布的。总电流i(t)是每个电子电流i e(t)的迭加。

这就是热噪声电流在时间域里的图象。

10／s量级，即图3-1-4中i e(t)每一段的平实际上，导体中电子的平均碰撞次数高达14

10-s最级，因此，它们同散粒噪声一样可以用电流冲击近似。热噪声电均持续时间小至14

流在

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[1]J.B.Johnson，Phys.Rev.，32，107（1982）

[2]H.Nyquist，Phys.Rev.，32，110（1928）

1）热噪声——Thermal noise.

时间域里可表示为幅度和时间都是随机分布的双向电流冲击序列，其平均值等于零。不过，热噪声与散粒噪声相比，前者的平均计数率更高，冲击强度更小。按照(2.3.40)式，热噪声是白噪声，在非零频率的功率谱密度()T s ω等于常数。

参考资料[1]、[2]指出，在电子每秒钟的平均碰撞次数为n 时，可以算出热噪声电流的

功率谱密度和自相关函数

2

221()()1/T kT s R n ωπω=+ (3.1.13) ()n T nkT R e R ττ-=

(3.1.14)

其中：k ——玻耳兹曼常数，k=1．3 8×2310-W s ／K ，

T ——电阻的绝对温度(K)，

R ——电阻值(Ω)。 因n 远大予一般系统的频带范围，即n

ω<<1，上两公式可近似为 2()T kT s R

ωπ≈ (3.1.15) 2()()T kT R R

τδτ≈ (3.1.16)

在d ω或df 内的热噪声电流对总热噪声电流平均功率的贡献为

224()T T kT kT di s d d df R R

ωωωπ=≈

= (3.1.17) 若测量系统的上下限频率分别为h f 和L f ，则测得热噪声电流的均方值

24()T h L kT i f f R =-

设R=1M Ω,T=300K, h L f f -=1MHz,则算得热噪声电流的 ≈1.29?1010-A 。与散粒噪声的(3.1.12)式相比，当I=5．1 8×1 0-8A 时，所产生的散粒噪声电流均方根值与此相同。

总之，导体或电阻的热噪声电流有两种表示方法：在频域里可表示为白噪声，功率谱密度由(3.1.15)式确定；在时域里可近似为幅度和时间都是随机分布的双向电流冲击序列。

热噪声不仅存在于电阻中，而且也出现在其它电子器件中。例如，晶体管基区电阻'

b r ，(由基区半导体材料的体电阻构成)是晶体管热噪声的主要来源；对于结型场效应晶体管，多数载流子在导电沟道中作随机运动产生热噪声，，它是场效应管的主要噪声源。

3.1.3 低频噪声

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

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[1]J.J.Freeman ，Principles of Noise ，p.112，John Wiley &Sons ，Inc.New York ，1958.

[2]https://www.doczj.com/doc/288529731.html,thi ，An Introduction to Random Signals and Communication Theory ，p.448，Interna-

tional Textbook Co.，Scranton ，Pa.，1968

[3]C ·D ·特钦巴切尔和F ·C ·菲特钦著，龙忠琪译，低噪声电子设计，31页，国防工业出版社，1977

年。

1）闪变噪声——Flicker noise，过量噪声——Excess noise.

的功率密度一般随1／f γ而变化,γ通常近于l(因器件不同，γ大约在0．8—1．3内变动)，即()2F

F F A A s f

ωωπ==，F A 是由具体器件决定的常数。d ω内的低频噪声电压对总低频噪声平均功率的贡献为 2(ln )F

F F F A A dv d df A d f f ωω==

= (3.1.18) 设测量仪器通频带的上下限频率分别为k f 和L f ，则测得的均方值为

2(ln ln )ln h F F h L F L

f v A f f A f =-= (3.1.19) 由上式可知，每十倍频程内低频噪声的均方值相等。也就是说，在10—l00 H z 频段和0.01—0.1 Hz 频段内噪声的均方值相等。提高仪器通频带下限，可有效地抑制低频l ／f 噪声。 必须指出，1／f 噪声是普遍存在的，电子管、双极型晶体管、场效应管以及电阻等器件中都存在。半导体器件中，l ／f 噪声主要和材料的表面特性有关，制造时改善表面处理可降低l/f 噪声。在合成碳质电阻中，l/f 噪声比较大，因为这类电阻是由挤压在一起的碳粒组成的。当电流流过这样的不连续介质时就产生1/f 噪声。线绕电阻和薄膜电阻的l/f 噪声比较小。对1/f 噪声，至今尚缺乏合适的理论和解释。但是，噪声性能优良的器件，其l/f 噪声常常可以忽略。因此，对1/f 噪声只略作介绍，重点放在散粒噪声和热噪声。

下面小结散粒噪声和热噪声的特点:

散粒噪声是由载流子产生和消失的随机性引起的电流起伏，它体现了载流子数目的涨

落。例如，前面讨论过的真空二极管，管内电子密度小，碰撞次数少，电子在电场作用下积蓄起来的漂移速度比热运动平均速度大得多。因此阴极发射电子数的瞬时波动成为电流涨落的主要因素。一般散粒噪声有如下特点：(1)散粒噪声和电子(载流子)的热运动速度无关；(2)平均电流大，电子数涨落大，噪声电流也大。

热噪声是由载流子热运动引起的电流或电压涨落，通常：是在载流子大景存在的情况

下发生的。例如在电阻或导体中，碰撞使自由电子的速率和运动方向频频改变，即使在电阻两端加上电压，电子获得的漂移速度通常仍然比热运动平均速度小很多，热运动始终是电流涨落的主要原因。一般热噪声有如下特点：(1)热噪声和电阻或导体的温度有关，温度升高，

热运动加剧，噪声电流或电压增加；(2)热噪声电流与外加电压或流过电阻的平均电流无关。

散粒噪声和热噪声都起因于许多彼此独立的随机事件。在时间域里，它们都可以表示

为随机的脉冲序列；前者的脉冲宽度等于载流子的渡越时间，例如为毫微秒级；后者平均脉宽取决于载流子每秒碰撞次数的倒数，例如为微微秒级。在通常的条件下，都可近似为随机的冲击序列。它们具有共同的统计特性：都是平稳随机过程，功率谱密度近似为常数(白噪声)，通常脉冲宽度远大于脉冲的平均间隔，因此总噪声电压(或电流)是很多随机脉冲迭加的结果，在幅度域内服从高斯分布。

表3.1.1是噪声的分类和主要特性。

第二节 器件的噪声

核辐射测量仪器中很多器件如探测器、晶体管和电阻等都会成产生噪声。它们对于信号噪声比或测量精确度的影响是不同的，其中前置放大器第一级器件（包括探测器）产生的噪声，得到的放大倍数最大，影响最严重。因此，我们主要分析前置放大器第一级器件产生的噪声。

3.2.1 探测器的噪声

1. 半导体探测器的噪声

半导体探测器实质上是反向偏置的二极管，其中存在着三种噪声源。如图3-2-1所示，并联电阻R p 的热噪声d 2p i ,串联电阻R s 的热噪声d 2s i ，以及探测器漏电流I D 的散粒噪声d 2

