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双输出SiPM前置放大器设计与分析
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作者 龙源 黄跃峰 +1 位作者 侯会良 陈永忠 《核技术》 北大核心 2025年第1期85-91,共7页
为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类... 为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类前置放大器的带宽和噪声问题,采用PSpice for TI软件仿真验证其可行性,并通过阶跃响应和噪声测量验证其性能参数。在室温条件下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet,GAGG(Ce))探头对^(241)Am源进行系统测量。结果表明:跨阻放大器的带宽为101 MHz,低于电压反馈放大器的381 MHz,但其基线噪声σ_(noise)≈448.32μV优于电压反馈放大器的σ_(noise)≈680.96μV;电压反馈放大器和跨阻放大器分别满足GAGG(Ce)探头快输出脉冲上升沿时间(2 ns)和标准输出脉冲上升沿时间(20 ns)的带宽设计需求。两类前置放大器均可满足不同场景下对高带宽和低输入噪声的需求,并与SiPM不同的输出模式相匹配。受限于电路的固有噪声和SiPM的输入电容,设计的跨阻放大器适合于能量测量和小面积SiPM应用,而电压反馈放大器更适合时间测量和大面积SiPM阵列。 展开更多
关键词 硅光电倍增器 前置放大器 GAGG(Ce) 闪烁体探测器 噪声
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基于电流放大芯片的Micromegas探测器高集成度读出电子学设计
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作者 王婷 王宇 +4 位作者 姚志杭 刘昱林 封常青 张志永 刘树彬 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2437-2444,共8页
高分辨、大面积Micromegas探测器广泛应用于粒子物理实验、医学成像和工业检测等领域。针对Micromegas探测器多通道的读出需求,设计并实现了一种512通道的高集成度前端电子学(compact frontend electronics,Compact_FEC)。该电子学采用... 高分辨、大面积Micromegas探测器广泛应用于粒子物理实验、医学成像和工业检测等领域。针对Micromegas探测器多通道的读出需求,设计并实现了一种512通道的高集成度前端电子学(compact frontend electronics,Compact_FEC)。该电子学采用电流读出芯片ADAS1128,芯片集成128个电流放大器,可实现多通道电荷信息测量。电子学支持USB3.0和千兆以太网通信,可实现与上位机进行通讯交互。通过对电子学性能进行测试,在电子学线性动态范围为−77.97~0 fC的测试条件下,增益约213.6 Code/fC,积分非线性为2.7%,噪声小于0.7 fC。为验证读出电子学对Micromegas探测器阳极条信号的读出能力,利用^(55)Fe放射源进行X射线能量分辨率测试,同时利用宇宙射线进行缪子击中位置重建位置分辨率测试。通过放射源测试可探测到X射线的全能峰与Ar逃逸峰;其中全能峰能量分辨率约20.23%@5.9 keV,全能峰与逃逸峰峰值比约2.09∶1。缪子击中位置测试结果表明,读出电子学测得Micromegas探测器x维度和y维度的位置分辨率分别为0.240 mm和0.243 mm。上述两项测试验证了Compact_FEC在单粒子测量模式下可用于读出Micromegas探测器。 展开更多
关键词 电流放大器 Micromegas探测器 读出电子学
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中国散裂中子源自研前端专用芯片CSNS_VASD性能测试
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作者 杨浩 路书祥 +8 位作者 李怀申 陈少佳 唐彬 王修库 曾莉欣 于莉 万志永 刘慧银 孙志嘉 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期48-56,共9页
中子闪烁体探测器是中国散裂中子源工程主力探测器之一,高探测效率是目前正在研制的第二代中子闪烁体探测器的设计目标。CSNS_VASD芯片是中国散裂中子源工程专门为第二代中子闪烁体探测器研发的一款专用集成电路芯片。为了验证芯片性能... 中子闪烁体探测器是中国散裂中子源工程主力探测器之一,高探测效率是目前正在研制的第二代中子闪烁体探测器的设计目标。CSNS_VASD芯片是中国散裂中子源工程专门为第二代中子闪烁体探测器研发的一款专用集成电路芯片。为了验证芯片性能,设计了专用测试系统,并在实验室和中子束线对芯片进行了测试。测试结果显示:自研芯片的非线性误差≤1%、等效噪声电压≤0.63 mV、通道间串扰≤0.89%;探测器探测效率为40.7%@0.1 nm。性能指标均达到了工程设计指标的要求。CSNS_VASD芯片的成功研制为中国散裂中子源工程的顺利建设提供了可靠的技术保障。 展开更多
