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) 5M?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=
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)
v d的表达式。（假设电路中电阻、电容14、A为理想运放，A→∞，写出下列电路输出噪声2
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。
16、假设电容C、电阻R1、R2没有噪声，试写出如下电路输出噪声的表达式。
17、画出电阻热噪声的两种表示（电压噪声源和电流噪声源）及其等效电路。）
第五章信号与噪声的分析方法习题
1、给出冲击函数、阶跃函数的定义及相互关系
2、证明如下公式
（1）
（2）
(3)
(4)
(5) 记
(6)
(7)
[](2) F ()=1
t δ[][](3) F cos = ()() at a a πδωδω++-[][](4) F sin = ()()
at j a a πδωδω+--[]1
(5) F ()= ()
u t j πδωω
+[](6) F 1= 2()
πδω00 (7) F =2()
j t
e ωπδωω??-??1(1) F ()t
e u t j βωβ
-=????+
即
3、对于下图RC并联电路，设输入冲击电流i i(t)=δ(t)，分别用时域法和频域法求解系统的
冲击响应和频率响应，证明它们是一对傅立叶变换。
4、根据运用傅里叶变换的性质求电容/电感的阻抗。
5、电路图如下图所示，其中R1=4KΩ，R2=1KΩ, C=1000pF，输入信号v i(t)如下图所示，求
输出信号v o(t)。
记t1=50us，t2=100us，t3=150us
v i(t)
t(us)
1v
50 100 150
令
则
当时
当时
6、分析实际系统的频域特性时常利用哪个函数作为输入为什么
解：
δ函数，其频谱为1
7、串联的多级时不变线系统，在交换各级位置时具有什么特性应注意哪些问题
8、简述坎贝尔定理
9、叙述拉斯变换的定义
10、在电子学中，傅里叶变换和拉氏变换分别用于系统的何种分析为什么
11、根据系统的传递函数H(s)可以分析系统的稳定性，请问什么情况下系统是稳定的，什么
情况下系统是不稳定的
12、分析随机过程常用的统计量包括哪些
13、描述噪声的重要函数有哪些分别给出什么信息
14、什么叫平稳随机过程
15、什么叫各态历经随机过程
16、自相关函数及功率谱密度函数的定义
17、写出自相关函数的基本性质
18、写出噪声通过线性系统H(w)后，输出噪声功率谱密度及均方值与输入噪声功率谱之间
的关系。并举例说明。
19、什么叫白噪声
第六章前置放大器习题
1、在核电子学中为什么通常要把放大器分成前置放大器和主放大器两部分
2、前置放大器可分为哪几类分别适用于什么场合
3、简述前置放大器的作用
4、为什么电压灵敏前置放大器一般只适用于稳定性要求不高的低能量分辨率
5、为什么电荷灵敏前置放大器常用于高能量分辨率能谱仪系统为何要附加反馈电阻
6、为何电流灵敏前置放大器主要用于时间测量系统
7、电荷灵敏前置放大器噪声包括哪些噪声写出a,b,c噪声的表达式。
8、电荷灵敏前置放大器的电路有哪三个种类
9、阻容反馈式电荷灵敏前放电路的特点。（参见教材电路图）
10、低噪声电荷灵敏前置放大器主要元件选择原则
11、脉冲光反馈式电荷灵敏前置放大器工作原理
12、漏反馈电荷灵敏前置放大器工作原理
13、电荷灵敏放大器的主要性能指标包括哪些
14、什么是零电容噪声和噪声斜率
15、前放输出信号的上升时间t R0和哪些因素有关
16、噪声的测量的方法有哪两种分别写出两种方法的测量步骤。
17、画出电压灵敏前放的等效电路。
18、为什么电压灵敏前放稳定性较差
19、电流灵敏前放可应用于哪四个方面为什么
20、简述电流灵敏前放的基本要求。
21、低噪声电流灵敏前放有哪两种实现方式
22、画出电荷灵敏+成形网络的电路原理图，分析其电流增益。
23、画出电压电流变换器+成形网络的电路原理图，分析其输入阻抗。
24、证明电荷灵敏前置放大器输出幅度的稳定性满足如下关系
(1)
00
1
1
om
om
om i
om i dV dA
V A F A dV dC V A F C
=
=-
记
(2)
25、假设输入电流为Q)(t
，利用复频域分析法求如下电荷灵敏前置放大器的输出电压。
,
26、下图中(1)、（2）、（3）分别为电压灵敏、电荷灵敏和电流灵敏前置放大器的原理图。假设开始时所有电容器上的电压均为零，输入两种探测器电流、波形如图所示的和。分别画出两种输入情况下电路（1）、（2）的输出电压)(t v o 和（3）的输出电流)(t i o 的波形。
(a)
(1) i(t)=Q δ(t) I(s)=Q A=1
(2) T=20ns i(t)=
(b)
同图(a) (c)
(1) i(t)=Q δ(t)
(2)
27、一个用于辐射测量的放大电路，第一级为电荷灵敏前置放大器，第二、三级是主放大器的前半部分电路。电流源)(t i D 代表锗锂Ge(Li)半导体探测器的输出信号，77K 时半导体锗的平均电离能空穴对电子-/96.2eV w ，被测辐射是的γ射线。假设信号来到之前C f 两端电压为零。
