核电子学与核仪器资料Word下载.docx
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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。
8．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）
9．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
10．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
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。
11．简述光电倍增管的工作原理
工作时，各电极上依次加有递增的电压，当光阴极上打出的光电子经电场加速，打到第一个倍增电极上时，每个光电子能够从这个倍增电极上打出3－6个电子，这些电子又被电场加速，又会在下一级倍增电极上打出3－6倍的电子来，这样不断地增殖，阳极上就可以收集到一大群电子，形成一幅度足够大的电脉冲，由阳极输出。
12．测量α射线采样哪种闪烁体？
需要注意什么？
常用的α闪烁体为ZnS（Ag）晶体。
其外不应有覆盖物，闪烁体做成一层薄膜，使其厚度稍大于α粒子在此闪烁体中的射程。
13．测量β射线采样哪种闪烁体？
是有机闪烁体或塑料闪烁体，测量β射线时，闪烁体厚度要大一些为了消除α射线的影响，β闪烁体需要外包一层铝箔，并可屏蔽光线。
14．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？
在进行一般强度测量时，各极电压没有特殊要求，用做能谱测量时，分压电阻不宜太大光电倍增管内有电流脉冲通过时，各极电压波动可以较小
15．使用闪烁计数器有哪些注意事项？
①光电倍增管必须避光使用，严防漏光。
②为使闪烁计数器正常工作，应提前接通电源，使光电倍增管达到稳定工作状态。
③闪烁体及光电倍增管均应避光保存。
④光电倍增管及管座应该保持清洁干燥，不发生发生漏电。
⑤工作时，磁场对光电倍增管有影响，应采取屏蔽措施。
⑥光电倍增管应选择合适的高压。
⑦使用时应该仔细检查光电倍增
16．气体探测器有哪几种？
电离室、正比计数器和盖-勒（G-M）计数器统称为气体探测器。
17．电离室有哪两种类型？
分别解释之。
一种是记录单个辐射粒子的脉冲电离室，主要用于测量重带电粒子的能量和强度。
按输出回路的参量，脉冲电离室又可分为离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。
另一种是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室和累计效应的累计电离室，主要用于测量X、γβ和中子射线的强度或通量、剂量或剂量率。
它是剂量监测和反应堆控制的主要传感元件。
18．解释：
气体探测器的气体放大现象
气体放大现象，即被加速的原电离电子在电离碰撞中，逐次倍增而形成电子雪崩。
19．与电离室相比，正比计数器有哪些优点？
（1）输出的脉冲幅度较大。
（2）灵敏度较高。
（3）脉冲幅度几乎与原电离的地点无关。
20．G-M计数器探测射线具有哪些优、缺点？
G-M计数器探测射线具有以下优点
（1）灵敏度高2）脉冲幅度大（3）稳定性高4）计数器的大小和几何形状可按探测粒子类型和应用要求在较大范围内变动5）使用方便、成本低廉、制作工艺和仪器电路都比较简单.
G-M计数器的主要缺点是：
①不能鉴别粒子的类型和能量；
②分辨时间长，约102μs，不能进行快速计数；
③正常工作的温度范围较小；
④有乱真计数。
21．何为G-M计数管的坪曲线？
有何特点？
在强度不变的放射源照射下测量计数率随工作电压的变化称为坪曲线。
曲线的特点是当工作电压超过起始电压
时，计数率由零迅速增大；
当工作电压继续升高时，计数率缓慢地随电压增大而增大，并有一个明显的坪存在，工作电压再继续升高，计数率又急剧增大，这是因为计数管失去猝熄作用，形成连续放电.