关键词 中国散裂中子源 中子闪烁体探测器 专用集成电路芯片 硅光电倍增管 FPGA
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高密度高载钆闪烁玻璃的闪烁性能和中子探测性能研究
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作者 殷生华 胡鹏 +21 位作者 蔡华 陈丹平 韩纪锋 何冬兵 胡辰 华哲浩 李帅奇 李溦长 刘珊 钱森 秦来顺 任晶 宋瑞强 隋泽萱 孙心瑗 唐高 王志乐 王梓然 温玉锋 杨冬 张明辉 朱瑶 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1034-1042,共9页
闪烁玻璃可以通过改变玻璃基质成分和掺杂元素来调整其闪烁性能以及理化性质,是一种可适应多种应用场景的多功能闪烁材料。闪烁玻璃具有制备工艺相对简单,成本较低,成型加工性能优良、易于大批量生产和规模化生产等优点,在核辐射探测和... 闪烁玻璃可以通过改变玻璃基质成分和掺杂元素来调整其闪烁性能以及理化性质,是一种可适应多种应用场景的多功能闪烁材料。闪烁玻璃具有制备工艺相对简单,成本较低,成型加工性能优良、易于大批量生产和规模化生产等优点,在核辐射探测和高能物理实验中展现了巨大的应用潜力。为了研制满足核辐射探测以及高能物理实验需求的高性能闪烁玻璃材料(即高密度、较高光产额和快衰减),中国科学院高能物理研究所于2021年联合国内多家生产制备闪烁玻璃的高校,科研院所和核探测器研发企业,成立了闪烁玻璃研发合作组,推动高性能闪烁玻璃的研发和应用。本文基于闪烁玻璃合作组近期研发的高密度的高载钆含量的闪烁玻璃样品,探究了其闪烁性能,同时也研究了其对中子的响应,对高载钆闪烁玻璃在核辐射探测,特别是中子探测中的应用进行了初步的探索。研究表明本文测试的玻璃样品的密度能达到6g/cm^(3),光产额大于1000 ph/MeV,且衰减时间接近400 ns。另外玻璃样品能够探测到中子信号,但目前还无法实现有效的中子和伽马事例甄别。 展开更多
关键词 闪烁玻璃 高Gd含量 闪烁性能 中子探测
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高计数率多通道时间测量与串行读出电路研制
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作者 陆伟建 千奕 +4 位作者 蒲天磊 赵红赟 孙志坤 张家瑞 刘政强 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2592-2600,共9页
近年来应用于中高能核物理实验的先进前端读出专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)芯片呈现出越来越强的数字化趋势,可提高系统的集成度并降低功耗。论文研制了一种高计数率多通道时间测量与串行读出电路(high-... 近年来应用于中高能核物理实验的先进前端读出专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)芯片呈现出越来越强的数字化趋势,可提高系统的集成度并降低功耗。论文研制了一种高计数率多通道时间测量与串行读出电路(high-count rate multi-channel time measurement and serial readout circuit,HMTRC),可实现核事件去稀疏化、去随机化的读出。该电路主要包括了基于时钟分相技术的时间数字转化器、控制器、先进先出存储器和基于令牌环逻辑的轮询读出模块。HMTRC已被集成到一款自研的16通道前端读出ASIC芯片中,可测量和储存时间信息,并利用数字驱动的前端读出架构实现时间与能量信息同步读出。测试表明,时间分辨率好于2 ns,功能符合预期。 展开更多
关键词 ASIC 探测器前端读出电子学 FIFO 时钟分相技术 轮询读出
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64通道100ps时间-数字变换模块的研制 被引量:5
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作者 刘小桦 安琪 +2 位作者 刘树彬 苏弘 詹文龙 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第8期632-635,共4页
兰州重离子加速器冷却储存环外靶实验终端的多丝漂移室通过测量带电粒子的漂移时间得到径迹信息。本文介绍的64通道高精度时间-数字变换模块,采用高密度的连接器和多通道的时间-数字变换芯片HPTDC,模块的数据通过PXI总线传输到计算机,... 兰州重离子加速器冷却储存环外靶实验终端的多丝漂移室通过测量带电粒子的漂移时间得到径迹信息。本文介绍的64通道高精度时间-数字变换模块,采用高密度的连接器和多通道的时间-数字变换芯片HPTDC,模块的数据通过PXI总线传输到计算机,时间精度可达100ps。 展开更多