（1）估计γ射线进入处于77K 半导体探测器产生的电流脉冲)(t i D 的电荷量Q 。 （2）定量画出)()()(21t v t v t v o 和、的波形。
28、如图所示为电荷灵敏放大器的原理图，运放开环电压放大倍数A=5000，且与频率无关。
V可表示为：
输出脉冲幅度
OM
f
i OM C A C AQ
V )1(++=
。试问：
（1） A 变化1%，V OM 变化多少
（2） C i 因探测器电容的变化而改变1%，V OM 变化多少
(1)
(2)
29、设运放开环电压放大倍数A 有限，与频率无关。请精确推导运放输入、输出波形)(t v i 和
)(t v o 的表达式，注明其幅度和时间常数。
根据米勒定理，原电路可等效为
30、某电荷灵敏放大器的零电容噪声为，噪声斜率为pF 。现有两种探测器和它连用，两种探测器的电容分别为10pF 和150pF ，试分别计算系统的总噪声。
C1=10pF
C2=150pF
31、如图所示的放大电路，跨导放大器输入量为电压，输出为电流，跨导G=10mA/V ；电路R 、C 参数如图所示，输入电流冲击)(t Q δ。
（1）推导出波形)(t v o 的表达式，并确定其幅度和时间常数。 （2）带入电路参数，计算输出电压上升时间R t 的数值（f i C C >>）。
（3）探测器电容变化而使C i 变化时，t R 也随之变化，电荷灵敏放大器的上升时间斜率这一技术指标定义为i R C t ??/，单位是ns/pF ，即输入电容每增加1pF ，输出上升时间增加多少ns 。试推导i R C t ??/与电路参数的关系式（设i C ?是C i 的微小变化），并计算出i R C t ??/的数值。
32、阻容（R f ，C f ）反馈电荷灵敏放大器输出电压的变动范围可用坎贝尔（Campbell ）定理计算。假设每一个探测器电流脉冲的电荷量均为Q ，单个脉冲输出幅度f OM C Q V /=，设
f f f C R =τ，则探测器和前放间直接耦合的电荷灵敏放大器，其输出电压的变动范围为
σ6.2±o V ，其中o V 是输出电压的平均值：OM f o V n V τ=；σ是输出电压的均方根偏差（标
准偏差），OM f V n 2
τσ=。输出电压的变动范围随机不确定，99%的概率在σ6.2±o V 范围
内。
对于探测器和前放间交流耦合的电荷灵敏放大器0=o V ，输出电压的变化范围为
σ6.2±；现令Ω=910f R ，pF C f 1=，s n /10*24=，14105-?=Q 库仑，试估算直接
耦合和交流耦合电荷灵敏放大器的输出电压变动范围。
直流
输出电压动态范围
交流
输出电压动态范围
第七章 谱仪放大器习题
1、 简述滤波成形的含义。
2、 给出理论上最佳滤波器的频率响应并加以证明，并说明最佳滤波器输出波形的特点。
3、证明由白化滤波器和匹配滤波器构成串联滤波系统是最佳滤波系统。
4、试分析CR-RC滤波器的最佳信噪比。
5、用于幅度信息处理系统中的滤波成形电路需要满足哪些方面的要求
6、试述极零相消的原理。
7、说明弹道亏损的原因。
8、峰堆积和尾堆积对输出信号幅度会带来什么样的影响和谱形畸变
9、给定计算率n, 峰持续时间t w，计算峰堆积的概率，并加以分析。
10、在交流耦合系统中，双极性输入脉冲信号在什么条件下可以避免基线偏移和涨落为
什么
11、减少堆积影响的方法有哪些
12、(CR)-(RC)m和(CR)2-(RC)m滤波成形电路输出信号波形的形状和幅度的特点。
13、单极性和双极性成形各适用于什么情况下的测量
14、采用具有共扼复数极点的有源滤波器有何意义
15、有源滤波器和无源滤波器的区别以及有源滤波器的特点。
16、什么叫模拟展宽器画出模拟展宽器的原理图及输出波形；
17、简述模拟展宽器的技术指标;
18、什么叫采样保持器
19、什么叫基线恢复器作用是什么
20、基线恢复器的种类有哪些
21、画出无源和有源CD恢复器的原理图;
22、画出无源和有源CDD基线恢复器的原理图,并简述其工作原理.
23、使用基线恢复器应注意哪些问题
第八章脉冲幅度分析器习题
1、简述脉冲幅度甄别器的功能；
2、对于脉冲幅度甄别器，当输入信号过窄时，即使幅度达到甄别阈，输出脉冲也只能上升
到不大的数值，因而不能被后级记录下来。为什么
3、在核电子仪器中，常用哪种电路作为脉冲幅度甄别器
4、什么叫能谱曲线
5、简述脉冲幅度甄别器的主要特性
6、单道脉冲幅度甄别器的作用是什么
7、画出单道脉冲幅度甄别器的原理图。
第九章时间信息的获取和处理习题
1、核电子学中的定时器由哪些部分组成
2、什么叫时间检出电路
3、什么叫符合测量
4、什么叫波形甄别
5、什么叫时间信息变换
6、时间电路定时误差的主要原因有哪些
7、时间游动的含义
8、时间晃动的含义
9、时间漂移的含义
10、什么叫触发比
11、前沿定时的优点和缺点
12、什么叫过零定时
13、过零定时电路的优缺点
14、恒比定时的概念及其特点
15、什么叫ARC定时
16、试比较前沿触发、过零触发、恒比触发、ARC定时触发的特点
17、符合测量系统的最小分辨时间取决于哪些因素
18、脉冲波形甄别的方法有哪些
