01
核电子学研究信号的特点
随机性：用概率密度函数描述，要求仪器稳定可靠。
信号弱，但跨度大：提高信噪比，加前置放大器，主放大器，极零相消等。
速度快：脉冲成形，反堆积技术。
信号：用于描述和记录消息的任何物理状态随时间变化的过程。（电信号）
噪声专指无用或干扰信息
信号在产生、传输和放大过程中都伴随有噪声
噪声是随机的，服从统计规律。其基本特性可用统计平均量或统计函数来描述，主要有：均方值：表示噪声的强度（用于信噪比计算）
概率密度函数：描述噪声在幅度域的分布密度
自相关函数：提供噪声在时间域里的相关信息
功率谱密度函数：给出噪声功率在频域里的分布情况
核辐射探测器的结构
核辐射探测器的定义：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。
探测器按探测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。
三种探测器的工作原理
气体探测器：入射带电粒子通过气体，使气体分子电离成电子—正离子对时，它们在外加电场作用下分别作漂移运动，相应在平行板电机上产生感应电荷，并在外电路上产生相应的电信号。
闪烁体探测器：射线入射到闪烁晶体时，先使其中的分子或原子激发，然后在退激时发光，光子通过光电效应转换成光电子，随后通过光电倍增管倍增，最后在阳极上收集成为电流脉冲。
半导体探测器：带电粒子在半导体探测器的灵敏体积产生电子－空穴对，电子－空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。
三种主要探测器的分析可得出如下结论：
(1)核辐射探测器都能产生相应的输出电流i(t)，在电路分析时，可把它等效为电流源；
(2)该输出电流i(t)具有一定形状，具有一定时间特性，所以可用于时间分析；
(3)如在输出电容上取积分电压信号Vc(t)，则Vc(t)正比于E，可做射线能量测量。
气体探测器：电离室、脉冲电离室、正比计数器、G-M计数器
闪烁体探测器：NaI探测器，CsI探测器
半导体探测器：金硅面垒探测器、高纯锗探测器
核辐射探测器的基本性能
探测效率：探测器测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的该种粒子总数的比值。
输出幅度大小、稳定性
线性响应（探测器所给出的信息，与入射粒子相应的物理量成线性关系）
分辨率：探测器实际分辨核信息的能力，主要有能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率。
噪声与干扰：干扰可在电路和工艺上予以减小或消除，噪声可以设法减小但无法消除
噪声的衡量：信噪比、等效噪声能量、等效噪声电荷、等效噪声电压
核电子学中的主要噪声：散粒噪声、热噪声、低频噪声
02
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。
前置放大器的串联噪声和并联噪声
探测器漏电流噪声
电阻RD热噪声Array
场效应管栅极漏电流噪声
反馈电阻热噪声Array
场效应管沟道噪声
场效应管闪烁噪声
降低前置放大器噪声的措施
（1）输入级采用低噪声器件（低温运用的结型场效应管）
（2）低温运用 a噪声较小
（3）减少冷电容CΣ
（4）反馈电阻Rf和探测器负载电阻RD，常通过实验选用低噪声电阻，阻值一般在10^9Ω—10^10Ω左右。低温工作
电压和电荷灵敏前置放大器的共同点是：当探测器输出电流脉冲时，都对输入电容充电。它们输出信号幅度都与射线能量成正比，所以均可用于能谱测量。
电流灵敏前置放大器就是对输入电流响应较快的放大器，也称为快前置放大器，它是对探测器输入电流信号直接进行放大，不是积分成电压，而是输出电压或电流幅度与输入电流成正比。用作定时测量。
03
放大器在核测量系统中的作用：放大、滤波成形
