核电子学复习

1、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。=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

2、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U=UTn-UTn+1中的计数N。N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

3、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：s量级的定时快定时：ps量级的定时（还有ns的说法）自然全谱：用仪器测得的，能量在及时keV-2.62MeV的自然仪器谱。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

4、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

5、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。核仪器：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

6、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

7、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

8、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

9、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，从而缩短电容充放电时间；（4）在输入端加一级限幅电路限制过载脉冲。自行推导（参照第10题幂函数推导）36.无源积分电路的缺点？带负载能力差；无放大作用；特性不理想，边缘不陡37.基线漂移的原因？信号堆积使基线发生涨落。此外，即使是无“长尾堆积”的系列脉冲通过C

10、R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。38.基线漂移的危害？基线漂移造成脉冲幅度分析不准，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。39.解决基线漂移的方法？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，也是克服基线漂移的措施之一。除掉产生基线漂移的级间耦合电容。各个放大环节之间采用直接耦合。采用直流恢复器或基线恢复器。40.从探测器出来的脉冲信号经前置放大器和谱仪放大器放大后，需要进一步处理，处理方

11、式根据不同要求一般可以分成哪几种？脉冲计数(强度测量)；脉冲幅度分析(能谱测量)；脉冲信号时间分析(时间测量)。41.简述脉冲幅度甄别器的工作原理？它有一个阈电压，称为甄别阈，输入脉冲的幅度大于甄别阈时，输出一个脉冲；小于甄别阈时，则无脉冲输出。42.简述单道脉冲幅度分析器的工作原理？单道脉冲幅度分析器(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(ULUU)内，才有脉冲输出。而输入脉冲幅度小于UL或大于UU时都没有脉冲输出。43.脉冲幅度甄别器、单道冲幅度分析器，可认为是一种简单的A/D转换器吗？为什么？可以44.例举至少四种可实现模拟量到数字量的单元电路或器件？ADC、脉冲幅度

12、甄别器、单道脉冲幅度分析器、多道脉冲幅度分析器、45.对脉冲幅度甄别器、单道脉冲幅度分析器的基本要求？1）对脉冲幅度甄别器的基本要求：响应速度快、死时间短（采用开关二极管、高速电压比较器）甄别阈稳定性高（采用滤波电容、基准电压源）2）单道：所测量的核素的半衰期远大于测量时间；每测一次后，需要逐点改变阈值46.获取多道能谱有哪几种方案？多个单道叠加；多个脉冲甄别器叠加；基于模数变换和存储技术的多道分析器；数字多道分析器47.采用一个脉冲幅度甄别器如何测量能谱？对测量对象的半衰期有何要求？有何不足？输入脉冲的幅度大于甄别阈时，输出一个脉冲；小于甄别阈时，则无脉冲输出。半衰期要求：不足：48.采用一

13、个单道脉冲幅度分析器如何测量能谱？对测量对象的半衰期有何要求？有何不足？单道脉冲幅度分析器(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(ULUU)内，才有脉冲输出。而输入脉冲幅度小于UL或大于UU时都没有脉冲输出；通过改变单道脉冲幅度分析器的甄别阈，逐次测量获得能谱数据。半衰期较长，远大于测量时间；不足：测量能谱的简单方法。但是每测一次后，需要逐点改变阈值，既费时间，又容易受到仪器不稳定的影响，测量误差比较大。49.采用多个单道并联叠加组成的多道分析器，如何测量能谱？有何不足？50.采用多个积分甄别器并联叠加组成的多道分析器，如何测量能谱？有何不足？51.如何实现双道脉冲幅度分析

14、器？两个单道叠加52.简述基于一般性能的模数变换器和存储技术的多道分析器基本原理？按输入脉冲的幅度大小进行分类计数。它将分析的脉冲幅度范围分成多个幅度间隔，这些幅度间隔的个数就是分析器的道数；而幅度间隔的宽度就是道宽。53.多道能谱测量的计数和定时，有哪几种工作方式？第一种工作方式为“定数计时”，即某一道计数达到一预定数时，所需要的测量时间；第二种工作方式为“定时计数”，即获取在一预定的时间内各个道的计数；第三种工作方式为“校正定时计数”，或称之为“活时间定时计数”。54.实时间、活时间及死时间的关系？百分死时间是怎么定义的？实时间RT=活时间AT + 死时间DT百分死时间=（死时间/实时间）

