内嵌自动稳谱的PMT-BASE数字化能谱仪研制

发布时间：2020-06-26 23:18

【摘要】：在核辐射测量中,能谱测量是其中最重要的组成部分之一。通过能谱测量分析可以直接或间接的获取被测量物质的几何结构、组成元素的种类等重要信息。核辐射测量技术因其具有灵敏度高、破坏性低和准确度高等优势,在工业、农业、安全领域、辐射防护、环境监测等方面得到了广泛的应用。闪烁体探测器研制技术成熟,可选种类多,价格便宜,因此成为了使用最为广泛的核辐射探测器之一。闪烁体和光电倍增管组成的核辐射测量系统在γ射线测量系统中占有极大的比例,但该测量系统温度效应明显,长时间测量易造成测量过程中谱线的漂移,从而导致谱线的解析困难和强度测量的误差。谱仪稳谱功能可降低温度变化对谱漂的影响。本文从硬件和软件两个方面着手完成了一个内嵌自动稳谱的PMT-BASE一体化数字能谱仪。在硬件设计方面研制出了RC自放电与复位放电结合的混合电荷灵敏前置放大器,设计并实现了低噪声多道脉冲幅度分析器的模拟和数字电路。能谱仪与上位机的通信使用POE硬件标准,仅使用一条网线就可以同时完成供电与数据通信,减少了线缆使用数量,提高了易用性。在稳谱方面,本文设计的能谱仪使用~(241)Am低能γ射线做参考,使用16-bit高速ADC配以高精度谱仪模拟电路来测量~(241)Am低能γ射线。嵌入式软件使用面积比寻峰算法进行动态峰位校正。最后通过实验测试了能谱仪的高压线性度达到0.99997,能量响应线性度达到0.999999,积分非线性为0.08%,微分非线性为0.33%。还使用NaI(Tl)和LaBr_3(Ce)闪烁体配合该谱仪分别测得662keVγ射线能量分辨率为6.77%和2.88%。又使用NaI(Tl)闪烁体测得59.5keVγ射线能量分辨率为12.84%。开启自动稳谱后在0℃至50℃的变温条件下对662keVγ射线进行测量,峰位始终保持在其平均峰位±2道内,谱漂得到明显改善。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL817
【图文】：

能谱仪,产品

（c） CAEN Gamma stream （d） XIAPixie-Net图 1-1 国外 PMT-BASE 一体化能谱仪产品国内在能谱仪方面的研究长期处于定制开发模式，一机一用途。虽然在能谱仪的组件方面有很多相关研究和成果，但通用的 PMT-BASE 一体化多道能谱仪一直处于空白状态。正如前文所述，国内在这种内部集成高压、PMT 偏置电路、前置放大器的PMT-BASE 一体化能谱仪方面的空缺使得国外在这方面的产品长期处于垄断地位，价格一直居高不下。因此，本文拟自主研发一款 PMT-BASE 一体化能谱仪。1.3 研究内容本文的研究课题来源于高分辨率航空伽玛能谱测量及机载成像光谱测量技术（2017YFC0602100）。目前国外的一体化能谱仪主要是使用 FPGA（Field－Programmable Gate Array，简称 FPGA）加 ARM（Advanced RISC Machine，称ARM）的双处理器构架实现，FPGA加ARM的构架能充分发挥各自器件的特长，

晶体相,峰位

漂是指能谱仪在某条件下的仪器谱和既定条件下的“标准谱”（对同，其峰位或谱形发生了变化（杨涣章，2009）。引起谱漂的原因有献最大的为温度变化。温度对闪烁体的影响已经有很多研究，对于言，它的最大光输出温度在 20℃~30℃范围内，在温度为-40℃时，下降为最大光输出的 70%左右，在 60℃高温时下降为最大光输出M. Moszyński，et al，2006）。同时温度还会影响到 NaI(TL)晶体的，当温度下降到-40℃时，其发光衰减时间将长达 700ns。R.Casan文章《Temperature peak-shift correction methods for NaI(Tl) and Laa-ray spectrum stabilisation》中详细阐述了 NaI(Tl)和 LaBr3(Ce)晶体如图 2-1 为 NaI(Tl)晶体在不同温度下的相对峰位和温度的关系。从，温度从-5℃~45℃的区间，随着温度的升高全能段的峰位明显发，从-5℃~15℃的温度范围内，能谱漂移速度相对较慢。从 15℃往温度漂移的速度变快。

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