放大倍数及其稳定性：在一定的成形电路时间常数条件下，输出脉冲和输入脉冲幅度之比。提高放大倍数的稳定性最有效的方法是采用深度负反馈
放大器的线性：指放大器的输入信号幅度和输出信号幅度之间的线性程度
放大器的噪声和信噪比：采用合适的滤波成形电路来限制频带，就能抑制噪声
放大器的幅度过载特性：放大器工作有一个线性围，当超出线性围时，就要产生两种情况：超过线性围较小时，放大器还能正常工作；当超出线性围很大时放大器在一段时间就不能正常工作。这种现象就称为放大器的幅度过载，不能正常工作的时间就称为放大器的死时间。
放大器的计数率过载特性：放大器中，由于计数率过高所引起的脉冲幅度分布的畸变称为放大器的计数率过载。
放大器的上升时间：上升时间主要对信号的前沿而言
谱仪放大器中最常用的反馈形式是电压并联负反馈和电压串联负反馈两种。
反馈的作用，反馈是否可以降低噪声，在放大器中如何降低噪声的干扰？
提高放大倍数的稳定性，改善非线性。不能用负反馈来改善放大器的信噪比，为降低噪声，除了对输入级器件作严格的挑选外，在电路的接法上也需注意。
滤波成形电路在谱仪放大器中的作用
抑制系统的噪声，使系统信噪比最佳；使信号形状满足后续分析测量设备的要求。
白化滤波器与匹配滤波器的作用？
白化滤波器：使前置放大器输出的噪声变为白噪声，使后续匹配滤波器的功率谱密度为常数
匹配滤波器：使白化滤波器输出的信号获得最佳信噪比
t
0M
V ()o v t M
V dl
t Md
t Wd
t F
t M
t W
t 尾部
弹道亏损:由于入射粒子在探测器中射程及径迹不同，它的电流脉冲持续时间可以有很大的差别。当有一定宽度的电流脉冲输入时，在探测器回路中输出信号幅度总小于冲激信号输入时的输出幅度，这种情况称之为弹道亏损。
谱仪中多采用准高斯型的阻容滤波成形电路，这种电路的时间常数较大，输出信号有一定的峰部和缓慢衰减的尾部。一般可以将脉冲堆积对幅度测量的影响分为峰堆积影响和尾堆积影响。
峰堆积：两个脉冲之间的时间间隔小于第一个脉冲的达峰时间
尾堆积：两个脉冲之间的时间间隔小于分辨时间，大于第一个脉冲的达峰时间 无源滤波成形电路
极-零相消和RC 积分滤波成形电路 极-零相消电路：在几级相串联的系统中，将前级传递函数的极（零）点和后级的零（极）点
相消，从而改善输出波形的方法称为极-零相消。 准高斯滤波成形电路
而CR-(RC)m 滤波成形电路能获得准高斯波形的脉冲。 (CR)2-(RC)m 滤波成形电路（双极性滤波成形）
无源滤波成形电路、有源滤波成形电路
11w
n t =
2max
1
()w n t e
=
有源微分电路 H(S)=SRC 有源积分电路 H(S)=1/SRC CD 及CDD 基线恢复器
工作原理：利用二极管的单向导电能力和电容的充放电特性，使得脉冲前沿时，充电电流较小，脉冲结束时，放电电流较大，这样基线就不会产生偏移 工作过程：
堆积拒绝电路
工作原理：一旦信号发生堆积后，根据堆积情况，在电路上可以给出堆积标志信号作为禁止输入信号，这个信号可以加到后面分析测量系统中，以禁止这个堆积信号进入分析测量系统中去，达到剔除堆积信号的目的。 工作过程：
死时间校正：在监察信号的周期时间Tip ，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，在这个死时间不能记录输入信号。计时电路就不应把这个时间记入测量时间，而应从总的测量时间里扣除这个死时间得到活时间。由测到的总计数率除以活时间就是信号的计数率。这种办法就是死时间校正。
允许最高计数率：当输入脉冲的平均计数率为 输出无堆积的信号计数率的 最大值为
04
脉冲幅度甄别器的功能：当输入信号的幅度低于某一给定值时，没有输出信号；而超过这一给定值时，就输出一个一定幅度的信号。
脉冲幅度甄别器的一般要求:（1）输入灵敏度（2）甄别阈围（3）甄别阈稳定性（4）甄别
310P H
????=????????