关键词 HPTDC 微分非线性 积分非线性 RMS时间精度
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插值法测量低能光子^(125)I放射源参考空气比释动能率
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作者 王继 韩金鹏 +4 位作者 侯晓飞 王培玮 王坤 吴金杰 AN Xingtao 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1083-1090,共8页
本文利用经由低能窄谱X射线刻度过的商用大体积球形空腔电离室,开展了低能光子^(125)I近距离治疗源参考空气比释动能的测量方法研究。通过运用蒙特卡罗洛模拟的方法,得到6711型放射源的能谱及发射光子的平均能量,同时也计算出空间散射... 本文利用经由低能窄谱X射线刻度过的商用大体积球形空腔电离室,开展了低能光子^(125)I近距离治疗源参考空气比释动能的测量方法研究。通过运用蒙特卡罗洛模拟的方法,得到6711型放射源的能谱及发射光子的平均能量,同时也计算出空间散射修正、非均匀性修正、空气衰减修正等多项修正因子。采用插值法得到了球形空腔电离室的刻度因子,并设计了专用的测量支架,最终实现了低能光子^(125)I近距离治疗源参考空气比释动能率的测量,其不确定度为3.8%(k=2),测量结果与溯源至加拿大NRC的井型电离室偏差优于0.29%,具备了低能光子近距离治疗源参考空气比释动能率量值传递的能力。 展开更多
关键词 近距离治疗 ^(125)I 参考空气比释动能率 低能光子治疗源
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基于SiPM读出的阵列式机载核辐射探测系统设计与实现
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作者 涂雄自 吴明江 +4 位作者 桂福浩 杨小峰 曾国强 王睿奇 顾民 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第6期999-1007,共9页
本文基于最新的探测器材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代机载伽马能谱仪研究。研发一种SiPM阵列式机载核辐射探测系统,设计与之配套的能谱读出电路单元。硬件设计主要由SiPM溴化铈伽马能谱采集器和阵列式机载核辐... 本文基于最新的探测器材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代机载伽马能谱仪研究。研发一种SiPM阵列式机载核辐射探测系统,设计与之配套的能谱读出电路单元。硬件设计主要由SiPM溴化铈伽马能谱采集器和阵列式机载核辐射探测载荷组成,其中SiPM数字多道伽马能谱采集器是伽马能谱仪的核心部件,将SiPM读出电路、前置放大、程控增益、高速ADC转换、FPGA&ARM控制、供电及TCP/IP协议转换等功能集成为一体,实现了高度集成与数字控制的功能。测试表明:SiPM溴化铈伽玛能谱采集器能量分辨率优于4.2%(137Cs@662 keV),以此设计的阵列式机载核辐射探测系统重量轻、分辨率高,能够实现放射源识别与搜索。同时该系统可搭载于平台开放的小型无人机平台上,将能谱信息与北斗地理信息、时间信息等数据实现同步,完成平台对接,可应用于核电站监测、环境保护、反恐应急等场景,具有广泛的应用价值。 展开更多
关键词 核辐射探测 SIPM 数字多道 北斗定位
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面向行星表面元素测量的小型化伽马谱仪原理样机设计
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作者 黄磊 王轶超 +3 位作者 封常青 王宇 王婷 刘树彬 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第1期6-17,共12页
对行星表面物质受宇宙射线激发或天然衰变而产生的伽马射线进行探测,是一种测量行星表面主要元素成分及其空间分布的可靠技术手段,已被多个行星探测任务采用。提出了将CZT探测器与SiPM读出闪烁晶体相结合的行星元素伽马谱仪方案,该方案... 对行星表面物质受宇宙射线激发或天然衰变而产生的伽马射线进行探测,是一种测量行星表面主要元素成分及其空间分布的可靠技术手段,已被多个行星探测任务采用。提出了将CZT探测器与SiPM读出闪烁晶体相结合的行星元素伽马谱仪方案,该方案兼具低能段的高能量分辨率和高能段的高探测效率,同时可以减小来自非探测方向伽马背景的影响,且具有较小的体积、重量和功耗。为进行初步的技术路线验证,设计了一个将CZT阵列(单个灵敏尺寸1 cm×1 cm×0.5 cm)与BGO探测器(晶体的主体尺寸8.4 cm×8.4 cm×4 cm)相结合的小型化伽马谱仪原理样机,并开展了物理模拟。完成了前端探测器模块、数据处理模块和FPGA控制逻辑的设计实现,以及原理样机的组装。使用放射源、上海光源激光伽马光束线和中子激发伽马对谱仪进行了测试,CZT探测器对^(137)Cs@662 keV伽马射线的能量分辨率(FWHM)为2.1%,可以较好地分辨低能伽马射线,BGO晶体能够较好地探测和分辨高能伽马射线。该方案为未来小型化行星伽马谱仪的工程设计提供了参考。 展开更多