D i 。R p 是耗尽层或补偿层的电阻。R s 为探测器非灵敏区的材料体电阻与引线电阻之和。d 2p i 、d 2s i 的计算同（3.1.17）式。对于面垒型探测器，R p 约为810—910 Ω，在低温下工作的P-I-N 探测器来说,P p 可达1012Ω或更高。通常R p 比前置放大器或探测器的偏置电阻大很多，因此，R p 及其热噪声可以忽略。串联电阻R s 的影响虽然比R p 大，但是，对性能优良的探测器来说R s 也可忽略。

半导体探测器的漏电流主要由三部分组成。一种是结周围产生的漏电流，如半导体表面吸附原子后形成的表面电荷会引起漏电流，这种电流产生显著的低频噪声。但是，通过表面纯化和采用保护环结构，这种噪声可大大降低。下面分析时我们忽略了它的影响。另一种是P 区和N 区少数载流子向结区扩散而形成的反向电流，第三种是结区内因热激发产生的电子-空穴对所造成的反向电流。后两种情况下，产生反向电流的载流子在越过结区时数目有涨落，故产生散粒，其功率谱密度近似为常数。由公式（3.1.12）知df 内的噪声电流对噪声平均功率的贡献为

22D D di I edf = (3.2.1)

I D 是探测器的反向漏电流。温度升高，I D 增加，噪声也随之增大。因此，低温运用可以减低探测器的噪声。在低温、高真空条件下Ge(Li)探测器的反向电流可降至910--1210

-A 。

结型探测器的反向电流大一些，例如金硅面垒型半导体探测器的反向电流可达1μA 。

从以上分析可知，对于性能良好的半导体探测器，主要的噪声源是漏电流的散粒噪声。 噪声等效电流源d 22D i 和探测器电容C D 并联，如图3-2-1(c)所示。

2． 闪烁探测器的噪声

闪烁探测器的噪声主要来源于光电倍增管的暗电流。在没有外来光源照射时，一般光电倍增管阳极输出的暗电流在710-—910-A ，具体数据与管子型号、工作电压以及温度等因素有关。工作电压低、温度低，暗电流就小。

暗电流的起因较多：主要是光阴极和前几个打拿极的热电子发射，其次是电极绝缘材料和管子表面的漏电，有时还有其它因素(光反馈、离子反馈和场致发射等)的影响。就热电子发射来说，光阴极(或前几个打拿极)每发射一个热电子，经倍增后在阳极回路里就产生一个电流脉冲，由于热电子发射的随机性，阳极得到的是一系列随机分布的电流脉冲。考虑到各种暗电流因素和倍增系数的涨落，噪声脉冲的幅度有一定分布，通常幅度小的计数率高。另一方面，由于电子渡越时间的涨落，使倍增电子到达最后一个打拿极的时间有先后，噪声电流脉冲宽度w t 就不只决定于电子从最后一个打拿极到阳极的渡越时间，而且与总渡越时间的涨落有关。其脉宽w t 一般在810-—1010-S 。如果把宽度很窄的噪声脉冲近似为冲击函数，那么光电倍增管的暗电流就可近似为幅度有一定分布的随机电流冲击系列。根据上一章的结论，它是白噪声，在非零频率的功率谱密度等于常数。当然，这只有在系统的上限频率h 1w

t ω<<时才成立。 假设暗电流系由光阴极热电子发射所致，服从泊松分布。光阴极暗电流i kn 的平均值为I KN =ne ，n 是每秒钟发射的平均电子数。i KN 的功率谱密度可用(2.3.37 a)式表示 S KN (ω)=n 2e 2()f δ+n e 2

在时域里取单位时间(一秒)的统计平均，发射电子数的均方偏差和相对均方偏差分别为n 和1/n 。电子电荷无涨落，所以单位时间内i KN 的均方偏差和相对均方偏差分别为

22

2

()()

1[]KN KN i ne i I

n σσ== 比较上面的公式可知，非零频率的功率谱密度S KN (ω)在数值上等于单位时间(一秒)内时 域波形i KN 的均方偏差。计算后者即可求得i KN 的功率谱密度。

如果光电倍增管各打拿极的倍增系数都为λ，而且符合泊松分布，平均值为λ，则相对 均方偏差为1/λ。光阴极暗电流经第一级打拿极倍增后增为1d i ，由二级串级型随机变数理论,单位时间内1d i 相对于平均值1d I 的均方偏差将为 211()

1111[]()(`1)d d i I n n n σλλ

=+=+ 经过m 级倍增后，阳极暗电流oN i 的平均值为oN i =m n e λ，一秒内oN i 的相对均方偏差将为

22()

1111[][1()...()](1)

m aN aN i I n n σλλλλ=++++≈- oN i 的均方偏差为

m 22ne i 1

αλσλ≈-（1+2）N （） 折合到光阴极，将上式除以λ2m

,得光电倍增管的等效暗电流均方偏差 22eff ne e i 11

KN K I λλσλλ≈=--N （） 可见，由于倍增过程统计涨落的影响，光阴极暗电流的等效均方偏差是σ2（i KN ）的λ/（λ-1）倍。等效暗电流功率谱密度S k(ω)在数值上等于单位时间内（i KN ）eff 的均方偏差，所以

e ()1

KN K I S λωλ=- 在物理频率间隔即在实际使用的频率间隔df 内的功率分量为

22e di df 1KN KN I λλ=- （3.2.2）

应当说明，在推导上式时假设暗电流全部由光阴极热电子发射产生，未考虑产生暗电流的其它因素。另外，λ也不完全服从泊松分布。因此，上式只是近似公式，但可用来估计暗电流对能量分辨率的影响。实际上，对于能谱分析系统，光电倍增管的暗电流噪声，同闪烁体固有能量分辨率相比通常可以忽略不计（低能X 射线谱仪等系统除外）。

但是，光电倍增管的暗电流常常是计数率不很高的噪声脉冲，其均方根值可能不大，却可能引起假计数。在测量低能弱放射性时必须尽量降低这种噪声本底计数。在制作光电倍增管时尽量减少阴极热发射几率，在使用时有时要设法冷却阴极。此外，由于光电倍增管阳极输出的噪声脉冲是单光子脉冲，波形如图1-2-14中τ0=0的曲线所示，而有用信号的光子脉冲都具有一定衰减时间（如图1-2-14中τ0为非零数值时），因而有可能利用波形甄别技术（第十章）加以分离。

至于正比计数器，其固有能量分辨率（比闪烁探测器好）虽不如半导体探测器，但它基本上不产生噪声。因此，正比计数器在测量低能射线的能谱方面有独特的优点。

3.2.2 场效应晶体管的噪声

目前，在低噪声核辐射测量系统中，第一级放大器件一般都采用噪声性能优越的结型场效应管。同双极型晶体管不同，场效应管是靠多数载流子导电的。多数载流子在导电的沟道

中作热运动就产生热噪声，这是场效应管的主要噪声源。它可用与导电沟道并联的噪声电

———————————— [1]G . 伯托利尼A. 科什著，金芜、谭泽祖译，半导体探测器，198页，原子能出版社，1975年。

[2]A.Van Der Ziel ，Proc.l.R.E.，50，1808（1962）.

