-核电子学基础

效效判判据据。。然然后后，，按按照照合合理理的的安安全全系系数数进进行行加加固固设设计计。。从从器器件件生生产产、、电电路路设设计计到到组组装装成成电电子子系系统统，，每每个个环环节节都都可可加加固固，，

但但是是元元件件、、器器件件的的加加固固，，是是整整个个加加固固工工作作的的基基础础。。核核辐辐射射效效应应有有两两方方面面的的涵涵义义，，一一是是通通常常所所指指的的涵涵义义，，即即核核辐辐射射对对电电

子子材材料料、、元元件件、、器器件件和和设设备备的的影影响响效效应应；；另另一一是是指指核核辐辐射射直直接接转转换换为为电电磁磁场场的的效效应应，，即即核核电电磁磁脉脉冲冲效效应应。。辐辐射射对对材材料料造造成成的的损损伤伤，，主主要要有有三三大大类类：：①①、、使使材材料料的的原原子子离离开开原原来来的的晶晶格格位位置置，，产产生生位位移移，，称称为为辐辐射射位位移移效效应应；；②②、、使使材材料料中中的的原原子子电电离离，，称称为为辐辐射射电电离离效效应应；；③③、、高高能能辐辐射射产产生生的的次次级级荷荷电电粒粒子子，，在在运运动动中中穿穿过过材材料料界界面面，，因因电电荷荷

转转移移形形成成瞬瞬时时电电流流和和场场，，称称为为电电荷荷转转移移效效应应。。为为了了保保证证电电子子设设备备能能适适应应预预定定的的辐辐射射环环境境而而正正常常工工作作，，一一般般需需要要进进行行抗抗辐辐射射加加固固的的研研究究和和设设计计，，包包括括元元件件器器件件的的加加

固固、、电电路路的的加加固固和和结结构构、、材材料料的的加加固固等等。。对对一一个个实实际际的的电电子子系系统统的的抗抗辐辐射射加加固固技技术术很很复复杂杂,除除了了理理论论分分析析之之外外,往往往往需需

要要通通过过实实验验和和借借助助电电子子计计算算机机进进行行反反复复的的模模拟拟和和辅辅助助设设计计。。二、核电子学特点及发展核电子学（nuclearelectronics）核科学技术与电子科学技术相结合而形成的一门交叉学科。形成于50年代，其内容包括：核科学、高能物理和核技术中有关核辐射（和粒子）探测的电子技术；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；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。二、核电子学特点及发展

核电子学的研究对象包括：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大量核信

息，并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、核电磁场下的辐射

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时所需

的电子技术。二、核电子学特点及发展核电子学研究信号的特点随机性信号弱，但跨度大（

μV~几十伏）速度快脉冲上升沿快平均计数率高10-10~10-12s时间间隔短 级联辐射

10-9~10-12sCZT---碲锌镉探测器CdZnTe(CZT)可以在室温状态下直接将X射线和射线转光子变为电子。与硅和锗检波器相比，CZT是唯一能在室温状态工作并且能处理2百万光子/秒/平方毫米的半导体。另外，CZT分光率胜过所有能买到的分光镜。集优良的光谱性能和很高的计数率与一身，使它成为医疗、工业、安全防卫和实验室研发应用中的理想的探测解决方案。GEM探测器是一种新型微型气体探测器(Micrc-PatternGas

Detector),在粒子物理实验及低能X射线成像系统中有着较大的应用前景．文章研制了一种适用于低能X射线成像和带电粒子径迹测量的三级GEM气体探测器．使用放射源55Fe对其气体放大特性、电荷传输效率及能量分辨本领等性能进行了实验研究,重点研究了传输区电场对气体有效增益和能量分辨本领的影响．实验结果表明,三级GEM探测器的暗电流和噪声较小,有效增益能够达到105以上并稳定地工作,对5．9keV的X射线能量分辨率可达24％,传输区电场强度大于3000V／(cm·atm)时,能量分辨率基本稳定在30％左右。二、核电子学特点及发展CZT

