微弱核信号检测及核素识别方法与实验研究
发布时间：2021-07-14 13:31
在军备控制检查、反核材料走私和核应急探测等非接触式放射性材料的探测应用中,核辐射信号的灵敏检测及核素识别是放射性材料探测的关键。由于环境本底辐射和屏蔽体的影响,探测器检测到的放射性脉冲时间序列信号极其微弱,典型的时域波形和频谱分析方法很难实现微弱核脉冲幅度和发生时刻信息的提取;同时,受到探测器能量分辨率的影响以及环境本底噪声和康普顿散射事件干扰,采集得到的信号信噪比低,不能用于准确计算放射性材料的脉冲幅度谱（Pulse Height Spectrum, PHS）,进而使得放射性材料的检测及识别率极低。因此,研究如何实现复杂背景噪声中微弱核信号的提取与核素识别具有重要的理论价值和现实意义。本文针对微弱核脉冲信号难以检测以及复杂检测情境下γ能谱畸变问题,以提高强噪声背景下信号检测能力为切入点,研究核辐射信号的稀疏重构和核素识别方法,使之满足放射性材料微弱信号提取与核素识别的需求。本文的主要工作包括如下几个方面:（1）研究核辐射探测过程中,由检测环境以及康普顿散射事件干扰产生噪声的统计模型:冲击噪声、散粒噪声、瑞利噪声或高斯噪声等,通过对噪声发生机理的研究以及噪声对核辐射信号的影响关系的分析...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文结构安排
在外电路上形成感应电流：??ｉ（ｔ）?＝?Ｑ（ｔ）／Ａｔ。??由此，可以将气体探测器等效为产生／（〇信号的电流源，其等效电路如图２．４??（ｂ）所示，在内阻比外负载大得多时，图２．４?（ｂ）可进一步简化为图２．４?（ｃ）。??另外，由于离子在电离室的入射位置不同，电子－离子对产生的位置也不同，所得??到的输出电流的大小也不尽相同，因此不能使用电流大小度量入射粒子的能??量。但是，发生电离后产生的电荷量相同，所以可在探测器输出端接电容负载，??将输出电流通过电容器积分，即可在电容Ｃ■上得到电压信号叫（〇：??ｖ０｛ｔ）?＝?Ｑ／Ｃ?＝?１／Ｃ?［?ｉ（ｔ）ｄｔ??Ｊ〇??当ｆ足够大时，可以收集所有感应电流，则有＝?Ｑ?＝?ｗ?？?ｅ?，?ｐＱ（ｔ）达到恒??定值：??ｖｏ（０?＝?Ｎｍｅ／ｃ?＝?ＦｍＡｍＥｍｅ／ｗｍＣ?＝?Ｋ?？?Ｅ，??其中
但由于辐射会对半导体造成损伤，长期大量的辐照会导致半导体晶格缺陷，??从而使得半导体探测器的漏电流增大，性能降低。??半导体探测器俗称固体电离室，其工作原理与气体的情况类似，图２．５?（ａ）??为平面Ｇｅ?（Ｌｉ）探测器原理示意图。当能量为五的粒子入射到平面Ｇｅ?（Ｌｉ）探??测器耗尽层时，探测器内产生电子－空穴对，并在外加电场的作用下，分别向Ｎ??极与Ｐ极做漂移运动，在外电路上产生电流办），其等效电路如图２．５?（ｂ）所示。??固体电离室?＾??＼丄??放射源＼?＼?Ｔ??????＋??（ａ）?（ｂ）??图２．?５半导体探测器等效电路??当入射粒子的位置不同时，产生电子－离子对的地点也不同，办）的形状会随??之发生变化，所以不能用电流测量入射粒子的能量，和前面讨论的气体探测器情??况类似，可由输出电容来积分得到电压信号??Ｖ０（ｔ）?＝?Ｑ／Ｃ?＝?１／Ｃ?［?ｉ（ｔ）?ｄ（ｔ）?＝?Ｎ－ｅ／Ｃ?＝?Ｅ－ｅ／ｗ－Ｃ?＝?ｋ＇－Ｅ??