关键词 伽马谱仪 行星元素测量 CZT探测器 读出电子学
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CSR外靶实验终端大型探测器读出电子学研制 被引量:3
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作者 刘小桦 安琪 +2 位作者 刘树彬 苏弘 詹文龙 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1076-1080,共5页
兰州重离子加速器-冷却储存环外靶实验终端大型探测器中子墙和TOF墙分别共有504个和360个通道用于测量中子和带电粒子的飞行时间,需要高精度时间测量的读出电子学系统。研制的8通道读出电子学模块采用了前沿定时的时间测量方法、基于TO... 兰州重离子加速器-冷却储存环外靶实验终端大型探测器中子墙和TOF墙分别共有504个和360个通道用于测量中子和带电粒子的飞行时间,需要高精度时间测量的读出电子学系统。研制的8通道读出电子学模块采用了前沿定时的时间测量方法、基于TOT技术的电荷测量方法和PXI总线平台,电子学测试结果显示时间测量精度好于25ps。 展开更多
关键词 时间测量 前沿定时 电荷测量 TOT PXI
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3He管探测器前端处理电路设计与实现
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作者 王蕾 张校尧 +2 位作者 史涛 郑其斌 金钻明 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第9期1104-1112,共9页
面向3 He管中子探测器的测量需求,设计了一款前端处理电路,主要由信号成形模块和高压供电模块组成。信号成形模块采用分立元件方法,集成电荷灵敏放大、极零相消、多级滤波、基线恢复等功能电路,实现了信号的快速放大成形,可满足高计数... 面向3 He管中子探测器的测量需求,设计了一款前端处理电路,主要由信号成形模块和高压供电模块组成。信号成形模块采用分立元件方法,集成电荷灵敏放大、极零相消、多级滤波、基线恢复等功能电路,实现了信号的快速放大成形,可满足高计数率、微弱信号的测量需求;高压供电模块的核心器件选用国产高压元件,结合外控电压调节电路,为探测器提供合适的偏置高压,在0~2 kV范围内实现线性控制。测试表明,该前端电路输出信号的脉宽小于1μs,电荷测量的动态范围为-100~0 fC,等效输入噪声优于0.25 fC。 展开更多
关键词 前端电路 分立元件 整形滤波 高压器件 3 He管中子探测器
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基于放射性测量的表盘数据无损监测研究
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作者 赵扬 梁江涛 +6 位作者 梁知洋 陈峰立 刘旭睿 胡彪 谭良 杨体波 王敏 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第3期486-496,共11页
在某些特定的(如反应堆)密闭空间中,仪表上的温度、压强等数据是系统安全运行的重要保障。正常情况下是将监测数据传输出来以判断系统运行是否正常,但是该方法有供电线和传输线的存在,需要对密闭空间进行开孔或其他方法处理,对其密闭性... 在某些特定的(如反应堆)密闭空间中,仪表上的温度、压强等数据是系统安全运行的重要保障。正常情况下是将监测数据传输出来以判断系统运行是否正常,但是该方法有供电线和传输线的存在,需要对密闭空间进行开孔或其他方法处理,对其密闭性会产生一定的影响。针对密闭空间机械表盘指针数据读出的问题,采用放射性测量方法,将指针上放置了放射源的机械结构表盘置于密闭空间内部,当表盘指针移动时,放射源的位置也随之发生变化,利用探测器在密闭空间外部对放射源进行测量,间接读出表盘数据。用Geant4软件对上述表盘结构进行模拟,设计了6个掺铈钆镓铝石榴石(GAGG:Ce)探测器组成的圆形探测器阵列系统,根据该系统模拟得到的全能峰探测效率与位置的关系通过模糊逻辑算法处理,可以准确读出放射源所在位置的角度,从而达到读出表盘数据的目的。结果表明:当表盘的半径8.5 cm,探测器间隔42°时,在40°、85°、125°、170°附近时的模拟计算得到的角度与实际角度存在较大偏差。因此对模型进行了改进,表盘半径改为2.3 cm,探测器间隔改为55°后角度与实际角度的相对偏差在1°以内,转换为温度误差在0.5℃以内,最后实测数据验证,实测时角度误差在3°以内,温度误差在1℃以内,达到了测量要求。 展开更多
关键词 Geant4模拟 模糊逻辑 无损监测 全能峰效率
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基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统的研制