detectorGEM

detector高密度读出探测器对于两幅图的比较可以看出右边的图更清晰，而左边的图显得模糊不清，这主要是由于左边这幅图的噪声干扰比较大，那么我们一般如何降低噪声提高信噪比呢？(使用能量分辨率好的探测器，在后级电路中使用低噪声元器件，电路的设计中尽量避免电路工作状态的不稳定)二、核电子学特点及发展如何更进一步降低噪声？ASIC：即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。二、核电子学特点及发展用于谱仪的集成放大器（1989）时间幅度测量ASIC（2002）常见的核仪器系统主要由三个部分组成(探测器、核电子学与数据获取及处理)，探测器在《核辐射测量原理》里已经做了比较详细的介绍，我们这门课的主要内容就是核电子学。三、主要教学内容核仪器系统探测器 核电子学数据获取及处理我们的课本可以分为两个部分，其中第一个部分就是信号与噪声，它主要包括核电子学信号和噪声的描述和分析。这一部分需要解决的主要问题是在核电子学中如何提高信噪比。三、主要教学内容信号与噪声噪声信号提高信噪比三、主要教学内容信号与系统电路分析辐射探测器第一部分核电子学基础接下来是课本的第二部分---核电子学的基本单元电路，核电子学的基本单元电路包括前置放大器、放大器、脉冲幅度分析电路、时间分析电路和数据获取和处理电路。其中的前置放大气、放大器和脉冲幅度分析器又是我们学习的重点。三、主要教学内容前置放大器放大器脉冲幅度分析时间分析数据获取和处理第二部分基本单元电路能谱测量仪器核电站测量系统辐射监测仪器第三部分核辐射仪器三、主要教学内容噪声的描述(如何描述)、噪声的计算(怎样计算)…；噪声的分类、器件的噪声、噪声的表示…；前置放大器（电荷、电压、电流）(分类、作用噪声分析)；最佳滤波、极零相消、信息畸变、有源滤波、无源滤波、延迟线、数字滤波(放大器中实现滤波成型)；展宽器、基线恢复器、堆积判弃(堆积判别)；幅度甄别器、单道、时间检出、符合、波形甄别(辐射能量、事件的甄别)；模数变换、定标器、多道(模数转换时把模拟量转换成数字量以便于后续电路的分析)。三、主要教学内容教学关键点傅里叶变换、拉普拉斯变换、RC电路噪声的描述、噪声的分类、噪声的计算与表示前置放大器（电荷、电压、电流）最佳滤波、极零相消、信息畸变、有源滤波、无源滤波、延迟线、数字滤波、展宽器、基线恢复器、堆积判弃幅度甄别器、单道、时间检出、符合、波形甄别、模数变换、定标器、多道能谱测量仪器、核电站监测系统、辐射监测仪器三、主要教学内容大概教学进度核电子学基础（10学时）核电子学中的信号与噪声（6学时）前置放大器（6学时）放大器（10学时）脉冲幅度分析（10学时）时间分析（8学时）数据获取与辅助电路（8学时）核辐射仪器（6学时）应用的领域很多，凡用到测量核信息的地方都会用到核电子学。原理性的东西近来发展不是很大(探测器也就是我们平常说的探头发展变化不大)，发展快的主要是技术手段（数字化、小型化、智能化）,因此需要与其他新技术(电子技术和计算机技术)相结合。抓住本书内容的主线，即如何提高能量分辨率，如何提高S/N(信噪比)，学会分析、解决问题的方法(例如我们所用的仪器坏了，那应该如何检查，从哪里开始检查…)。重在灵活应用，学会独立思考，鼓励创新(我们学习本门课程的主要目的是要会用，就是用我们所学的知识去解决所遇到的问题，至于设计和创新，哪个同学有兴趣的话可以做进一步的研究，深入的去学习)。四、核电子学应用能用到什么地方的问题？应用的领域很多，凡用到测量核信息的地方都会用到核电子学。原理性的东西近来发展不是很大，发展快的主要是技术手段（数字化、小型化）,因此需要与其他新技术相结合。抓住本书内容的主线，即如何提高能量分辨率，如何提高S/N，学会分析、解决问题的方法。重在灵活应用，学会独立思考，鼓励创新。四、核电子学应用辐射成像，无损检测集装箱检查系统有上千路探测器加前放加主放的数据采集系统四、核电子学应用核电站控制与保护系统辐射监测系统四、核电子学应用核辐射测量装置·4πβ-γ符合活度标准装置（401所）相对论重离子对撞机（

RHIC

）在布鲁克海文国家实验室是一个世界一流的科研设施，在2000年开始运作，10年后的发展和建设。数百名物理学家来自世界各地的使用什么RHIC研究宇宙可能像第一几分钟后，其创造。RHIC驱动两个交叉梁金离子迎头，在亚原子碰撞。什么物理学家学习这些碰撞可以帮助我们了解为什么物理世界的运作方式是这样，从最小的亚原子粒子，以最大的明星。四、核电子学应用高能物理最具挑战性的领域需要国际合作TheRelativisticHeavy

