伽玛能谱探测的数字重建技术研究

发布时间：2020-06-25 12:39

【摘要】：探测过程的重建技术是一种在科学探索和工程实践中都具有重要价值的技术手段。在一些世界顶级的重大成果中,如引力波的首次直接观测,探测重建技术发挥了重要的作用。但是在伽玛能谱探测领域,目前的相关研究主要集中在信号发生设备的研制方面,用于抽样的统计分布往往直接采用实测的仪器谱,这时仪器的本征分辨率等重要参数不能直接得到,由于信号发生装置本身就存在电子学噪声,还会导致输出信号的实际分布与参考谱线并不相同,能谱中的特征峰被再次展宽。因此,伽玛能谱探测的物理过程同样是能谱重建过程中不可或缺的一个关键环节,在能谱重建时应该对这一过程给予同样的关注,这样才能真正打通虚拟的仿真信号与现实的物理实验之间的壁垒。本文以重建闪烁探测器测量伽玛射线的能谱为目标,对伽玛能谱探测的数字重建技术展开了系统深入的研究,取得的主要成果及创新性如下:1.从核辐射事件的性质、射线与探测器相互作用的规律、射线在探测中的输运过程和辐射探测器自身的特性等方面的研究了产生伽玛能谱的物理过程,并使用MCNP和Geant4等蒙特卡罗模拟软件对射线在探测器中的能量沉积过程进行了数值模拟,实现了伽玛能谱测量物理过程的重建。2.通过对核仪器中探测器不同接法的分析,得到了多种情况下前置放大器输出信号的波形,并对脉冲信号的波形进行了数字化处理,通过讨论数字化脉冲幅度分析器的信号处理过程,确定了构造脉冲波形时所要考虑的主要因素,实现了对伽玛能谱探测系统输出脉冲波形的重建。3.搭建了基于高速数据采集卡、高速数据传输端口、固态硬盘和高速信号发生器的核信号高速流盘系统,实现核信号链的数据采集与处理。采集了闪烁伽玛谱仪实测~(137)Cs和天然放射性混合谱的伽玛能谱探测数据,构建了数字能谱数据库,并使系统实现核信号仿真输出。4.研制了核信号发生系统,能够模拟多种类型前置放大器的输出信号,可输出在信号的时间间隔分布、脉冲幅度分布、上升时间分布和噪声功率密度分布与真实伽玛能谱探测过程一致的信号。5.从多个角度对伽玛能谱重建技术进行了应用,使用重建的能谱对本底的估计方法和稳谱方法进行了评价,并使用伽玛能谱数字重建技术对核仪器的可行性进行了验证。本文从伽玛能谱探测的物理过程出发,最终实现了对伽玛能谱探测完整过程的数字重建,补全了传统核信号仿真中缺失的关键环节。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL816.2
【图文】：

事件,探测器,引力波

1.1 研究背景1.1.1 探测重建技术的意义人类对自然的探索与认知是从探测开始的，探测是科学技术的开端，而高度仿真的探测过程重建技术在科学探索和工程实践中都有十分广泛的应用。甚至在世界顶级的重大成果中，探测过程的重建技术也发挥了重要的作用，例如引力波的直接观测。LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）是由位于美国 Hanford 和 Livingston 的两个引力波直接探测装置组成的大型物理实验设备。LSC（LIGO Scientific Collaboration）使用了注入仿真信号的方法对设备进行调试（Leroy et al，2009），并专门成立了盲注（Blind Injection）小组来重建虚拟的 GW100916 引力波探测事件（Abadie et al，2012），对首次成功观测到双黑洞合并（刘见等，2016）产生的 GW150914 引力波事件（Abbott et al，2016）起到了重要作用（Castelvecchi，2016）。LSC 在官方网站发布的这两次事件的观测数据如图 1-1 所示（LSC，2010，LSC，2015）。

信号发生器,仿真信号,辐射探测,核辐射探测器

成都理工大学博士学位论文必要信息。因此，核辐射探测过程中射线与探测器相辐射探测重建过程中不可或缺的一个关键环节，应该，这样才能真正打通虚拟的仿真信号与现实的物理拟物理实验过程与电子技术生成仿真信号并重，这就测的数字重建技术。研究现状外的数字化核信号发生器已经问世，即意大利的核电出的数字化核辐射探测器模拟器，其中的一款双通道所示（CAEN，2016）。

【参考文献】