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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

能量信息

强度分析

时间信息

位置信息

幅度甄别

数

能谱分析

线性放大

据

滤波成形

采

探测器前放

时间甄别

集

时间分析

堆积判弃

系

基线恢复

统

模数变换

位置分析

图像分析

信息检取 信号处理 数据处理

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

串联电流噪声

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

并联电压噪声

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 线性范围，当超出线性范围时，就要产生两种

情况：超过线性范围较小时，放大器还能正常工作 ；当超出线性范围很大时放大器在一段

时间内就不能正常工作。这种现象就称为放大器的幅度过载，不能正常工作的时间