流源d i TC 2

来表示[如图3-2-2（a ）]，其值

28

TC m di kTg df

≈ （3.2.3） 式中g m 是场效应管的跨导，系数2/3是近似值。不论场效应管工作在饱和区或非饱和区，上式均适用。可见跨导愈大(沟道的电导愈大，沟道内载流子数目愈多)，噪声电流也愈大。沟道热噪声也可以折合为串联在栅极回路里的噪声电压源d

v TC 2[如图3—2—2(b)]，其值为 28

3m kT TC g dv df ≈ （3.2.4）

另一方面，沟道热噪声改变了沟道内的电场分布，通过沟道和栅极之间的电容C ch ,会产生注入栅极回路的噪声电流，称为栅极感应噪声d i gi 2

.在C ch 远小于栅极回路总电容时，此电流

对栅极电位的影响通常可以忽略。

场效应管还有栅流噪声。产生栅流的原因较多，如耗尽区电子和空穴的运动，栅极表面和栅极绝缘材料的漏电等。设栅流为I g ,则

22Ig di eIgdf = （3.2.5）

最后一项是低频(1／f)噪声.沟道电流和栅流中都有l ／f 噪声，它们和沟道中空间电荷区的陷阱或者表面状态等因素有关，可用等效的栅极噪声电压源表示，即

2F

A F f dv df = （3.2.6）

常数A F 主要取决于场效应管的工艺和所用半导体材料的纯度。性能优良的场效应管，如2N4416，A F <10-14V 2，这时1／f 噪声的影响常可忽略。

场效应管的主要噪声源见图3-2-2(b)。跨导愈大，栅流愈小，幅度分析系统的信噪比就愈高。第五章中将指出，场效应管工作在低温下跨导增大，噪声降低，有利于提高信噪比。 用于核能谱仪的放大器件，就其低噪声性能而言，结型场效应管最佳(绝缘栅型比结型差)，电子管次之，双极型晶体管最差。因此，低噪声系统的第一级放大管通常都采用结型场效应管。这样对后面各级放大管的噪声要求就放宽了。在双极型晶体管中，基极电流和集电极电流产生散粒噪声．基区电阻r b b ′，产生热噪声，也有低频(1／f)噪声。有关双极型晶体管的噪声不再赘述，这方面的内容可参阅有关资料。

3.2.3 电阻的噪声

电阻的热噪声前面已作分析。一个有噪声的电阻R 可用两种方法表示(如图3-2-3)。一种表示为噪声电流源d i R 2

和无噪声电阻R 并联，由(3．1．1 7)式得

24kT

R R di df = (3.2.7)

另一种可表示为噪声电压源d v R 2

同无噪声电阻R 串联。

2224R R dv R di kTRdf == (3.2.8)

若R=1 M Ω，T=300 K ，测量系统的通频带宽度为l MHz ，则测得噪声电压的均方根值v R

2

为129μV 。

温度相同的几个电阻串联或并联，可以按照串、并联的总电阻来表示噪声。如果电阻的温度不同，应从图3-2-3的等效电路推算。

合成碳质电阻除了热噪声以外，还有较大的1／f 噪声。对于用在前置放大器中的高阻，实验发现阻值在高频时显著下降，噪声增加。

虽然容抗和感抗分量不产生噪声，但是介质有损耗，其电阻分量也会有噪声。因此，在低噪声放大器中，应尽量降低场效应管绝缘材料和电容器的电介质噪声。承受高电压的前置放大器输入耦合电容应选用优质电容器。参考资料[3]介绍了电介质噪声和其它噪声源对信噪比的影响。

第三节 系统噪声的表示方法

线性系统输出噪声的计算方法已在2.3.6节中介绍。噪声对测量精确度的影响，必须考虑有用信号幅度和噪声均方根值之比，即信噪比。由于系统输出的信号幅度反映输入端的被测物理量，系统输出端的噪声通常也折算到输入端。因输入物理量为电压、电荷或能量的不同系统的噪声可表示为等效噪声电压、等效噪声电荷或等效噪声能量。被测物理量与系统的等效噪声相比给出信噪比。

(1)等效噪声电压(ENV)1）

电压脉冲放大器的输入和输出都是电压信号，输出信噪比η定义为输出幅度V OM 与输出噪声均方根值（即有效值V n ）之比

=OM

n

V

V η 上式的分子和分母都除以放大器的电压放大倍数A ，得

=V OM iM A

V V n n A A V η=

上式右边分子是输入信号幅度，分母却不是输入端的噪声均方根值。因放大器存在一定形状

——————————————————————

[1]F.S.Goulding et al.，Nucl.Instr.and Meth.，71，273（1969）.

[2]F.S.Goulding et al.IEEE.Trans. Nucl.Sci.，Ns-17，No.1，218（1970）.

[3]V .Radeka ，BNL 12798,(1968).

1） ENV ——equivalent noise voltage

的通频带。输出噪声的均方根值与之有关，故不管频带如何，将输出端随机噪声的均方根值V n 除以确知信号的放大倍数A ，并不能求出输入端噪声的均方根值。但是在不同输入信号幅度时数值V n /A 可用来计算系统的信噪比η，从而判断此系统可能放大多弱的信号时仍有足够的信噪比。尽管V n /A 不是一个实在的物理量，却很有用，称为折合到输入端的等效噪声电压ENV ，

n

V A ENV = (3.3.1)

=OM

iM n V V V ENV η= (3.3.2)

应当注意，ENV 虽由V n 除以A 求出，但通常由于V n 本身正比于A ，所以ENV 的数 值实际上与A 无关。改变放大器的增益时，V n 随之变化，但ENV 不变。ENV 的数值决定于实际存在于放大器输入端的噪声功率谱和放大器的频率响应。改变放大器的滤波器时间常 数，ENV 将随之变化。

另外，为了判断放大器能放大多弱的电流时仍有足够信噪比，也可以将输出噪声折算为 输入端的等效噪声电流。同理，也可折算为等效噪声电荷或等效噪声能量。

(2)等效噪声电荷(ENC)

一个能谱测量系统，输入探测器电流脉冲i(t)可用冲击函数Q δ(t)近似，电荷量Q 正比 于入射粒子的能量E 。该线性系统的冲击响应为h(t)，最大值为h M ，输出电压幅度V OM =Qh M ,输出噪声电压均方根值为V n ,则系统的输出信噪比为

=OM

M n n

V

h V V Q η= （3.3.3） 能谱仪的输入信息实际上是电荷量Q ，因此，系统的噪声常用等效噪声电荷ENC 表示。h M 是输出电压幅度与输入电荷量之比。输出噪声电压均方根值V n 折合为输入电荷量即为等效噪声电荷

n

n M OM

V V Q h V ENC Q η=== (3.3.4) 以电子—空穴对为单位的等效噪声电荷为

n

OM QV Q eV e ENC η== （3.3.5）

因此，当输入电流脉冲的电荷量为ENC 时，系统的输出电压幅度就等于输出噪声电压的均 方根值。如已知ENC ，输出信噪比η可由输入信号的电荷量Q 与ENC 之比求出，即

