搜索
1.核电子学是什么? 辐射探测技术与电子技术相结合的学科,把辐射信息转换成电信号或光信号然后用电子学方法获取,进行处理和分析。 2.噪声的种类,特点和产生原因 散粒噪声:由载流子数目的涨落引起;特点:○1散粒噪声与载流子运动速率无关○2平均电流大,电子涨落大,噪声电流大 热噪声:载流子做随机运动引起;特点:○1热噪声与导体或电阻温度有关,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经电阻的平均电流无关○3实际脉冲宽度在ps级别 低频噪声:不明确;特点:噪声电压随频率降低而增大,性能优良的器件可忽略 3.噪声的来源:物理过程、电子器件、外部干扰 1.噪声主要参量和物理意义 概率密度函数:描述噪声早幅度域内的分布密度 均方值:表示噪声的强度 自相关函数:提供噪声在时间域内相关信息 功率密度函数:给出噪声功率在频率域内的分布 2.核数据获取与处理的方法图 3.简述傅立叶变换和拉普拉斯变换的特点○1模拟和离散系统内,FT用于频域分析;模拟系统内,LT作复频域分析○2FT便于分析系统的频率特性,分析信号频率和噪声的功率谱○3LT便于分析系统时域和系统参数的关系,系统的稳定性等性能,分析信号波形 1. 总结几种探测器的对比 参数 气体电离室 正比计数器 半导体探测器 闪烁体探测器 能量电荷转换系数 θ=1$ w=30eV θ=#$ w=30eV θ=1$ w=3eV θ=#$ w=300eV 固有分辨率 Vm=$%& 较好 Vm=$%&' 较好 Vm=$%&' 最好 Vm=$%&' 差 线形 低能物理实验中具有较好的线性 工作电压较低时线性和电离室接近 对各种粒子具有良好的线性 线性差 稳定性 栅流声 10-3 基本无噪声 10-3 散粒噪声 10-3 暗电流 10-4 2.电荷灵敏前放优点:VOM稳定性高,可用能量分辨率较高的谱仪。Cf起积分作用,当A很大时,Cif=Ci+(1+A)Cf 3.电流、电压、电荷灵敏前置放大器特点 电流灵敏前放输出快,对输出电流信号直接放大,用于快放大器,但其相对噪声大,主要用于对时间测量系统;电压灵敏前放与电荷灵敏前放都用于提供探测器输出的电荷信息,在要求不高时电路比较简单,用于能谱测量分析系统;电荷灵敏前放和电压灵敏前放主要用于能谱测量系统,电荷灵敏前放比电压灵敏前放输出电压稳定性高,可用于高能量分辨率系统 4.1MeV射线全部消耗与半导体探测器中时,可输出多大幅值的信号？分辨性能如何 Cf=10pf=10-11f E=1MeV Q=Ee/`w=5.1*10-14C VOM=Q/Cf=5.1MeV 分辨性能好 5.当输出冲击电流I(t)=Q*δ(t),求V0(t),当Cf=1pF,Rf=109Ω,画波形 Q=#`$% VOM=%&'=()*&' VOt=-'()*+e--./0/ Cf=1pfRf=109Ωτ=RfCf=1*10-3s=1ms 6.前放和主放区别: 前放:实现电荷到电压脉冲的转换,对探测器输出信号放大,尽量提高信号的信噪比 主放:对探测器输出电压信号进一步放大,用多种方法对信号进行处理,已尽量提高能量分辨率 1.写出下列几种电路的冲激响应和频率响应 冲激响应 频率响应 RC积分电路 ht=1%&'-)*+*u(t) Hw=11+&'() CR微分电路 ht=$t-1'()-*+,*ut Hw=$%&'1+$%&' RC并联电路 ht=1%&-()**u(t) Hw=$1+'($) 2.表示系统噪声分类方法和意义 等效噪声电压ENV:实际存在于放大器输入端的噪声功率谱和放大器的频率相应 等效噪声电荷ENC:输入信号电荷量Q与输出信噪比η之比 等效噪声能量ENE:等效噪声电荷数与探测器平均电离能的乘积 等效噪声晃动:噪声引起定时误差的均方根差值 输入端的噪声不是等效噪声电压,因为Vn/A不是一个实际物理量,噪声均方值正比于A 3.设f(n)服从高斯分布,求证能量分辨FWHM=2.36σN ,能量分辨率R=2.36σN/N 证明: 4.简述核辐射探测器中噪声的种类特点和产生机理 散粒噪声:载流子数目发生波动引起电流瞬间涨落;与电子热运动速度无关,其平均电流大,电子数涨落大,噪声电流大。 热噪声:自由电子不停地做热运动,由于电子不断和正离子碰撞,外回路感应电流起伏变化;与电阻或导体的温度有关,温度升高热运动增强,热噪声与外加电压无关 低频噪声:原因未知;电压低,频率低,噪声电压随频率降低而增大 5.