15、×100%55.画出开关复位型前放电路，输出哪种信号，有何特点？56.画出阻容反馈型前放电路，输出哪种信号，有何特点？57.采用高速ADC实现数字多道脉冲幅度分析器，能否直接对前放输出的信号进行高速采样？58.数字多道的特点？有利于信号不失真地传输；省却了传统谱仪为进行多道脉冲幅度分析而设计的诸多硬件的“功能模块电路”(例如，脉冲成形电路、峰值保持电路等) 在前端对模拟信号进行数字化，有利于提高信号后续处理模块的集成度；有利于信号处理的软件化；有利于信号的智能化处理；一旦实现了信号的数字化，就可以灵活、方便地运用各种数字信号处理技术(例如，数字滤波器等)，改善有用信号的质量，提高信噪

16、比。59.定时误差按误差产生的原因分为哪几类？时间移动和时间晃动60.时间信息测量中，常用的定时方法有哪些？前沿定时、过零定时和恒比定时61.前沿定时电路的工作原理？62.前沿定时电路的优缺点？优点：电路简单，噪声引起的时间晃动比恒比定时明显。缺点：时间移动大，定时误差大63.前沿定时的误差来自哪些因素？时电路存在延迟；超阈延迟的存在增大时间移动；噪声引起的时间晃动（时检电路输入信号上叠加的噪声引起的晃动；时检电路本身的噪声引起的晃动）；输入信号统计涨落引起的时间晃动64.超阈延迟及与前沿斜率的关系。信号前沿斜率越小，超阈延迟通常越大65.识图分析，时检电路输入信号上叠加的噪声引起的晃动，时检

17、电路本身的噪声引起的晃动。66.G-M计数器、正比计数器、闪烁体探测器、半导体探测器对射线测探测的性能：能量分辨情况、能量线性，各具哪些特点。67.过零定时电路的工作原理？对前沿触发定时电路，要在输入信号幅度变化时不产生时间移动，只有UT0。Af (tT ) UT = 0为消除幅度变化引起的时间移动，必须利用信号过零时间作为定时点，称为过零定时。68.过零定时电路的优缺点？优点：消除信号幅度变化引起的时间移动。缺点：其它引起定时误差的因素不能消除。69.符合测量可分为哪两种测量？正符合测量和反符合测量70.理想的符合和实际的符合，含义分别是什么？理想的符合是指两个事件在时间上是完全重合的，但实

18、际上这是不可能的，因为任何一个（核）事件都有一定的时间过程。实际的符合是指事件在一定的时间间隔内的重合。71.时间-幅度变换。实现时间-幅度变换就是把时间长短变换成幅度的大小。按工作原理的不同，可以把时幅变换分成两类：起停型时幅变换器；重叠型时幅变换72.脉冲波形甄别器及用途。脉冲波形甄别器是指按脉冲信号的形状不同对脉冲进行分类。脉冲信号的形状包括幅度、上升时间、下降时间、宽度等。一般，脉冲波形甄别不包括脉冲幅度甄别用途：粒子甄别；它还可用于除掉锗(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73.定标器的功能？测量一定时间内的输入脉冲数74.能谱数据处理一般包括哪些具体内容？定

19、性分析：能量刻度、谱数据平滑、寻峰、核素识别定量分析：本底扣除、求峰面积、重峰分解、定量分析、效率刻度等75.对能谱仪及采集的数据进行刻度，一般包括哪些具体内容？主要指能量刻度、效率刻度、峰形参数刻度。76.采用一般性能模数变换器多道分析器为什么要峰值保持？一般，谱仪放大器放大后的信号脉冲峰顶宽度较窄，不符合A/D转换时间要求，对脉冲展宽，使峰值保持足够长时间，保证A/D转换过程峰值稳定。77.仪器谱出现谱漂的原因？高压电源不够稳定；放大器的放大倍数不够稳定；基线漂移78.减小仪器谱谱漂的措施？（1） 稳谱技术高压电源不够稳定，放大器的放大倍数不够稳定采用稳谱装置。（2） 基线恢复入射粒子能量太高，级间电容耦合，产生基线偏移基线恢复器；（3） 重新确定峰位和峰边界针对谱峰平移，实时、智能判断谱漂，重新寻找并确定峰位，重新、及时地确定谱峰地左右边界。79.稳谱装置的基本原理？就是对谱仪的中前间级加上具有选择功能的反馈控制环节。80.准高斯成形信号的特点？81.直流稳压源的基本原理？从市电变换到正的低压直流电需要哪几步？直流电源是将220V（或380V）50Hz的交流电转换