22．使用G-M计数管有哪些注意事项？
（1）使用前应大致了解该型号计数管的性能
（2）严禁计数管发生连续放电情况，一旦发生应立即断掉高压。
（3）探测射线不能太强，计数率不能过高
23．半导体探测器有哪些优、缺点？
半导体探测器的主要优点
（1）能量分辨率很高。
2）可以制成高空间分辨和快时间响应的探测器。
（3）测量电离辐射的能量时，线性范围宽。
半导体探测器的主要缺点
（1）对辐射损伤较灵敏，受强辐射后性能变差。
（2）常用的锗探测器，需要在低温（液氮）条件下工作，甚至要求在低温下保存，使用不便
24．影响金硅面垒探测器能量分辨力的主要因素有哪些？
（1）输出脉冲幅度的统计涨落:
（2）探测器和电子学噪声
由P-N结反向电流及表面漏电流的涨落造成；
电子学噪声主要由第一级FET构成，包括：
零电容噪声和噪声斜率。
噪声的表示方法：
等效噪声电荷ENC.
（3）窗厚度的影响:
式中
为单位窗厚度引起的能量损失.总线宽为：
25．解释半导体探测器的辐射损伤效应。
半导体探测器受强辐射照射一段时间以后性能会逐渐变坏，这种效应称为半导体探测器的辐射损伤效应，简称辐射损伤或辐照效应。
26．解释PIN探测器及名称由来。
60年代，采用锂漂移技术在P型和N型半导体之间，得到受主杂质浓度和施主杂质浓度平衡的高电阻率补偿材料区，该区具有的性质与本征材料类似，通常以I（Intrinsic）表示，简称I区，又叫补偿区，它是探测器的灵敏区，其厚度可以达到10mm以上。
锂漂移探测器是P-I-N结构，习惯上又称为PIN探测器。
27．解释内放大探测器名称由来及工作原理。
普通的半导体探测器只收集入射粒子在灵敏体积内产生的载流粒子，输出的脉冲幅度比较小，从而限制了探测器对低能辐射的探测。
为了解决这一问题，研制出了一种在探测器内部对信号（与噪声相比）优先放大的探测器，称为内放大探测器。
当一个PN结探测器所加偏压足够高时，在PN结的整个电荷区形成一定强度的电场，入射粒子产生的载流粒子从电场获得的能量足以使其中的漂移电子在收集过程中又产生新的电离，即产生新的空穴-电子对。
这些次级载流粒子如果得到足够的能量就能再次产生电离…，这样一个级联过程会使初始的信号有一个显著的放大
28．什么是导体、绝缘体、半导体
（1）导体：
存在满带、导带（部分填满，且存在许多空着的能级）所以可以从电场获得能量，经碰撞损失能量产生电荷宏观流动产生电流。
（2）绝缘体：
存在满带、空带，禁带宽度大，在加电场下，满带电子由于填满不会获得能量跃迁到高能级，而导带虽有空能级但无电子因而不能产生电流，而不导电。
（3）半导体：
存在满带、导带（为空），禁带宽度窄，在一定温度下满带里的电子会跃迁到导带这是满带既有空位且导带有电子，从而使晶体有了导电性。
29．什么是本征半导体、杂志半导体，N型半导体、P型半导体。
（1）本征半导体：
理想、无杂质的半导体.由于热运动而产生的载流子浓度称为本征载流子浓度，且导带中的电子数和价带中的空穴数严格相等。
载流子浓度：
（2）杂志半导体：
替位型，间隙型；
（1）替位型：
III族元素，V族元素；
（2）间隙型：
Li，可在晶格间运动。
（3）N型半导体：
施主杂质为V族元素，其在半导体中形成的局部能级接近禁带顶部（即导带底部），
表示该局部能级与导带底带的能量差值，则
。
在室温下，杂质原子的原来处于其局部能级上的电子很易因热运动而进入导带，使导带中的电子数增多，并使该杂质原子自身处于离化状态。
这类杂质原子越多，则导带内的电子局越多。
杂质原子成为正电中心，这类在导带中产生电子的杂质称作“施主”，它们所产生的局部能级称作“施主能级”。
掺有施主杂质的半导体称为N型半导体。
（4）P型半导体：
受主杂质为III族元素，受主杂质在半导体中形成的局部能级一定很接近禁带底部（即满带顶部），
表示该局部能级与满带顶部的能量差值，则
.室温下满带中电子容易跃迁这些能级上；