道道伏毫伏阈线性
单道脉冲幅度分析器工作原理
用于幅度分析的模数转换器及其基本性能
幅度分析是指测量信号幅度的分布。即按信号幅度大小进行分布计数。
模数转换是将脉冲幅度变换成数字量，即按脉冲幅度大小分类编码，然后分别记入存贮器相应的各个地址单元中。
道宽、变换系数、最大道数的定义及相互之间的关系
相邻两个量化电平间的差值称为模数变换器的单个道宽h ，所有单个道宽的平均值称为模数变换器的道宽H 。
变换系数：每单位幅度可变换成多少道数。它与道宽是倒数关系。
最大量化电平数Lmax 就是模数变换器的道数。道宽小则模数变换器的道数就大。
模数变换器的幅度响应：模数变换器的输入信号幅度A 与道数m 之间的关系称为模数变换器的幅度响应。
线性门与展宽器的工作原理
线性门是传输脉冲模拟量的门电路，信号是否能够通过是由门控信号来决定的。
H
IT V H m C ?=
=?2log t T m
?=模拟展宽器的基本工作原理是利用二极管的单向导电性和电容的存贮作用，把脉冲信号的峰顶展宽，所以又称为峰值保持器。 线性放电型模数变换（计算题）
变换时间 道数 道宽
逐次比较型模数变换器工作原理：利用二进制的标准电平与输入信号比较。每次比较都将标准电平减小为前次的一半。标准电平大于信号幅度，保留标
准电平，否则不保留，进行下次比较
变换时间
逐次比较型模数变换器的道宽均匀问题
数模变换器把输入的数码(通常为二进制)变换成与此数码成正比的模拟量。
二进制权电阻解码网络数模变换器 梯形电阻解码网络数模变换器
二进制加权电阻解码网络在位数越多时，电阻变化围越大。梯形电阻解码网络有较好的性能。电路中所用电阻值只有R 和2R 两种，所以又称R-2R 电阻网络，在数模变换器中得到广泛应用。
05
定时道各个部件（1）探测器与输出电路（2）快前置放大器（3）定时滤波放大器（4）定时电路（5）时间变换器
所谓时间分析是指测量的两个相关核事件的时间间隔概率密度分布。 定时误差通常按误差产生的原因分为两类：时间移动和时间晃动。
max min
max min
()
i i LV T M i i V V t V t V V -?
=max min ()T
LT M M M
V t t t V ?=
-max min min
max M M L T i i t t t V V V ??
?=- ?
??T M
V f V =
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。 定时电路是核电子学中检出时间信息的基本单元，故又称时间检出电路。它接收来自探测器的随机脉冲，产生一个与输入脉冲时间上有确定关系的输出脉冲。 定时方法（必考）
前沿定时： 误差分析：
信号幅度变，上升时间不变： 信号幅度不变，上升时间变：
信号幅度、上升时间同时变：
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Q T 与
电流脉冲总电荷量Q 之比。也可 表示为：
综合考虑触发比和噪声引起误差的影响，定义斜率噪声比为：
前沿定时基本原理及工作过程
脉冲直接触发一个阈值固定的触发电路，在脉冲前沿上升到超过阈值的时刻，产生输出脉冲作为定时信号
过零定时基本原理及工作过程
将单极信号成形为双极信号，过零时间作为定时点
恒比定时基本原理及工作过程
在输入脉冲幅度的恒定比例点上产生过零脉冲。
幅度和上升时间补偿定时（ARC定时）
其阈值V T不仅随幅度A变化，而且随上升时间变化而变化，使幅度变化和时间变化得到了补偿，消除了时移。
定时单道脉冲幅度分析器
具有定时功能的单道脉冲幅度分析器称为定时单道脉冲幅度分析器。它同时具有单道脉冲幅度分析的功能和定时功能。定时单道分析器输出脉冲不仅包括输入脉冲幅度的信息，而且输出脉冲和输入脉冲有固定的时间关系。
符合
符合方法
正符合测量（简称符合测量）和反符合测量
两重符合、多重符合
符合电路：慢符合电路、快符合电路
a b
x
M W W =
+时间量变换方法
时间分析的作用 ：时间分析是分析一个核态与另一个核态之间的时间关系，也就是测量核事件的时间间隔概率密度分布。 就是测量相应的起始信号和停止信号之间时间间隔的分布。
时间-幅度变换基本原理
实现时间-幅度变换就是把时间间隔的长短变换成幅度的大小。
起-停型时幅变换：起始信号与停止信号之间的时间间隔，用恒定电流充电的方法。 重叠型时幅变换：由符合电路演变而来的，它的输出幅度正比于两个脉冲的重叠时间。 时间-数字变换基本原理
在被测时间间隔，将频率稳定（周期T0已知）的时钟脉冲送到寄存器。寄存器记录的时钟脉冲数m 代表起、停信号间的时差tx 。 脉冲波形甄别
可用于粒子甄别，即利用不同粒子在探测器中产生的信号波形不同来区别不同的
粒子；
还可用于除掉锗(锂)探测器中由于缺陷而产生的慢上升信号，以及用于堆积拒绝等。 优质因子
M 越大，波形甄别能力越强
06
定标器结构：输入级、计数电路、控制器、定时电路
定标器作用：测量一定时间间隔的输入脉冲数。
计数率计的作用：测量单位时间的平均输入脉冲数（计数率）