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作者 田香凝 马毅超 滕海云 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第2期284-291,共8页
针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光... 针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光纤光锥投影的中子光斑进行曝光。通过SiPM提供的粗位置信息确定CMOS传感器的感兴趣区域,读出数据传输至上位机进行显示与分析。实验结果表明,该系统中最小像素单元尺寸为28μm×28μm的CMOS传感器能够对孔径为200μm的小孔进行成像,最大偏移为28μm,系统最高计数率为82 kHz,可实现高效率的中子探测。 展开更多
关键词 中子照相 电子学系统 CMOS图像传感器 FPGA
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卷积型类高斯成形滤波算法研究及应用 被引量:1
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作者 王怀平 周建斌 +3 位作者 庹先国 王明 汪雪元 冯林 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期87-94,共8页
高斯信号具有对称性和完备性,因此高斯滤波方法在核信号处理以及辐射能谱分析时得到大量使用。目前构造实时处理核脉冲信号的真高斯成形滤波器尚有难度,实际常用数字类高斯成形算法主要是基于模拟核电子学中Sallen-Key滤波器和CR-(RC)~... 高斯信号具有对称性和完备性,因此高斯滤波方法在核信号处理以及辐射能谱分析时得到大量使用。目前构造实时处理核脉冲信号的真高斯成形滤波器尚有难度,实际常用数字类高斯成形算法主要是基于模拟核电子学中Sallen-Key滤波器和CR-(RC)~n滤波器的电路微分方程推导而得到,其输出的类高斯脉冲信号对称性较差、单级使用时存在下冲等问题。本文提出一种卷积型类高斯成形滤波算法,它以梯形脉冲信号为基础,经过第一次卷积实现双极性脉冲成形,再次卷积进行累加求和从而得到左右对称的类高斯脉冲,利用Z变换方法推导出该算法的数字递推公式。通过仿真模拟研究了算法的有效性和成形参数对幅频特性的影响规律,成形参数n_a和n_c取值增大时,滤波器通频带减小,低频成分幅度相对增加,高频噪声抑制作用增强,但也导致成形脉冲变宽,增加了脉冲堆积概率。最后,利用搭建的X射线荧光测量系统实验平台获取实测核脉冲数据,分别应用类高斯成形算法和梯形成形算法进行离线处理,实验结果表明:该类高斯成形算法具有更好的堆积脉冲分离能力,在相同的X光管管压和管流条件下,设置相同的达峰时间,两者所得能谱的能量分辨率基本相当,但是类高斯成形的能谱具有更高的特征峰面积和总计数。 展开更多
关键词 数字脉冲处理 类高斯成形 梯形成形 能量分辨率
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基于三角函数的核信号类高斯成形算法研究 被引量:1
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作者 钱云琛 周建斌 +3 位作者 刘权卫 马英杰 刘易 洪旭 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期56-64,共9页
高斯信号具有高信噪比、抗弹道亏损和易于提取幅度等优点。因此,在核辐射测量系统中,核信号的高斯成形被广泛应用于探测器输出信号的滤波和幅度提取。然而,目前实时高斯成形核脉冲信号仍然具有挑战性。常见的Sallen-Key滤波器和CR-(RC)^... 高斯信号具有高信噪比、抗弹道亏损和易于提取幅度等优点。因此,在核辐射测量系统中,核信号的高斯成形被广泛应用于探测器输出信号的滤波和幅度提取。然而,目前实时高斯成形核脉冲信号仍然具有挑战性。常见的Sallen-Key滤波器和CR-(RC)^(m)滤波器输出的类高斯信号还存在对称性差和下冲等问题。本文提出了一种基于三角函数的双指数信号类高斯脉冲成形算法。该算法以三角函数为基础,通过平移和反转可得到左右对称的类高斯信号(1-cosx),采用Z变换方法推导了该算法的数字递推式。仿真和实测结果表明:在相同达峰时间条件下,相较于正弦函数(sin)脉冲成形,类高斯脉冲成形具有更好的滤波性能,信噪比(SNR)提升了8.95%。同时,类高斯脉冲成形所得能谱的能量分辨率较sin脉冲成形更优。与梯形脉冲成形相比,类高斯脉冲成形具有更好的堆积脉冲分离能力,展现出良好的应用前景。 展开更多
关键词 数字核脉冲信号 类高斯成形 三角函数数字成形 能量分辨率
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Studies of an event-building algorithm of the readout system for the twin TPCs in HFRS