在满带中出现空穴。
所以，此时多数载流子为空穴，杂质原子成为负电中心。
这类杂质称为“受主杂质”，所产生的局部能级称为“受主能级”。
掺有受主杂质的半导体称为P型半导体。
30．分析P-N结半导体探测器的工作原理。
（1）势垒区——灵敏体积
（2）结区外的两部分半导体——二个电极（3）一旦入射粒子在势垒区产生了电子-空穴对，电子与空穴将立刻被电场扫向两边，从而给出信号电流。
在探测器商家反向相电压V，当射线入射结区后所产生的电流信号将在负载电阻R上产生电压脉冲信号在经过放大后加以测量。
31．解释HGe探测器不同位置输出波形的特征及形成原因？
核电子学
1．核电子学的概念
核电子学（nuclearelectronics），是在核辐射探测技术和电子技术的基础上发展起来的，它是电子学与核科学之间的一门交叉学科。
2．核电子学的研究对象
各种辐射探测器及与之相应的电子电路系统；
针对核信息的随机性、统计性和单次性等特点的各种精密电子测量技术、时间间隔、空间分辨；
配有在电子计算机的核电子系统，用于在核科学技术和高能物理实验中实时获取并处理巨量核信息。
在实验全过程不间断的对整个系统工作的监测和控制。
3．按照测量辐射信息参量的不同，（核）辐射测量仪器可分为？
它们的差别主要在于？
总道（总量）测量仪器和能谱测量仪器两大类它们的差别主要在于，对射线产生的脉冲信号处理电路不同。
4．测量仪器的电子学电路主要由哪些部分组成？
简单的工作过程是？
由前置电路、放大电路、脉冲幅度甄别器或脉冲幅度分析器、脉冲记录和处理电路、显示器、电源以及有关辅助电路等部分组成。
2当射线进入辐射探测器，与其作用后转换成电脉冲信号，该信号首先传入前置电路进行适当地处理和放大，经放大后的脉冲信号（可稍远距离传输），通过电缆传送到仪器的主体部分，再次被放大，以保证后续电路能够记录得到
5．为什么将放大器分为前置放大器和主放大器。
为了减小信噪比要尽量使放大器尽量靠近从探测器，但如果把整个放大器做入探测器，系统会比较笨重，并且可能受到探测器周围的条件限制，因此把放大器分为前置放大器和主放大器。
前置放大器比较小，紧靠探测器构成探头，减了Cs。
主放大器通过电缆核探头相连。
6．为什么要主放大器或谱仪放大器？
前置放大器输出的脉冲，其幅度和波形并不适合于后续分析电路的要求。
所以，要对信号进一步放大和成形。
为了提高信噪比和提供脉冲幅度分析器所要求的脉冲形状，也必须采用脉冲成形放大电路
7．前置放大器的作用
在辐射测量中，探测器输出的信号往往较小，需要加以放大再进一步处理
①提高系统的信噪比。
②减小信号经电缆传送时外界的干扰。
8．什么是主放大器？
在放大和成形的过程中必须严格保持探测器输出的有用信息，如射线的能量信息和时间信息，尽可能减少它们的失真。
这样的放大和成形就由放大器来完成。
用于核辐射能谱仪的放大器，通常也称为谱仪放大器，或相对于前置放大器，称之为主放大器。
9．谱仪放大器的原理方框图。
10．在谱仪放大器中，为什么一开始就采用滤波成形电路呢？
前置放大器的输出信号其尾部衰减时间通常在几十微秒以上，而上升时间约有几十纳妙。
这种“堆积信号”很容易使放大器阻塞而失去放大功能，因而，很难对信号进行线性放大。
为了缩短脉冲后沿，脉冲成形电路是必不可少的。
11．放大器的幅度过载概念与克服幅度过载的主要方法有？
在放射性测量中，往往有一些高能射线，在探测器中产生比被研究的脉冲幅度大几十倍的甚至使上百倍的脉冲，这样的脉冲使放大器超出线性范围的同时，还使其后一段时间内到来的低能射线信号得不到正常放大，从而使测量产生误差。
这种现象就是放大器的幅度过载，克服幅度过载的主要方法有：
①采用直接耦合电路②采用限幅措施
12．基线漂移的产生原因与危害？
信号堆积使基线发生涨落。