=Q ENC

η （3.3.6） （3） 等效噪声能量（ENE ）

(3.3.5)式的等效噪声电荷数乘以探测器的平均电离能W 得到等效噪声能量，即

n

OM QV eV ENE W = (3.3.7)

但是，能谱仪的分辨率常用能谱曲线的半高宽表示。通常，噪声使单能谱线展宽为高斯型曲线，如图3-3-1所示，图中横坐标是能量E。由（1.1.8）式可知，噪声引起的半高宽FWHM NE

和ENE 的关系为

2.355NE FWHM ENE = (

3.3.8)

FWHM NE 为以能量表示的噪声线宽。

能谱测量系统的能量分辨率还与探测器的固有能量分辨率有关，由（1.1.17b ）式得

DE FWHM = (3.3.9)

此外，如以后要说明的，还有好几种因素对能量分辨率有影响，但是在低计数率情况下，噪声(包括探测器的噪声)是主要因素。如只考虑噪声和探测器的固有能量分辨率，系统的能量分辨率(以能量线宽表示)为

2

2

2

E NE DE FWHM FWHM FWHM =+ (3.3.10)

E FWHM = (3.3.11)

式中FWHM NE 是与能量E 无关的常数，图3-3-2中画出了硅探测器系统的能量分辨率在不

同噪声能量线宽时和能量的关系，探测器温度为90 K ，W =3．8 e V ，并设法诺因子F=0．12。

由此可见，采用硅探测器的系统在低能量时噪声影响大，高能量时探测器的固有能量分辨率起主要作用。

(4)等效噪声晃动

在时间测量系统中，由噪声引起的定时误差用晃动表示。图3-3-3(a)中，在时间信息拾取点A ，信号电压 v(t)达到预定的甄别阈V T ,t=t d 时甄别器产生定时信号。但是由于噪声迭加在v(t)上，使总电压达到甄别阈的时间超前或者落后，从而造成定时误差。设A 点的信号斜率为v ′(t)，噪声电压的均方根值为V n ，由图3-3-3(b)可以看出，由噪声引起的定时误差的均方根偏差即晃动为

()n

V t v t σ'= （3.3.12） 有关时间测量详见第十一章。

(核电子学)堆工方向答案

第1页 共4页 1． 核辐射探测器电流脉冲信号用理想数学模拟表示为 ) ()(0t t Q t i -?=δ。 2． 核电子学中的噪声主要有三类： 散粒噪声 、 热噪声 和低频噪声。 3． 短路延迟线冲击响h(t)=) (21 )(21d t t τδδ--；其频率响应为 )1(21 )(d j e H ωτω--= 。 4． 从物理测量的要求看， 电荷 和 电压 前置放大器主要用于能谱 测量分析系统； 5． 主放大器的作用是对信号进一步 放大 和 成形 ，且在此过程中须保 持探测器输出的有用信息，尽可能减小失真。 6． 对核脉冲进行幅度和时间分析中，常用计数设备来测量某一类信号的计数率， 常用的计数设备有 定标器 、 计数率计 。 7． 模数变换是一种量化处理，即把连续的的模拟量（幅度）变换为 数字量 。 8． 三种核脉冲计数系统： 简单的计数 系统、 单道计数 系统、 符合计数 系统。 9． 处理单元插件标准化分为 NIM 标准 、 CAMAC 标准 、 快总线标准 。 10． 多道分析器获取数据的三种方式是：脉冲幅度分析(PHA)、多路定标(MCS) 和 列表方式。 二、选择题 （共10小题，共20分） 1. 由n 节放大节组成的放大器上升时间与各放大节上升时间的关系为tr=( B ) (A) 1 2r r rn t t t +++ (C) 12r r rn t t t ?? ? (D) {}12,,r r rn MIN t t t 2. 下面哪种说法是正确的（C ） (A ） 2 ()()m CR RC -双极性滤波成形与()()m CR RC -单极性成形相比信噪比要好。 (B) 2 ()()m CR RC -双极性滤波成形的基线偏移和涨落很大，在高计数率下得到的能量分辨 率低。 (C) ()()m CR RC -单极性滤波成形的基线偏移和涨落都较2 ()()m CR RC -双极性滤波成 形的要小，在高计数率下得到的能量分辨率高。 (D) 2 () ()m CR RC -双极性滤波成形的脉冲顶部较尖，弹道亏损较大，对后接幅度分析器的 测量精度不利。 3. 关于谱仪放大器中采用负反馈的作用，下列哪种情况是错误的（D ） (A) 放大倍数的稳定性增大了(1)o A F +倍。 (B) 放大器的上升时间减少了(1)o A F +倍。 (C) 放大器的频率响应增加了(1)o A F +倍。 (D) 放大器的噪声降低了(1)o A F + 倍。 4. 通常放大器的输出阻抗比较小，以便能适应在不同负载情况下工作，为与输出电缆匹配使用，输出阻抗一般取（ D ）。 (A) 20Ω (B) 30Ω (C) 40Ω (D) 50Ω 5. 双极性高斯成形一般组成为（C ） (A) 一次微分一次积分电路 (B) 两次微分两次积分电路 (C) 两次微分多次积分电路 (D) 两次积分多次微分 6. 一个幅度为3.0伏的输入信号，经过道宽为3mV 的8192模数变换后，得到的道址为（ A ） (A) 1000 (B) 2000 (C) 1550 (D) 3000 7. 极零相消电路的功能是（D ） (A) 基线恢复作用 (B) 消除零基线 (C) 消除信号函数的极点 (D) 消除单极性信号下冲 8. 理想的最佳滤波器是指在理论上来说此滤波器（D ）

核电子技术原理第一章课后答案

i C 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 Rf Cf A1V o(t) i(t)

∴()f f t R C O f Q V t e C -= （2） R f C f =109×10-12=10-3(S) 2.4 一个低噪声场效应管放大器，输入等效电容C i =10pF ，输入电阻R i =1M Ω，栅极电流I G =0.1μA ，跨导g m =1mA/V ，C gs <

()24823g i m kT kT df eI df C df Ri g ω=++ 2.6 分析快电荷灵敏前置放大器， （1） 画出简化框图 （2） 分别计算电荷和能量变换增益； （ω=3.6ev/电子空穴对，e=1.6×10-19库仑） （3） 估算电路的开环增益 （g m =5mA/V , A 3=0.98） （4） 估算该前放的上升时间 （C a =5pF, C i =5pF ） （2）A CQ =1/Cf=1×1012 V/C A CE =e/(C f ω)=44.4 mv/Mev （3）A 0=g m R 6/(1-A 3)=750 （4）tr 0=2.2R a C a /(1+A 0F 0)=2.2C a (C i +C f )/g m C f =13.2 ns

《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)]} ∴ 0000000()1t t R C I R V t e e R C τ τ --??=- ? ???- 000000t t R C I R e e R C τττ--?? =- ? ?-? ? 当R 0 c 0<<τ时，τ－R 0 c 0≈τ

∴ 00 000 () t t R C V t I R e e τ - - ?? =- ? ? ?? 1.5 如图，设/ () T i t θ? =? ? 0t T t T ≤≤ ≥ ，求输出电压V(t)。 111 () Ts Ts Q Q e I s e T s s T s - - - ?? =-= ? ?? 11 () 1 H s c s τ = + 111 () 11 Ts Ts Q e Q Q V s e cT s cT cT s s τττ ττ - - - =-+ ++ ()()() / () t T t Q Q Q V t s t s t e e s t cT cT cT ττ τττ ττ - - - ∴=---+- ?? ??