写出各种噪声的功率密度谱及函数表达式 ○1散粒噪声 s(w)=2n2Q2δ(w)+nQ2/π sS(w)=2I2 δ(w)+Ie/π=Ie/π ○2热噪声 sT(w)=2Kt/ π R ○3低频噪声 sF(w)=AF/w=AF/2 πf 1.简述最佳滤波器、白化滤波器和匹配滤波器,三者关系 最佳滤波器可使信噪比最大;白化滤波器把噪声转化为白噪声的一级频率相应为H1(w)的滤波器;匹配滤波器为当输入信号频率为其频率响应的复共轭时所获信噪比最佳的滤波器 在输入噪声不是白噪声时,利用一个白化滤波器把噪声白化,再串联一个匹配滤波器,可得最佳滤波器 2.极零相消的作用 在几级相串联的系统中,将前级传递函数的极(零)点与后级的零(极)点相消,从而改善输出波形的方法 3.简述滤波成形电路的时间常数,输出脉冲宽度和能量分辨率的关系 峰持时间tw=twd+tdl 达峰时间(tM=tMd+tdl)为从输出超过εVM至达到峰值VM的时间 延迟时间tdl为从冲击输入时到输出达到εVM的时间 峰底宽度称为脉冲宽度twd 4.CR-(RC)m滤波成形电路的信噪比和时间常数m的关系 CR-(RC)m滤波成形网络由一次CR微分与m次RC积分电路组成,存在一个与m相关的最佳时间常数τopt 当τ=τopt时信噪比最佳 5.简述成形电路造成幅度信息畸变的种类和原因 ○1弹道亏损:输入电流脉冲宽度有限时,它在并联RC电路上产生有一定上升时间的电压,幅度VM1恒小于同样电荷的冲击电流产生的幅度VM ②堆积畸变:冲击响应具有一定峰部和尾部,在输入冲击的计数率较高时,输出信号有可能堆积起来 峰堆积和尾堆积 6.简述峰展宽器、基线恢复器和堆积判弃的概念 ①峰展宽器:把信号封顶展宽的电路;用于保持信号的幅度信息②基线恢复器:用于消除基线偏移和涨落,改善能量分辨率③堆积判弃电路:通过判断输出冲击的时间间隔来判断是否发生峰堆积。 7.什么是幅度甄别及意义 幅度甄别:当脉冲输入信号的幅度低于某个定值时,没有输出信号;当超过某个定值时,可输出一个一定幅度的信号。这个定值即甄别域VT。甄别器可用于甄别幅度小于VT的信号、干扰和噪声,输入和输出信号为电压或电流脉冲 8.定标器:用来测量在一定时间间隔内的输入脉冲数,由计数电路和计时电路组成 计数率计:直接指示计数率-单位时间平均输入脉冲数,差异由成形电路决定 1.时检电路存在的定时误差和成因 时间游动:由于输入信号幅度和波形的变化,引起时检电路输出脉冲产生时间的游移变动 时间晃动:由于探测器输出的信号统计涨落,及系统中存在的噪声,引起时检电路输出脉冲产生时间的涨落 时间漂移:时检电路和探测器中对温度,电源电压敏感并容易老化的元件引起的定时误差 2.常用时间检验方法及优缺点 方法 优点 缺点 前沿触发定时 电路简单,噪声引起的时间晃动比恒比定时和ARC定时的小 时间游动影响大 过零定时 可以消除信号幅度变化引起的时间游动,噪声引起的时间晃动最小 不能消除信号波形变化引起的时间游动,触发比大,不一定是最佳触发比,不易调节f 恒比定时 可消除信号幅度变化引起的时间游动,减小信号统计涨落引起的定时误差,触发比为恒定常数,使用时方便调节,使晃动最小 不能消除信号波形变化引起的时间游动,噪声引起的时间晃动比前沿定时稍大 ARC定时 能同时消除幅度及上升时间引起的时间游动 达峰时间变化时,触发比f不恒定,波形涨落的影响比较大,过零斜率小,噪声的影响大 3.什么是符合测量及其意义 选择时间相同或相关的信号,舍弃无关事件 4.脉冲波形甄别的作用和方法？ 作用:测出同时存在的各种粒子能谱,避免相互重叠;甄别粒子的种类;剔除某种本底粒子 方法:电荷比较法,时间比较法 1.时间幅度变换方法 把时间间隔转变为幅度与之线形相关的模拟脉冲,再采用ADC转换 2.什么是单道分析器 可以选择一定幅度范围内信号的幅度甄别器,只有当输出信号脉冲的幅度介于给定的电压范围VL至VO之内,才输出信号脉冲,可选择一定幅度范围内的信号 3.什么是多道分析器 研究具有统计性核辐射现象的一种分析设备,可同时选择多个幅度间隔内的脉冲信号。由输入部分、储存器、运算器组成。作用(获得的信息):幅度值,时间谱,辐射强度随时间变化关系,射线能谱,反射性核素衰变曲线等