除此以外，即使是无“长尾堆积”的系列脉冲通过CR微分网络时，由于电容在放电时间内，未能把存储的电荷放完，当下一个脉冲到达时，电容上剩余的电荷将引起这个后来脉冲的基线发生偏移，其结果使能谱峰位移动，能量分辨能力下降，在高计数率的情况下，表现得尤为突出，
13．解决基线漂移问题的途径与实现？
①在主放大器的一开始设置微分成形电路，使脉冲变窄，尽可能消除脉冲重叠现象，减小基线漂移。
如前面所述，采用的极-零相消成形电路，它也是克服基线漂移的措施之一。
②除掉产生基线漂移的耦合电容。
各个放大环节之间采用直接耦合。
③采用直流恢复器或基线恢复器。
14．脉冲幅度甄别器基本原理？
用作脉冲幅度选择的基本电路是脉冲幅度甄别器。
它有一个可以调节的阈压，称为甄别阈当输入脉冲幅度大于给定的甄别阈时，输出一个脉冲；
当输入脉冲幅度小于给定的甄别阈时，则没有脉冲输出。
15．积分谱与微分谱
如果改变阈压
，记录到相应的大于
的脉冲数为
则所得到的脉冲数
与阈压
的关系就是脉冲幅度的积分分布，如图（c）所示，通常称为积分谱
16．系统的“死时间”
一个理想的甄别器应该有快速响应性能，它能处理两个时间间隔十分相近的脉冲，这种时间间隔的最小值称为脉冲幅度甄别器的死时间。
17．单道脉冲幅度分析器工作原理？
单道脉冲幅度分析器，也称微分甄别器，要求只有输入脉冲幅度落在给定的电压区间范围
内，才有脉冲输出。
而输入脉冲幅度小于
或大于
时都没有脉冲输出，
18．如何采用单道脉冲幅度分析器测量能谱？
因此，若保持道宽
一定，改变
（
同时改变），测量在不同的
时，一段时间内输出的脉冲计数N，就可得到计数率与脉冲幅度之间的关系曲线
19．为什么要解决谱线漂移？
谱线发生偏移，或称为漂移，也就是谱线（谱峰）的位置发生了变化，它是能谱测量仪器不稳定的一种表现，是能谱分析过程中应该极力避免的，但是，又是避免不了的，只是谱漂的程度大小而已。
谱线发生漂移，本质上是，在入射粒子能量没有发生变化的情况下，（与粒子能量成线性关系的）脉冲幅度却发生了变化，导致在微分谱图中，谱峰位置发生变化。
20．解决谱漂的方法：
（1）稳谱技术
（2）基线恢复（3）基于谱分析的软件方法，重新确定峰位和峰边界
计算题
1、设用GM管测粒子强度，每分钟计数5×
105个。
假如该GM管之分辨时间为3微秒，试校正计数损失。
2、死时间分别为40和100的探测器A和B，若B探测器的死时间漏计数率是A探测器死时间漏计数率的两倍，求真实计数率是多少？
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UT，测量到相应的大于UT的脉冲数N（UT），得到N（UT）-UT分布曲线，得到的就是积分谱
微分谱：
从阈电压UTn上的脉冲计数减去阈电压UTn+1上的计数就可得到阈电压上间隔ΔU=UTn-UTn+1中的计数ΔN。
ΔN和UT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-UL>
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：
ps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。
弹道亏损：
电荷Q快速充在理想的电容C上，得到的电压是UMAX=Q/C.实际的电容存在漏电阻；
RC回路充电需要一段时间；
充电同时有微量电量损失，电容两端实际的电压必然小于UMAX=Q/C，这种现象称之为弹道亏损。
2、核电子学信号的特点：
随机性、信号弱、速度快、信号幅度跨度大
3.核电子学的发展趋势？
高度集成化、微型化、网络化、高性能
4.核电子学的内容和研究对象？
内容：
（1）核科学、高能物理、核技术中有关核辐射（和粒子）探测的电子技术；
（2）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；