核电子学实验组(16学时)实验指示书(2017春)

核电子学实验室实验规则 1．准时上下课。 2．按教师指定时间出示实验报告，未交预习报告或质量不合格者，不得进行实验。同组两人必须各自独立写实验预习报告。 3．在指定的实验桌进行实验，不得随意取用外组仪器及工具、接线等器材。 4．严格遵守仪器使用规程。未经教师许可不得动用实验室陈列仪器设备。 5．损坏仪器等应该立即报告指导教师。 6．每次实验完毕，须经教师质疑同意签字后方可离室。做完基本内容的同学经教师同意后可做提高内容。 7．实验室内保持安静，不安排统一休息时间。 8．保持环境整洁，书包衣物存放整齐，下课前整理接线，工具，关好仪器（不必拔电源插销），放好凳子。 1

实验课要求 1．为什么要做核电子学实验？ 同学们在课堂上学到的是核电子学的基本理论知识和实践经验。这些知识和经验大都经过了科学实验和生产实践的验证，同学们应该努力掌握。但是，对于同学们说来，这些知识还是抽象的间接经验的东西。这些东西本身有些也是对客观现象进行简化后的近似描述。要直接地具体地比较全面地认识核电子学的各种现象及其规律，并能运用这些规律着手解决实验问题，就必须亲身实践。同学们在日常生活经历里，很少看到电子线路中的现象，不熟悉电信号的传递、处理和变换规律。因此，要学习好电子学，必须进行实验。 在实验里，同学们既要运用已学过的理论来指导实践，又要从丰富的实验现象中总结提高而扩大理论知识，还要注意学习电子学的实验技能和工作方法；在实验过程中要养成尊重事实，耐心探索，严格认真，刻苦钻研的科学作风；养成爱护实验设备，保持环境整洁的习惯。 对于没有学过《核电子学》的同学，也可以通过实验学习到一些简单核仪器的工作原理和使用方法。 2．在实验各环节对同学的要求 （一）预习 在预习阶段，同学们要按实验指示书的要求理解实验目的，看懂实验任务，完成必要的计算。预习是实验的理论准备阶段，预习好坏关系整个实验的质量和效率。同学们应耐心地、认真地充分做好实验预习工作。 预习应达到下面几个具体要求： （1）对实验结果进行了预计。 （2）选好各测试项目所需的信号参量。脉冲信号参量一般指：极性、幅度、宽度、周期、上升时间，应按各实验的具体要求进行合理的选择。 （3）画好预期波形图。 每组波形应按比例画在具有同一时间坐标的方格纸上，标明坐标、单位及主要测试条件。 （4）画好数据记录表格，事先考虑好测量条件和应选取的量测点。 （二）实验 （1）了解实验设备 了解所用实验设备的型号、各调节旋扭的功能和调节范围；信号输入输出插座位置等。 （2）熟悉仪器性能 实验仪器主要分三类：供电设备（例如稳压电源）、信号产生设备（函数发生器等）、测量设备（示波器、万用表等）。因为实验现象是线路特性和仪器特性的综合表现，因而要了解仪器指标及使用要求；并在实验后按照指导教师要求，记下有关实验仪器、装置的编号，以便必要时核对数据。 （3）调好输入信号 2

《核电子学》习题解答

第一章 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。 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 ∴

如图，设，求输出电压V(t)。 | 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 ' 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 -==?= 35.6610D I -=?= 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 -===? 。 ∵ 2 12 E CV = ∴0.126V V == 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。 U

(核电子学)堆工方向答案

1． 核辐射探测器电流脉冲信号用理想数学模拟表示为 ) ()(0t t Q t i -?=δ。 2． 核电子学中的噪声主要有三类： 散粒噪声 、 热噪声 和低频噪声。 3． 短路延迟线冲击响h(t)=) (21 )(21d t t τδδ--；其频率响应为 ) 1(21 )(d j e H ωτω--=。 4． 从物理测量的要求看， 电荷 和 电压 前置放大器主要用于能谱 测量分析系统； 5． 主放大器的作用是对信号进一步 放大 和 成形 ，且在此过程中须保 持探测器输出的有用信息，尽可能减小失真。 6． 对核脉冲进行幅度和时间分析中，常用计数设备来测量某一类信号的计数率， 常用的计数设备有 定标器 、 计数率计 。 7． 模数变换是一种量化处理，即把连续的的模拟量（幅度）变换为 数字量 。 8． 《 9． 三种核脉冲计数系统： 简单的计数 系统、 单道计数 系统、 符合计数 系统。 10． 处理单元插件标准化分为 NIM 标准 、 CAMAC 标准 、 快总线标 准 。 11． 多道分析器获取数据的三种方式是：脉冲幅度分析(PHA)、多路定标(MCS) 和 列表方式。 / 二、选择题 （共10小题，共20分） 1. 由n 节放大节组成的放大器上升时间与各放大节上升时间的关系为tr=( B ) (A) 1 2r r rn t t t +++ (C) 12r r rn t t t ?? ? (D) {}12,,r r rn MIN t t t 2. 下面哪种说法是正确的（C ） (A ） 2 ()()m CR RC -双极性滤波成形与()()m CR RC -单极性成形相比信噪比要好。 (B) 2 ()()m CR RC -双极性滤波成形的基线偏移和涨落很大，在高计数率下得到的能量分辨 率低。 ） (C) ()()m CR RC -单极性滤波成形的基线偏移和涨落都较2 ()()m CR RC -双极性滤波成 形的要小，在高计数率下得到的能量分辨率高。 (D) 2 () ()m CR RC -双极性滤波成形的脉冲顶部较尖，弹道亏损较大，对后接幅度分析器的 测量精度不利。 3. 关于谱仪放大器中采用负反馈的作用，下列哪种情况是错误的（D ） (A) 放大倍数的稳定性增大了(1)o A F +倍。 (B) 放大器的上升时间减少了(1)o A F +倍。 (C) 放大器的频率响应增加了(1)o A F +倍。 (D) 放大器的噪声降低了(1)o A F + 倍。 4. 通常放大器的输出阻抗比较小，以便能适应在不同负载情况下工作，为与输出电缆匹配使用，输出阻抗一般取（ D ）。 】 (A) 20Ω (B) 30Ω (C) 40Ω (D) 50Ω 5. 双极性高斯成形一般组成为（C ）