基本泵电路的结构：
稳谱电路的结构及作用：
稳谱电路常用于能谱测量仪器，用来补偿核辐射探测器输出脉冲幅度的变化。
高压电源的结构、作用及主要指标
高压电源主要包括变流、变压和整流滤波三个部分。给闪烁体探测器的光电倍增管、半导体探测器和气体探测器提供稳定的高压。
（1）稳定度——瞬时稳定度和长期稳定度均要好于0.1%（2）输出高压的调节围（3）输出电流（4）纹波电压
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
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
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 ）
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
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。
《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》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，
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。
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。
1．解释：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)转换成电信号或者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，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。 2．核辐射探测的主要内容有哪些？ 辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。应用要求不同，探测的内容可能不同，使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应、或相互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分组成？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，单位时间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，从这些情况便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，这样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射线是合适的。 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，这样，闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。 ④闪烁体的发光时间应该尽可能短。 闪烁体的发光时间越短，它的时间分辨能力也就越强，在一定时间间隔内，能够观测的现象也就更多，可以避免信号的重叠。 ⑤闪烁体发射的光谱应该与光电倍增管的光阴极光谱响匹配，这样才能使产生的光子
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讲明、 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/ R0c0)］} ∴ 当Ｒ0ｃ０〈〈τ时,τ－Ｒ0c０≈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?什么缘故？ ENＶENＣEＮN 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与相关于I D的比值。 = =
1、８试计算常温下(设T=３00Ｋ)5MΩ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。 ∵ ∴ 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V０(t),并画出波形图,其中A＝1为隔离用。 U t
１、12 设一系统的噪声功率谱密度为,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。 对A点: 噪声均方值: 对B点:
第二章 1．解释：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)转换成电信号或者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，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。 2．核辐射探测的主要内容有哪些？ 辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。应用要求不同，探测的内容可能不同，使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应、或相互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分组成？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，单位时间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，从这些情况便可测知射线的强度与能量。 6．按不同的分类标准，闪烁体分为哪几类？试列举。 闪烁体的种类很多，有固体的，液体的，也有气体的。可以是有机物，也可以是无机物。闪烁体的外形也可随应用要求而不同。 7．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，这样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射线是合适的。 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，这样，闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。 ④闪烁体的发光时间应该尽可能短。 闪烁体的发光时间越短，它的时间分辨能力也就越强，在一定时间间隔内，能够观测的现象也就更多，可以避免信号的重叠。 ⑤闪烁体发射的光谱应该与光电倍增管的光阴极光谱响匹配，这样才能使产生的光子被充分利用起来，使光电倍增管的光阴极产生较多的光电子。否则，将因为光电倍增管对闪烁体发射的光子光谱不敏感，而不能产生良好的响应，得不到大的输出信号。 ⑥闪烁体要有很高的能量分辨本领。 除此以外，其它条件，例如：要求闪烁体易于加工；闪烁体具有适当的折射率和光藕合能力，尽可能避免全反射，使大部分光线都能射到光电倍增管的光阴极上；闪烁体能够长期工作于辐射条件下，闪烁体性能稳定等等，也是人们所期望的。 8．解释：能量分辨本领、能量分辨率、能量分辨力 能量分辨本领是指，针对两种不同能量的入射粒子，探测器所能够测定最小的能量间隔。 我们定义能量分辨率21W 为：21W =%100/021??h h 这样，当脉冲幅度被放大时，21h ?也被放大，分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小，则分辨本领越好。 9．表示分辨本领的高低的方法有哪些？ 一是将如图所示横坐标换算成能量单位(keV 或eV)，21h ?相应为E ?，这时，信号幅度虽然被放大，但引起这些信号的原始射线能量并未改变，可以凭此相互 比较，而不会因为放大倍数等测量条件的改变而产生差错。称E ?为极大值一半处的宽度，简称半高宽(FWHM ，full width at half maximum)，来表征探测器的能量绝对分辨能力。除了用半高宽(FWHM)以外，有时还用FWTM 来表达，即：十分之一高宽(FWTM ，full width at tenth maximum)。 办法之二是，采用能量分辨率来表示分辨本领的高低。我们定义能量分辨率21W 为：21W =%100/021??h h 这样，当脉冲幅度被放大时，21 h ?也被放大，分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小，则分辨本领越好。 10．理想的能谱与实际测得的能谱有何区别？ 实际的测得的有本底 11．解释：脉冲幅度谱、微分谱、仪器谱、半高宽、谱仪的能量分辨率 将闪烁计数器的输出画成一条曲线来看，横坐标表示闪烁体输出的信号幅度，纵坐标为在一段时间内，不同幅度的脉冲在对应的脉冲幅度位置上的累计数(而不是计数率)，这条曲线称为脉冲幅度的微分分布曲线，简称微分谱（仪器谱）。 半高宽21h ?是这样求得的：在最大计数的一半处，画一条平行于横坐标轴的直线，与曲线相交得到的宽度即为21h ?，从图2.3可见，21h ?越小，则分辨本 领越好，理想的情况应接近0，这时分布曲线将接近为一条垂直于横坐标轴的直线。 谱仪的能量分辨率21W 为：21W =%100/021??h h 这样，当脉冲幅度被放大时，21h ?也被放大，分辨率基本保持不变。它表征探测器的相对分辨能力。可见能量分辨率越小，则分辨本领越好。 12．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？ 能量分辨率越小，则分辨本领越好，能量分辨能力高。对于能量分辨率分别为8%和13%的NaI(Tl)晶体，则前者的分辨能力优于后者。 