（3）核技术应用中所需的电子技术、脉冲幅度、时间间隔、波形和径迹的精密测量和甄别技术、纳秒脉冲技术以及模数变换技术都是在核电子学中首先得到发展。
研究对象：
（1）各种辐射探测器及与之相应的电子电路或系统。
（2）针对核信号时间上的随机性、幅度上的统计性、波形的多样性以及信号采集需要加以选择等特点的各种精密的电子学测量技术。
（3）各种大型核电子学系统用于核科学技术和高能物理实验，实时获取并处理大量的辐射信息。
在实验过程中不间断地对整个系统的运行进行监测和控制。
（4）电子原材料、电子元件、器件和电子设备或系统在核辐射、强电磁场下的辐射效应和相应的抗辐射加固技术。
（5）核技术在工业、农业、军事、医学、生物研究等方面应用所需的电子技术。
5.举例：
核电子学与核仪器的应用领域。
举例：
放射性测量仪器的应用领域。
中子射线管、阴极射线管
测量仪：
气体电离室、正比计数器、半导体探测器、闪烁体探测器
6.入射射线所携带的信息包括哪些？
入射粒子能量、入射粒子数、强度、入射粒子类型
7.核电子学中的干扰和噪声：
概念、特点、噪声分类
干扰：
主要是指空间电磁感应，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）
噪声特点：
属于随机过程；
随时间的变化是杂乱无章的；
服从一定的统计规律
分类：
散粒噪声（探测器漏电流的噪声、场效应管栅极漏电流噪声）；
热噪声（场效应管的沟道热噪声、电阻元件的热噪声）；
低频噪声（场效应管闪烁噪声）
8.简述噪声对能谱的影响？
由于噪声是随机地叠加在信号电压上，它会使原来代表单一能量的信号幅度在平均值上下作统计涨落
由于噪声的存在，使得输出脉冲能谱产生“毛刺”，影响定量测量分析；
能谱幅度受到影响，影响测量结果
15.简述傅立叶变换、拉普拉斯变换及Z变换三者之间的区别及联系？
1）傅立叶变换可是对连续信号、也可是对离散信号。
如对连续信号，可以说它是拉普拉斯变换的特例。
2）拉普拉斯变换用于连续时间信号，它是傅立叶变换的推广，存在条件比傅立叶变换要宽，是将连续的时间域信号变换到复频率域；
3）Z变换则是连续信号经过理想采样之后的离散信号的拉普拉斯变换，所对应的域为数字复频率域。
离散时间信号傅里叶变换是Z变换的一种特例。
21.前置放大器的作用？
对信号进行初步放大；
提高系统的信噪比；
减少探测器输出端到放大器之间的分布电容的影响；
减少信号传输过程中外界干扰的影响；
合理布局，便于调节和使用；
实现阻抗转换与匹配
22.前置放大器的分类？
（1）与不同的探测器相配，可有不同的前置放大器：
电离室前置放大器；
正比计数器的前置放大器；
半导体探测器的前置放大器；
闪烁探测器的前置放大器。
（2）根据探测器输出信号成形方式的特点分类，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；
电流灵敏前置放大器
23.谱仪放大器的分类？
通用谱仪放大器；
快脉冲放大器；
弱电流放大器；
高能量分辨率高计数率谱仪放大器
24.谱仪放大器的结构。
为提高信噪比，采用滤波成形电路，一般采用1-2次微分和2-4次积分滤波成形电路。
在计数率高的时候，引入堆积拒绝电路和基线恢复电路。
25.极零相消电路的作用
作用：
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。
消除下降沿“反冲”，改善微分电路引起的基线漂移。
28.阶跃堆积信号、长尾堆积信号波形及特点
33.解决放大器幅度过载的方法？
（1）应尽可能采用直流耦合，从根本上消除电容充放电的现象；
（2）当有耦合电容时，从电路上采用差分输入形式可以具有良好的抗过载性能。
（3）使输入脉冲变窄，从而缩
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