核医学总结汇总

一、核医学基础知识 同位素:同一元素中，有些原子质子数相同而中子数不同，则称为该元素的同位素，如上例各种碘互为碘的同位素。 同质异能素:如果原子的质子数相同，中子数也相同，但是核的能级状态不同，那么它们互为同质异能素。 核素:把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同一状态的一类原子，称为一种核素。 核衰变:放射性核素发生核内结构或能级的变化，同时自发地放出而变为出一种或一种以上的射线而转变成另一种核素的过程为“核衰变”。 1、5种衰变方式: α、β─、β╋、k、γ α衰变：AZX--A-4Z-2Y+42He+Q α粒子特性： ←α粒子实质上是He原子核， ←α衰变发生在原子序数大于８２的重元素核素 ←α粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s，2s绕地球１周。 ←在空气中的射程约为３－８cm，在水中或机体内为0.06-0.16mm。 ←因其质量大，射程短，穿透力弱，一张纸即可阻挡 ←但α粒子的电离能力很强。 β衰变: ←核衰变时放射出β粒子或俘获轨道电子的衰变。 ←β衰变后核素的原子序数可增加或减少但质量数不变。 ←分β－衰变、β＋衰变和电子俘获三种类型。 ←β粒子的速度为20万km/s。 β－粒子的特性: ←β－粒子实质是负电子； ←衰变后质量数不变，原子序数加１。 ←能量分布具有连续能谱，穿透力比a粒子大 ←电离能量比a粒子弱，能被铝和机体吸收， ←β－粒子在软组织中的射程为厘米水平。 β＋粒子的特性: ←β＋粒子实质是正电子； ←衰变后子核质量数不变，但质子数减１. ←β＋也为连续能谱； ←天然核素不发生β＋衰变，只有人工核素才发生。 电子俘获(electron capture,EC):核衰变时原子核从内层轨道（K）俘获一个电子，使核内一个质子转化为一个中子。它是核内中子数相对不足所致。 γ衰变:核素由激发态向基态或高能态向低能态跃迁时放出γ射线的过程也称为γ跃迁(γtransition)；γ衰变后子核质量数和原子序数均不变，只是能量改变。 γ射线特性: ←γ射线为光子流，不带电，穿透力强，电离能力弱； ←γ射线在真空中速度为30万km/s。 核衰变规律: N=N0e-λt (N为t时的放射性核素数量) A=A0e-λt (A为t时的放射性核素活度) 衰变常数Decay constant(λ):单位时间内核衰变的数目(活度）占当时放射性核数目的比

基础核电子学测量系统预习部分

深圳大学实验报告课程名称：核物理实验（1） 实验名称：基础核电子学测量系统 学院：物理科学与技术学院 专业：12级核技术 指导教师：罗奇班级：12级核技术报告人：张云姗学号：2012180065 实验时间：2014.11.11 实验报告提交时间：

一、实验目的 本次实验主要是接触和认识核电子学插件，包括脉冲发生器、放大器、多道、计数器等一些基础常用的核电子学器件。 二、实验内容 （1）、认识脉冲发生器、放大器、多道、计数器 （2）、观察信号的形状，大小，以及信号是如何处理 （3）、测量放大器的稳定性 （4）、放大器的过载 （5）、什么是基线恢复和极零相消 （6）、测量信号的上升沿和下降沿 三、实验原理 1、核探测信号的特点： 1）信号弱，但跨度大，一般为几个μV至几个V。所以测量某些核信号时需要经过放大器放大信号才方便测量，避免外界过多的噪声干扰。 2）速度快。核反应速度很快，所以核信号测量时间一般很短。 3）概率性和统计性。这是核探测信号最基本的特点。因为核反应过程中，射线与物质的作用过程是随机的，核衰变过程也是概率性的事件，随机性主要表现为脉冲幅度的大小和相邻脉冲的时间间隔存在随机性；同时，在核物理实验中，常常不是研究个别信息，而是研究分布在大量信号里的某种信息，因此也需要对这些大量的信息做统计计数处理，也就是核探测信号的统计性。 2、基础常用核电子学器件的功能 1）脉冲发生器——用来产生信号的或是产生所需参数的电信号仪器。 脉冲信号发生器的输出信号幅度从小到大又从大到小的变化，产生这种信号的脉冲发生器就叫滑移脉冲发生器。 按其信号波形分为四大类： ①正弦信号发生：主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。 ②函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。 ③脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。 ④随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。

南华大学2010核电子学A卷答案

1. 核电子学中主要的噪声有三类：散粒噪声 、热噪声 和 低频噪声 。 2. 核辐射探测器输出信号的数学模拟为电流 冲击 函数，从探测器输出的 大量随机分布的信号，可用数学式表示为 ∑-=i i i t t Q t I ) ()(δ。 3. 在时域和频域分析中，当输入信号f(t),网络传输函数为h(t)时该输出信号 g(t)=_f(t)*h(t) ;经过_拉普拉斯________变换后，输入信号为F(S),网络传输函数为H(S)时输出信号G(S)=__F(S).H(S)________________。 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。 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 ） A.RC j RC j H ωωω+= 1)( B. RC j R H ωω+=1)( C. RC j RC H ωω+= 1)( D. RC j H ωω+=11 )( 3. 已知已知一个电荷灵敏前置放大器反馈电容C f =1pf,对于硅半导体探测器，平

核电子学课程设计实验报告

《核电子学与核仪器》课程设计报告 Title: The Improvement of Single-channel Analyzer 课程设计题目：改进型单道脉冲幅度分析器 学生姓名：XXX 专业：核工程与核技术 学号：09XXXXXX 指导老师：覃国秀 二零一二年六月

一、设计时间： 2012.06.12～2012.6.28 二、设计地点 核电子学实验室和东华理工大学南区寝室 三、设计任务 以课本《核电子学与核仪器》中的理论知识及实验为基础，到网上和图书馆查找与该设计课题相关资料，找到该课题的相应的电路原理图，并对电路图进行设计，学习Protel2004软件，用Protel2004软件进行电路设计并实现PCB板的封装，最终得到PCB板。 四、设计目的 通过使用Protel2004对电路进行设计，对《核电子学与核仪器》所学内容有更进一步的理解，加深印象，使所学知识得以巩固和提高。全面掌握单道脉冲幅度分析器各个模块电路原理的设计，实现电路设计与PCB设计的技术环节，最终得到单道脉冲幅度分析器的PCB板，从而在该课程设计过程中学会提高分析问题解决问题的能力；培养我们的动手能力和遵守纪律的高尚情操还有对待工作严肃认真、一丝不苟、实事求是、不畏艰辛的优良作风，为今后从事技术工作奠定坚实的基础。 五、设计要求 1、掌握Protel2004的使用方法； 2、掌握所画电路的工作原理； 3、掌握Protel2004电原理路图的设计； 4、基本掌握使用Protel2004进行PCB设计。 六、设计的原理及方法 单道脉冲分析器是一种对核脉冲信号幅度信息甄别测量的装置，虽然现在一般多用多道脉冲幅度分析器测量能谱，但由于单道具有结构简单、价格便宜，还可