IonCollider(RHIC)ADM的600系列多功能辐射监测仪这些地区的监控系统可以与超过10种“聪明”探针测量α

，β

，γ

，中子，或X射线辐射。区辐射监测渠道通常是各地的核设施，警告人员的增加，环境辐射水平为目的的人员的安全。对于大多数设施简单盖革缪勒（

GM

）的检测系统是基于足够的监测伽马辐射水平和annunciate报警条件。这一经验的地点短暂伽玛水平，如加油道路沿线和周围加速器，离子分庭或闪烁探测器是用来代替通用的检测系统集成的瞬态活动。变化的地区辐射监测系统设计可提供监测中子水平，或通过穿透提供监测到敌对的环境，如内部控制。四、核电子学应用各种各类的核仪器仪表·ADM

600

SeriesMultipurposeRadiation

Monitor（Canberra）五、信号与系统---信号引言消息：待传送的一种以收、发双方事先约定的方式组成的符号。（语言、文字、图形）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。转换器：把消息转换为电信号，或把电信号还原成消息的装置。（摄像管、话筒）信道：信号传输的通道。（双导线、同轴电缆）确定信号与随机信号(给定一定时间就能确定出一响应的函数值，实际的传输信号往往是不可预知的，严格来说自然界中的确定信号是不存在的(干扰与噪声的存在)；对于核事件信号的研究，可用统计学方法…)、周期信号与非周期信号(周期函数与非周期函数…)、连续时间信号与离散时间信号(函数的自变量取值的连续性来区分，模拟信号、抽样信号、数字信号)、能量信号和功率信号无(限大时间内能量为有限值而平均功率为0；无限大时间内功率为有限值，而能量无穷大)。五、信号与系统---信号信号的分类确定信号与随机信号周期信号与非周期信号连续信号与离散信号

能量信号与功率信号信号的表示图形与函数tf1(t)A五、信号与系统---信号信号的基函数表示法信号是时间的函数，它的最一般的表示方法是借

用某个抽象的数学符号（例如：f(t)，x(t)）来表示。但是由于信号的表示式各不相同，不利于信

号之间的分析和比较，因此需要一种表示信号的

统一形式。已经研究证明：将信号f(t)表示为一组基本时间函数的线性组合，在数学上是比较方便

的。这些基本函数简称基函数。五、信号与系统---信号正交函数若在区间(t1，t2)用f2(t)来近似表示f1(t)，即1-1C12为相关系数，为了减小用f2(t)来近似表示f1(t)的误差，可求得1-2五、信号与系统---信号正交函数上式中如果C12等于0，则表明f1(t)不包含f2(t)的分

量，因此可称此时f1(t)与f2(t)在区间(t1，t2)内正交由此可知，f1(t)与f2(t)在区间(t1，t2)内正交的条件是:五、信号与系统---信号正交函数集设g1(t)，g2(t)，…，gn(t)，n个函数构成一个函数集，这些函数在区间(t1，t2)内满足下列条件则称此函数集为正交函数集。当Ki=1时，则称为归一化正交函数集。五、信号与系统---信号完备正交函数集在区间(t1，t2)内，用正交函数集g1(t),g2(t)，…，gn(t)近似表示函数f(t)，有当n→∞时，其方均误差等于0，则称此函数集为完备正交函数集。常见的几种完备正交函数集：三角函数集、复指数函数集五、信号与系统---信号奇异函数常用连续函数：正弦函数、指数函数抽样函数高斯函数（钟形脉冲函数）Sa(t)t1-ππt0Ef(t)五、信号与系统---信号奇异函数·单位阶跃函数u(t)1t利用阶跃函数的切除特性，可以方便的表示其它类型的函数。（矩形脉冲：G(t)=u(t)-u(t-t0)）五、信号与系统---信号1奇异函数·单位冲激函数冲激函数是对于作用时间极短而强度极大的物理过程的理想描述。δ(t)t五、信号与系统---信号奇异函数·单位冲激函数冲激函数的抽样性定义五、信号与系统---信号奇异函数·单位冲激函数单位冲激函数与单位阶跃函数的关系五、信号与系统---信号奇异函数·单位冲激函数单位冲激函数的其它性质偶函数时间尺度变换抽样性质扩展五、信号