19、时间信息变换的方法有哪些各有什么特点
第十章多道分析器习题
1、简述多道脉冲幅度分析器的工作原理
2、多道分析器的数据获取方式有哪些
3、什么叫多定标器测量方式
4、什么叫飞行时间测量
5、什么叫剥谱一般用于什么目的
第十一章计数设备习题
1、计数设备的种类有哪些；
2、简述定标器的功能；
3、简述计数率计的功能
4、用定标器测量随机信号时，为什么允许输入的最大平均计数率n比定标器的指标f max
要小的多
5、改进计数率计线性的方法有哪些
第12 章核电子学新进展
1、常用的EDA软件有哪些
2、运用Protel或Multisim软件进行电荷灵敏前置放大器的设计与仿真，写出实验报告。
3、基于ARM的嵌入式系统设计有哪些优点
4、如何进行基于ARM的能谱仪设计
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 ）
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 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 - - - ∴=---+- ?? ?? 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 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。 《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题 一、填空题（20分，每小题2分） 1．α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：激发、电离 2．γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、形成电子对 3．β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射 4．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，分辨时间约为：几μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：一百μs。 5．电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量成正比。 6．半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高，是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 7．由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器，一般用来探测α射线的强度 8．由NaI(Tl)组成的闪烁计数器，一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度 9．电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。 10．正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量 11．Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度 12．金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度 13．Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强 度、能量和强度 14．HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量 15．对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积 16．对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收 17．Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与工作电压无关。 18．前置放大器的类型主要分为以下三种：电压型、电流型、电荷灵敏型19．前置放大器的两个主要作用是：提高信-噪比、阻抗匹配。 20．谱仪放大器的两个主要作用是：信号放大、脉冲成形 21．滤波成效电路主要作用是：抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求 22．微分电路主要作用是：使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号 23．积分电路主要作用是：使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24．单道脉冲幅度分析器作用是：选择幅度在上下甄别阈之间的信号25．多道脉冲幅度分析器的道数（M）指的是：多道道脉冲幅度分析器的分辨率 26．