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作者 Jing Tian Zhi-Peng Sun +4 位作者 Song-Bo Chang Yi Qian Hong-Yun Zhao Zheng-Guo Hu Xi-Meng Chen 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期82-95,共14页
The High-energy Fragment Separator(HFRS),which is currently under construction,is a leading international radioactive beam device.Multiple sets of position-sensitive twin time projection chamber(TPC)detectors are dist... The High-energy Fragment Separator(HFRS),which is currently under construction,is a leading international radioactive beam device.Multiple sets of position-sensitive twin time projection chamber(TPC)detectors are distributed on HFRS for particle identification and beam monitoring.The twin TPCs'readout electronics system operates in a trigger-less mode due to its high counting rate,leading to a challenge of handling large amounts of data.To address this problem,we introduced an event-building algorithm.This algorithm employs a hierarchical processing strategy to compress data during transmission and aggregation.In addition,it reconstructs twin TPCs'events online and stores only the reconstructed particle information,which significantly reduces the burden on data transmission and storage resources.Simulation studies demonstrated that the algorithm accurately matches twin TPCs'events and reduces more than 98%of the data volume at a counting rate of 500 kHz/channel. 展开更多
关键词 High counting rate Twin TPCs Trigger-less Readout electronics Event building Hierarchical data processing
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核电子学在空间科学探测领域的应用
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作者 刘树彬 胡雪野 封常青 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期475-491,共17页
21世纪以来,随着科学技术的进步和对宇宙探索的不懈追求,我国成功发射了多颗空间科学卫星和深空探测载荷。在这些空间科学卫星或搭载的科学仪器中,核与粒子探测器发挥着至关重要的作用。核电子学作为探测器的重要组成部分,其功能涵盖前... 21世纪以来,随着科学技术的进步和对宇宙探索的不懈追求,我国成功发射了多颗空间科学卫星和深空探测载荷。在这些空间科学卫星或搭载的科学仪器中,核与粒子探测器发挥着至关重要的作用。核电子学作为探测器的重要组成部分,其功能涵盖前端信号放大读出、数字化、触发判选与处理等多个环节。空间科学探测中的核电子学除满足探测器在高分辨率、大动态范围、精确粒子鉴别和数据压缩等方面的需求,同时还须符合空间环境下的抗辐照、高可靠性和长寿命等工程要求。本文通过回顾核电子学在我国空间探测领域的应用,希望为核电子学技术在空间科学领域的进一步发展提供参考和见解。论文分析了几个空间科学任务中的核电子学设计方案,包括暗物质粒子探测卫星(Dark Matter Particle Explorer,DAMPE)、硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)、引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星(Gravitational Wave High-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor, GECAM)、天问一号(Tianwen-1)、先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)和爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)等。