电子显微分析总结

《电子显微分析》知识点总结 第一讲电子光学基础 1、电子显微分析特点 2、Airy斑概念 3、Rayleigh准则 4、光学显微镜极限分辨率大小：半波长，200nm 5、电子波的速度、波长推导公式 6、光学显微镜和电子显微镜的不同之处：光源不同、透镜不同、环境不同 7、电磁透镜的像差产生原因，如何消除和减少像差。 8、影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素，如何提高电磁透镜的分辨率 9、电子波的特征，与可见光的异同 第二讲 TEM 1、TEM的基本构造 2、TEM中实现电子显微成像模式与电子衍射模式操作 第三讲电子衍射 1、电子衍射的基本公式推导过程 2、衍射花样的分类：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样 3、透射电子显微镜图像衬度，各自的成像原理。 第四讲 TEM制样 1、粉末样品制备步骤 2、块状样品制备减薄的方法 3、块状脆性样品制备减薄——离子减薄 4、塑料样品制备——离子减薄 5、复型的概念、分类 第五讲 SEM 1、电子束入射固体样品表面会激发的信号、特点和用途 2、SEM工作原理 3、SEM的组成 4、SEM的成像衬度：二次电子表面形貌衬度、背散射电子原子序数衬度、吸收电子像的衬 度、X射线图像的衬度 第六讲 EDS和WDS 1、EDS探测系统——锂漂移硅固体探测器 2、EDS与WDS的优缺点 第七讲 EBSD 1、EBSD的应用 第八讲其它电子显微分析方法 1、各种设备的缩写形式

历年考题 透射电镜的图像衬度有非晶样品质厚衬度, 薄晶体样品的衍射衬度, 相位衬度。 一、我校材料分析中心现有的两台场发射电子显微镜有哪些主要的功能附件可以进行哪方面的分析工作 答：1、场发射扫描电子显微镜仪器型号： SUPRA 55 生产厂家：德国ZEISS 功能附件： （1）配备Oxford INCA EDS设备，可以对5B-92U的元素进行微区成分定性、定量分析，包括点、线、面成分的分析； （2）配备HKL EBSD设备，可以对材料进行取向、织构及物相鉴定，晶体学结构分析，相位及相位差分析，应变分析； （3）配备拉伸弯曲台，可以在扫描电镜内对试样做拉伸、压缩和弯曲试验，同时原位观察组织变化。 用途：可用于金属、非金属、半导体、地质、矿物、冶金、考古、生物等材料的显微形态，断口形貌的分析研究；也可进行各种样品的高分辨成像以及配合能谱仪进行微区元素分析，配备电子背散射衍射（EBSD）附件，可对晶体材料进行晶体取向、织构、以及物相鉴定等分析研究。 2、场发射透射电子显微镜仪器型号：TECNAI F30 G2生产厂家：美国FEI公司 功能附件： （1）配备EDS设备，可以进行微区成分定性定量分析，包括点、线、面成分的分析； （2）配备EELS，进行电子-能量损失谱分析； （3）配备原位拉伸仪，可以进行原位拉伸观察和三维图像重构分析。 用途：可以对透射电镜样品进行形貌、相应选区电子衍射、微衍射及相干电子衍射和高分辨电子显微像观察；配合STEM-HAADF探针进行原子序数衬度像分析；配合特征X射线能谱仪（EDS）进行纳米尺度成分分析；配合电子能量损失谱系统（EELS）进行电子能量损失谱分析；进行样品原位拉伸观察和三维图像重构分析。 二、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号它们有哪些特点和用途 答：电子束入射固体样品表面会激发出背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征X射线、俄歇电子、电子束感生电效应、阴极荧光。 （1）背散射电子：入射电子与原子核发生弹性散射，能量损失小，一般大于50eV都称为背散射电子。平均原子序数越大，产生背散射电子越多，不仅能用于形貌分析，还可以用于显示原子序数衬度，定性进行成分分析； （2）二次电子：入射电子与外层电子发生非弹性散射，一部分核外电子获得能量逸出试样表面，成为二次电子。二次电子能量小，一般小于50eV，适于表面形貌观察； （3）吸收电子：入射电子发生非弹性散射次数增多，以致电子无法逸出试样表面，在样品与地之间接电流放大器，获得电流信号，吸收电子像衬度与二次电子和背散射电子的总像衬度相反，适用于显示试样元素分布和表面形貌，尤其是试样裂纹内部的微观形貌； （4）透射电子：如果被分析的样品很薄，就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。可进行形貌和成分分析。 （5）特征X射线：入射电子与样品原子内层电子作用，释放出具有特征能量的电磁辐射波，

《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 -==? = 35.6610D I -=?= 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 -===? ∵ 2 12 E 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。

核医学知识点总结笔记复习整理

一、核医学基础 核医学使用的射线为核射线，包括α、β-、β+、γ四种；而放射科使用的射线为X射线。 A、原子结构 核素(nuclide)：具有特定的质量数、原子序数与核能态，且其平均寿命长得足以被观测的一类原子称为核素。 同质异能素(isomer)：具有相同的原子序数及核子数而核能态不同的核素为同质异能素。 B、放射性衰变 放射性核素(radionuclide)：不稳定核素的原子核能自发地放出各种射线而转变为另一种核素，称为放射性核素。 放射性核衰变(radiation)/核衰变(decay)：放射性核素的原子核自发的放出射线，并转变成新的原子核的过程称为放射性核衰变，简称核衰变。 β―衰变(β―decay)：因核内中子数过多，中子、质子数不平衡，由中子转化为质子的同时由核内放射出β―射线的过程，核素质量数不变，原子序数增加1。 β＋衰变(β＋decay)：因核内质子数过多，质子、中子数目不平衡，由质子转化为中子同时由核内放射出β＋射线的过程，核素的质量数不变，原子序数减少1。 γ衰变(γdecay)：是一种能量跃迁。激发态的原子核以放出γ射线（光子）的形式释放能量而跃迁到较低能量级的过程称γ衰变，也称γ跃迁。 放射性活度(radioactivity)/活度(activity)：单位时间内发生衰变的原子核数，单位时间为“秒”。其单位为贝可（Bq），1Bq表示放射性核素在一秒内发生一次核衰变，即1Bq＝1/s。 物理半衰期(physical half life)：在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度降至其原有值一半时所需要的时间称为物理半衰期，简称半衰期（T1/2）。 有效半衰期(effective half life)：某生物系统中某单一放射性核素的活度，由物理衰变与生物代谢共同作用而使放射性活度减少至原有值的一半所需要的时间(T c)。 C、射线与物质的作用 电离(ionization)：带电粒子通过物质时，同原子的核外电子发生静电作用，使原子失去轨道电子而形成自由电子（负离子）和正离子的过程称电离。 湮灭辐射(annihilation radiation)：β＋入射粒子与物质作用，其动能丧失殆尽时与自由电子结合，转化为方向相反能量各为0.511MeV的两个光子，这种辐射为湮灭辐射。 光电效应(photoelectric effect)：当光子与物质相互作用时，将全部能量转移给原子的内层电子，光子消失，获得能量的电子，脱离原子成为高速运行的光电子的过程称光电效应。 D、核探测仪器 放射性探测（radiation detection）：用探测仪器将射线能量转换成可纪录和定量的电能、光能等，测定放射性核素的活度、能量、分布的过程。 闪烁探测器(scintillation)：简称闪烁探头，其主要结构有准置器、晶体（闪烁体）、光电倍增管和前置放大器四部分。 (γ照相机)准直器(collimator)：由铅或铝钨合金中央打孔或四周合拢形成，置于探头的最前方，仅允许对成像有用的射线通过，进行射线筛选的装置。

