对称零面积梯形成形法削减电荷收集时间效应

讨论了电荷收集时间对梯形成形效果的影响,统计方法及削减电荷收集时间效应的方法。应用实际测得的梯形脉宽来反推电荷收集时间,所得结果与实际情况符合较好。对60Co放射源进行能谱测试,60Co的两个特征峰的能量分辨率分别为1.9 keV和2.0 keV,验证了幅度提取校正对提高系统能量分辨率的效果。

一种高效紧凑反康普顿谱仪的初步研制

目前现有的反康普顿高纯锗γ谱仪主要采用模拟电路实现多路反符合,从而实现对康普顿散射本底的抑制。由于模拟电路复杂度高,调试不易,温度稳定性差,灵活性不足,长期稳定性与性能都有局限性。本文研制了数字式反康普顿高纯锗γ谱仪:将高纯锗主探测器、环形符合探测器及塞子符合探测器测量得到的每个射线事例信息(到达时间、能量、探测器ID等)以数据包流方式发送到计算机端(时间戳列表模式既list-mode),上位机端根据预设的配置参数对不同探测器的事例数据包进行组合处理实现符合\反符合等处理,并自动绘制出符合分辨曲线,从而确定最优符合分辨窗口τ值,实时得到原始高纯锗能谱、反康后高纯锗能谱、反符合能谱、符合分辨曲线等。系统采用了200 MHz同步时钟为每个事例数据包打上时间戳,保证有5 ns的时间同步精度,可满足高纯锗γ谱仪的反康普顿要求。采用了对称零面积梯形成形方式替代传统梯形成形在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片内部实现了快、慢成形双通道,实现优异的低频噪声抑制与基线估计效果。针对大体积高纯锗探测器开发了上升时间、多点能量沉积修正等算法,可有效提高系统能量分辨率。采用SQLite快速数据库存储所有探测器的事例数据包,可实现一次测量、多次重复使用的效果,避免了参数调整带来的重复测量时间浪费,体现了list-mode数字化测量设计的优势。经测试,本系统的康普顿减弱因子(康普顿边处)达9.8,反康后峰康比可达1 158:1,60Co的1 332.5 keV全能峰能量半高宽为1.70 keV(60%相对探测效率),反康前系统积分本底为1.674 s-1,反康后积分本底降为0.483 s-1,针对137Cs的最小可探测活度(MinimumDetectable Activity,MDA)反康前为20.5 mBq,反康后降低至11.3 mBq。

低偶然符合效应的高脉冲分辨能力数字化X荧光能谱仪研制

在X荧光能谱测量中,当两个事例发生间隔较短时,存在脉冲前沿或后沿堆积的情况。如果能谱仪的脉冲分辨能力不足,在事例发生间隔小于能谱仪脉冲分辨能力时,发生了偶然符合效应。当堆积发生在信号的上升沿时,后端电子学无法识别堆积脉冲,并将堆积脉冲当成1个脉冲,从而在测量能谱中会产生虚假能峰;当堆积出现在下降沿时,堆积信号间隔小于通道成形时间时,堆积信号会被丢弃,导致所测量谱线的有效计数减小,对精确放射性测量带来了不利影响。从提高能谱仪模拟电路信噪比、降低误触发、缩短快成形通道成形时间、提高能谱仪的脉冲分辨能力,从而减小符合效应等角度入手,研制了一种低偶然符合效应的快慢双成形通道的数字化能谱仪。该能谱仪设计了具有高脉冲分辨能力的快通道,采用对称零面积梯形成形算法,有效消除快通道时间变窄带来的不足,结合对梯形平顶的判断,实现对低频噪声抑制与降低误触发概率;同时设计高信噪比、低噪声的模拟电路以减小快通道对噪声误触发的概率,降低偶然符合概率。文中先利用仿真验证了提升快通道时间可以提升脉冲分辨能力,接着利用MOXTEK的X光管激发被测样品Cu获得特征X射线,由KETEK的高分辨率SDD探测器检测信号,通过调节X光管的管流得到计数率范围为13~103 kcps的X荧光能谱,从而得到偶然符合概率与计数率的关系,并且通过改变快通道成形时间分析其对偶然符合的影响。实验表明,更低的快通道成形时间拥有更高的脉冲分辨率能力,更低的偶然符合效应;在103 kcps计数率下,150 ns快通道成形时间条件下,Cu的Kα峰、Kβ及Kα+Kβ的偶然符合概率分别为1.568%,0.265%和0.403%;设计的对比实验结果表明:在相同快通道成形时间条件下,所研制的数字化能谱仪相比于Amptek的DP-5型号数字化能谱仪偶然符合概率低了60%。