在此基础上,本文进一步探讨了核电子学技术对于实现空间探测科学目标的重要性及其面临的挑战,包括创新性、空间环境适应能力等方面,并对未来的发展方向进行了展望。核电子学是核与粒子探测的核心技术,在空间科学任务中,核电子学系统除必须满足对探测器信号进行精密读出等所需要达到的电性能参数方面的要求,还要确保在太空特殊环境中的长期可靠性。此外,随着科学目标的拓展和提升,空间探测任务对核电子学的数据处理和传输能力也提出了更高的要求。同时,受益于新材料、先进工艺和人工智能等技术的发展,未来的核电子学系统有望更紧凑、可靠和智能化。核电子学的持续发展有望为实现更高水平的空间科学探测提供强有力的支持,推动对宇宙空间的更深度探索。 展开更多
关键词 空间科学卫星 探测器 核电子学 前端读出 触发判选 可靠性设计
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Passive neutron multiplicity device for^(240)Pu measurement based on FPGA
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作者 Yan Zhang Hao-Ran Zhang +6 位作者 Ren-Bo Wang Ming-Yu Li Rui Chen Hai-Tao Wang Xiang-Ting Meng Shu-Min Zhou Bin Tang 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期141-154,共14页
A passive neutron multiplicity measurement device,FH-NCM/S1,based on field-programmable gate arrays(FPGAs),is developed specifically for measuring the mass of plutonium-240(^(240)Pu)in mixed oxide fuel.FH-NCM/S1 adopt... A passive neutron multiplicity measurement device,FH-NCM/S1,based on field-programmable gate arrays(FPGAs),is developed specifically for measuring the mass of plutonium-240(^(240)Pu)in mixed oxide fuel.FH-NCM/S1 adopts an inte-grated approach,combining the shift register analysis mode with the pulse-position timestamp mode using an FPGA.The optimal effective length of the^(3)He neutron detector was determined to be 30 cm,and the thickness of the graphite reflector was ascertained to be 15 cm through MCNP simulations.After fabricating the device,calibration measurements were per-formed using a^(252)Cf neutron source;a detection efficiency of 43.07%and detector die-away time of 55.79μs were observed.Nine samples of plutonium oxide were measured under identical conditions using the FH-NCM/S1 in shift register analysis mode and a plutonium waste multiplicity counter.The obtained double rates underwent corrections for detection efficiency(ε)and double gate fraction(f_(d)),resulting in corrected double rates(D_(c)),which were used to validate the accuracy of the shift register analysis mode.Furthermore,the device exhibited fluctuations in the measurement results,and within a single 20 s measurement,these fluctuations remained below 10%.After 30 cycles,the relative error in the mass of^(240)Pu was less than 5%.Finally,correlation calculations confirmed the robust consistency of both measurement modes.This study holds specific significance for the subsequent design and development of neutron multiplicity devices. 展开更多