谱仪放大器的线性指标包括：积分非线性INL、微分非线性DNL 二、名词解释及计算题（10分，每小题5分） 1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数，可用 全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示 2.探测效率：定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面) 的粒子数之比 3.仪器谱：由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图， 是一连续谱 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。 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： 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: 《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 - - - ∴=---+- ?? ?? 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 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i o(t) I o ge t/时，求此电流脉冲在 探测器输出回路上的输出波形并讨论RoCoVV T的情况。 V o(s) = l o(s) ? [R o// (1/sc)] =I o[1/(s+1/T )] ? [R o(1/sc o)/( R o+(1/sc o)) =(I o/ c o) ? {1/[(s+1/ T ) (s+1/ R o c o)]} 当 R o c o<< T 时，T—R o c o ~T io(t) 1 =~ /1 - sH - t) ■告严‘+竽匚’曲-十) 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 n (FWHM) NE 心 1-1 T s s Q I _尹 T 厂矗 U 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。 1.8试计算常温下（设T=300K ） 5M Q 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。 Jdv 2 \'di 2 R 2 「「 df R 2 2.88 10 5V ?- E lev 2 2 ??? V ?2E/e 0.126V 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。 \丿2I D e df 5.66 10 11A = 5.66 10 3 = 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 南华大学2009–2010学年度第二学期 核电子学课程试卷(A卷、07级核工程与核技术、核物理、核防护、反应堆工程、核技术专业、08级核物理专业) 考试日期：2010年6月11日考试类别：考试考试时间：120分钟 一、填空题：（每空 1 分，共 20 分） 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 均电离能eV 62.3=?,估算能量变换增益A CE 为（ D ） A.10000 B.106V/C C. 500 D.44.4mV/MeV 4. 前前置放大器输出的噪声功率谱密度为（ C ） A. ω ω 2 2 2 c b + B. ω ω ω2 2 2 2 c b a + + C. ω ω 2 2 2 2 c b a + + D. 2 2 3 2 2 ω ω c b a + + 5. n 节放大节组成的放大器，放大器上升时间和各放大节上升时间的关系为t r = （ A ）。 A. 2 2221rn r r t t t +???++ B. rn r r t t t +???++21 C. rn r r t t t +???++21 D. 2 2 22 1rn r r t t t +???++ 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：描述噪声在幅度域内的分布密度 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。 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 场效应管栅极漏电流噪声 反馈电阻热噪声 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C Σ （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。《核电子学》习题解答
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