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。 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。

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T Ip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C s；4.反馈电阻R f和探测器负载电阻R D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。 答：1.提高信噪比、2.减少外界干扰的影响、3.合理布局，4.便于调节和使用、5.实现阻抗转换和匹配； 第二章 前置放大器的作用与分类？ 作用：提高信噪比、减少外界干扰的影响、合理布局，便于调节和使用、实现阻抗转换和匹配； 分类（按输出信号成形方式分）：电压灵敏前置放大器、电荷灵敏前置放大器、电流灵敏前置放大器。

核技术应用习题答案

习题答案 核技术及应用概述 1、核技术是以核物理、核武器物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和辐射与物质相互作用为基础，以加速器、反应堆、核武器装置、核辐射探测器和核电子学为支撑而发展起来的综合性现代技术学科。 2、广义地说，核技术可分为六大类：核能利用与核武器、核分析技术、放射性示踪技术，辐射照射技术、核检测技术、核成像技术。 3、主要是利用核裂变和核聚变反应释放出能量的原理，开发出能源或动力装置和核武器，主要应用有：核电站、核潜艇、原子弹、氢弹和中子弹。 4、在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探测技术、粒子加速技术和核物理实验方法的一大类分析测试技术，统称为核分析技术。 特点： 1.灵敏度高。比如，可达百万分之一，即10-6，或记为1ppm；甚至可达十亿分之一，即10-9，或记为1ppb。个别的灵敏度可能更高。 2.准确。 3.快速。 4.不破坏样品。 5.样品用量极少。比如，可以少到微克数量级。 5、定义：应用放射性同位素对普通原子或分子加以标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量技术研究被标记物所显示的性质和运动规律，揭示用其他方法不能分辨的内在联系，此技术称放射性同位素示踪技术。 有三种示踪方式：1)用示踪原子标记待研究的物质，追踪其化学变化或在有机体内的运动规律。2)将示踪原子与待研究物质完全混合。3)将示踪原子加入待研究对象中，然后跟踪。 6、放射性示踪 7、核检测技术: 是以核辐射与物质相互作用原理为基础而产生的辐射测量方法和仪器。 特点：1）非接触式测量；2）环境因素影响甚无；3）无破坏性：4）易于实现多个参数同时检测和自动化测量。 8、辐射照射技术：是利用射线与物质的相互作用，将物质置于辐射场中，使物质的性质发生有利改变的技术。 辐射交联的聚乙烯有什么优点：热收缩、耐热、机械强度大为提高、耐有机溶剂、不易被溶解、电绝缘性能很好，且不怕潮湿。 9、X射线断层扫描(XCT)、核磁共振显像仪(NMR-CT)、正电子发射显像仪(PECT)，同位素单光子发射显像仪(SPECT)和康普顿散射显像仪(CST)； 10、核医学是当今产值最大、发展最快的核辐射设备。 第一篇核技术基础知识 1、具有确定质子数和中子数的原子核称做核素。 质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。 2、结合能是质子和中子结合构成原子核时所释放的能量。 3、7.476Mev 4、结合能是：2.224 Mev 比结合能是：1.112Mev 5、γ衰变特点：

《核电子学》习题解答教学内容

《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/ ()t o i t I eτ - =g时，求此电流脉冲在探测器输出回路上的输出波形并讨论R0C0<<τ的情况。 V0(s) = I0(s)·[R0∥(1/sc)] = I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/( R0+(1/sc0)) =( I0/ c0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R0 c0)]} ∴ 00 00 00 () 1 t t R C I R V t e e R C τ τ - - ?? =- ? ? ?? - 00 00 00 t t R C I R e e R C τ τ τ - - ?? =- ? ? -??当R0 c0<<τ时，τ－R0 c0≈τ

∴ 00 000 () t t R C V t I R e e τ - - ?? =- ? ? ?? 1.5 如图，设/ () T i t θ? =? ? 0t T t T ≤≤ ≥ ，求输出电压V(t)。 111 () Ts Ts Q Q e I s e T s s T s - - - ?? =-= ? ?? 11 () 1 H s c s τ = + 111 () 11 Ts Ts Q e Q Q V s e cT s cT cT s s τττ ττ - - - =-+ ++ ()()() / () t T t Q Q Q V t s t s t e e s t cT cT cT ττ τττ ττ - - - ∴=---+- ?? ??

探测器中的核电子学

核辐射探测器中的核电子学学院名称核科学技术学院

学号 201321010322 学生姓名张枫 核辐射探测器中的核电子学 摘要：核辐射探测器是指能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。辐射和核 辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时 间、速度、质量等物理量。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.核辐射探测器的工作过程 其工作过程大致分为二个，一是与辐射反应，生成某种信息；二是该信息的记录、收集、处理。 2.与辐射相互作用产生某种信息的过程 核辐射探测器按探测介质类型及作用类型大致分为三种：气体探测器、半导体探测器、闪烁体探测器。它们与辐射相互作用的过程大不相同，但是其基本思想没变，都是辐射粒子射入探测器的灵敏体积；入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积能量；探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信息。 2.1气体探测器 气体探测器是内部充有气体、两极加有一定电压的小室。入射带电粒子通过气体时，使气体分子电离或激发，在通过的路径上生成大量的离子对—电子和正离子。带电粒子在气体中产生一电子离子对所需的平均能量称为电离能，电离能只与介质有关，与带电粒子的种类无关；带电粒子能量越高，其所生成的离子对越多，则生成的离子对数可以反应入射带电粒子的能量。 2.2闪烁体探测器 闪烁探测器是利用某些物质在核辐射的作用下会发光的特性探测核辐射的，这些物质称为荧光物质或闪烁体。其工作原理为：带电粒子进入闪烁体中，使原子电离激发，受激原子在退激过程中发光，光子穿过闪烁体、光导，一部分到达光电倍增管的光阴极，在光阴极上打出光电子，被光电倍增光的第一倍增极收集的光电子经过光电倍增管各倍增极的倍增，便产生一个电脉冲信号。 2.3半导体探测器 半导体探测器探测带电粒子的基本原理与气体电离室的十分相似，都是带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。 我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁探测器中被 PMT第一打拿极收集的电子及半导体探测器中的电子－空穴对统称为探测器的信息载流子。 3信号载流子收集、记录、处理过程