关键词 Spent fuel Non-destructive assay Neutron multiplicity ^(240)Pu FPGA
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低资源消耗型多电压阈值采样的能量表征方法
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作者 汪飞 周嘉雯 蔡超 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2393-2401,共9页
准确获取脉冲能量信息在原子能核技术领域至关重要,现有脉冲能量表征方法中,多电压阈值(multiple voltage thresholds,MVT)采样方法通过引入脉冲信号的先验信息,结合过阈值时间信息,可在不对脉冲信号进行额外硬件处理的情况下完成波形... 准确获取脉冲能量信息在原子能核技术领域至关重要,现有脉冲能量表征方法中,多电压阈值(multiple voltage thresholds,MVT)采样方法通过引入脉冲信号的先验信息,结合过阈值时间信息,可在不对脉冲信号进行额外硬件处理的情况下完成波形重建进而获得能量信息,其具有较高的计数率,目前已成功应用于石油测井、医疗成像等领域。然而现有的MVT采样方法在时间采样的实现过程中,每路阈值均需一路独立的时间数字转换(time-to-digital converter,TDC)单元;而一路TDC所需要的硬件资源较多,在多通道场景下其带来的功耗和成本为系统的搭建引入挑战。为此,本文提出了一种低资源消耗型能量表征方法REMVT(resource efficient MVT)。REMVT利用不同阈值被触发的时间不同,且有严格的先后顺序这一特点,将时间信息通过一条TDC链记录,不同阈值对应的触发信号被连到一个组合电路。该组合电路消耗极少的硬件资源,能在每个触发信号到来时将信号电平翻转。通过这种方式,不同阈值下的触发时间与信号的边沿一一对应。通过解调这些信号边沿的间隔即可完成波形重建或能量表征。通过这种时间复用链技术,极大降低资源的消耗,如在4/8阈值的配置中,资源消耗将降低75%/87.5%。另外,这种时间复用链技术降低了原来采用多链时的差异性,使得时间测量的抖动减小,因而波形重建的效果更优。相比MVT,该技术在使用更少资源的条件下将脉冲能量表征误差在20.5%内的事件占比由72%提升至79%;通过该技术,在正电子发射断层成像场景中进行了测试,获得了13.2%@511 keV的能量分辨率,与高采样率通用示波器的能量表征结果相比,仅1.1%的差距。此外,本文提出了一种针对REMVT的事件检测与脉冲堆叠还原算法。该算法充分利用脉冲信号的先验信息,即不同阈值被触发的先后顺序与时间间隔来完成对脉冲事件的可靠检测与堆叠事件的准确还原。实验结果表明,93%的脉冲堆叠事件被完整还原。 展开更多
关键词 PET 能量表征 多电压阈值采样
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基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化
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作者 黄裕雯 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第6期990-998,共9页
核设施工作场所的辐射场中往往同时存在β射线和γ射线,现有的成熟设备几乎无法同时测量混合场中的β和γ能谱,采用传统二次测量方法误差较大.针对β-γ混合场中射线互相干扰的难题,本文基于GEANT4对叠层闪烁体探测器建立蒙特卡罗模型,... 核设施工作场所的辐射场中往往同时存在β射线和γ射线,现有的成熟设备几乎无法同时测量混合场中的β和γ能谱,采用传统二次测量方法误差较大.针对β-γ混合场中射线互相干扰的难题,本文基于GEANT4对叠层闪烁体探测器建立蒙特卡罗模型,仿真模拟β和γ粒子在探测器中的能量沉积,研究双层和三层结构叠层闪烁体探测器中β粒子和γ光子的最优判别方案,以及不同的结构和材料对探测器甄别性能的影响.模拟结果显示,加入薄层塑料闪烁体后,三层结构的闪烁体探测器对γ粒子的误甄别率显著低于双层结构,最后比较4种不同材料的闪烁体组合对甄别性能的影响,仿真结果显示第二层采用BC444材料的甄别性能最优. 展开更多
关键词 GEANT4 蒙特卡罗 叠层闪烁体探测器 β-γ混合场
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