13．用好的NaI(Tl)晶体和光电倍增管，能量分辨率可达多大？ 能量分辨率可达6%—7%左右。 14．能量分辨能力与射线能量有何关系？ 能量越高，产生粒子数越多，相对涨落就越小，能量分辨本领就会好些； 能量越低，产生的光子数越少，相对涨落就会越大，能量分辨本领就会差。 15．解释：探测效率 一段时间内，探测器探记录到的粒子数与入射到探测器中的该种粒子数之比。(探测效率是入射粒子通过探测器的灵敏体积时，能产生输出信号的概率) 16．常用的闪烁体有哪些？ (1)碘化钠(铊) (2)硫化锌(银)(3)碘化铯(铊)(4)碘化锂(铊)(5)液体闪烁体 17．为什么NaI(Tl)探测器具有很高的探测效率？ NaI(Tl)晶体是具有很大光输出的闪烁体，广泛应用于探测γ射线的强度和能量。NaI(Tl)晶体的相对密度大，有效原子序数高，碘的含量占85%(碘的原子序数为53)，所以阻止γ射线本领很大。 NaI 闪烁体可以做成很大的尺寸(体积在 200mm 200mm ?φ以上)，由于NaI(Tl)单晶十分透明，利用它来探测γ射线是很有利的，探测γ射线效率很高， 可在百分之几十左右。 18．与NaI(Tl)探测效率有关的因素有哪些？
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
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,最基本的特点就是它的统计特性、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？输入端的噪声电压就是否就就是等效噪声电压？为什么？ ENV ENC ENN ENE η(FWHM)NE
不就是 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与相对于I D 的比值。 115.6610A -==? = 3 5.6610D 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 -===? ∵212 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。 U
《核电子学与探测技术》系中国核工业集团公司主管的，由中国核学会、中国电子学会所属核电子学与核探测技术分会主办的会刊，中国核工业集团公司北京核仪器厂承办，原子能出版社出版。《核电子学与探测技术》期刊多年来，来稿数量逐年增多，因此，从1981年创刊以来已5次扩大版面，从16开的64页扩大到现今的A4开本128页，从黑白封面改为彩色封面，内页纸张也从52g普通纸该为70g胶版纸。《核电子学与探测技术》先后被《中国学术期刊（光盘版）》、万方数据（ChinaInfo）系统《科技期刊群》期刊网、中国期刊网、科技部西南信息中心维普信息资源网、国防科工委期刊网收录、《CEPS中文电子期刊服务》、《书生数字期刊》收录，被美国工程信息公司（Ei）、化学文摘（CA）、国际原子能机构（IAEA）的检索刊物INIS和国内多家权威文摘刊物等所收录。被《中国学术期刊（英文版）》即《Chinese Science Abstracts》、《中国学术期刊（中文版）》等文摘刊物收录。据《中国期刊网》和中国科技信息研究所的《万方数据—数字化期刊群》等调查，本刊的Web影响因子在原子能科技类刊物中名列前茅，读者从网上对本刊的点击率和下载率是名列前茅的。 2004年3月《中国知识资源总库》编辑委员会致函本刊，函件中说：通过对《中国期刊全文数据库》中近8000种期刊10年的引文统计分析，筛选出文献引用频次排名在前500名的高水平期刊，进行全面、系统、完整的数字化整合，以期建成我国有代表性的、完备的、系统的国家级期刊精品数据库。函件中告知本刊已被编入国家级期刊精品数据库《中国知识资源总库·科技精品期刊库》。多年来一直被评为全国中文核心期刊，在原子能科技类遴选的15种核心期刊中排名第五位（见北京大学出版社出版的《中文核心期刊要目总览》2004年版（即第四版）第77页。一直被中国科技论文统计与分析（中国科学技术信息研究所受国家科学技术部发展计划司委托项目）、中国学术期刊综合评价数据库和中国科学引文数据库等作为来源期刊。 2003年开始采用著名核科学家、“两弹一星”元勋、两院院士原全国政协副主席朱光亚为本刊题写的刊名。 《核电子学与探测技术》征稿简则 1) 来稿务求论点明确, 文字简练, 数据可靠。 2) 文章题目简明(20个汉字以内); 中英文摘要须包括题目、作者姓名、作者单位、城市名、省名和邮政编码，并应写成叙述性文摘(含有研究目的、方法、结果和结论)；关键词为3～5个，并提供该文的中图分类号。 3) 文稿应采用阿拉伯数字进行分级编号, 最多可用4级。引言不编号,也不写“引言” 字样。 4) 作者简介包括（第1作者姓名（出生年--）、性别（民族，汉族省略）、籍贯、职称、学位、从事研究方向） 5) 基金项目名称及项目编号、需以脚注形式写明。