即可用电压信号测量入射粒子的能量［９３］。??（３）闪烁体探测器??闪烁体探测器的结构如图２．６所示，当射线作用于闪烁晶体时产生荧光光子，??通过光电倍增管对其进行光电转化和倍增后输出电脉冲信号。??放射源?闪烁体、??＼?＼?光电倍增管??偏压电路???＋?ｖｚ???图２．６闪烁体探测器结构及等效电路??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波的声发射信号去噪研究[J]. 杨慧,顾菊平,华亮,罗来武,陈猛. 现代电子技术. 2017(13)
[2]基于稀疏表示的密集多径非相干信号检测方法研究[J]. 张江波. 微型机与应用. 2017(02)
[3]RBF神经网络在核能谱平滑中的应用[J]. 侯利桥,方江雄,管弦. 核电子学与探测技术. 2016(07)
[4]基于幂函数型双稳随机共振的故障信号检测方法[J]. 贺利芳,崔莹莹,张天骐,张刚,宋莹. 仪器仪表学报. 2016(07)
[5]一种改进粒子群算法优化BP神经网络实现核素识别方法[J]. 刘议聪,朱泓光,宋永强. 兵工自动化. 2016(04)
[6]基于小波变换的微震信号去噪研究[J]. 晏建洋,吴建星. 科技通报. 2016(03)
[7]基于序贯贝叶斯方法的核素识别算法研究[J]. 问斯莹,王百荣,肖刚,沈春霞. 核电子学与探测技术. 2016(02)
[8]基于形态学变换的核素能谱寻峰算法[J]. 李湦,黄长添,毕明德,徐卫锋,郭智荣. 核电子学与探测技术. 2016(02)
[9]基于人工神经网络的核素识别分析方法[J]. 刘议聪,王伟,牛德青. 兵工自动化. 2015(11)
[10]高速核脉冲信号数字存储示波器的研制[J]. 马英杰,万文杰,陈可. 核电子学与探测技术. 2015(10)
博士论文
[1]无线通信盲源分离关键技术研究[D]. 骆忠强.电子科技大学 2016
[2]基于序贯贝叶斯分析的放射性核素快速识别方法研究[D]. 向清沛.中国工程物理研究院 2014
[3]基于公理模糊集的模糊决策树算法研究[D]. 冯兴华.大连理工大学 2013
[4]低能量分辨率γ能谱数据解析方法研究[D]. 何剑锋.成都理工大学 2013
[5]γ能谱谱数据分解方法研究[D]. 刘永刚.中国地质大学（北京） 2011
[6]基于数字高斯成形技术的X荧光谱仪的研制[D]. 周伟.成都理工大学 2011
[7]成都平原地—空界面天然伽玛场及其辐射环境研究[D]. 曾兵.成都理工大学 2010
[8]核素识别算法及数字化能谱采集系统研究[D]. 陈亮.清华大学 2009
硕士论文
[1]基于便携式NaI谱仪的核素识别算法[D]. 祝美英.成都理工大学 2016
[2]车载红外热成像系统的研究与设计[D]. 吴传福.电子科技大学 2015
[3]基于取样积分的瞬变电磁接收机设计[D]. 蒋大鹏.哈尔滨工业大学 2014
[4]无人/载人航空器辐射监测探测器性能参量研究[D]. 龚春慧.成都理工大学 2014
[5]多道伽玛能谱仪测量分析软件的开发[D]. 陈维锋.中国地质大学（北京） 2011
[6]γ谱弱峰优化检测方案研究[D]. 袁新宇.南华大学 2011
[7]微弱信号检测和处理的若干问题研究[D]. 高洁.华北电力大学（北京） 2009
[8]基于人工神经网络的核材料γ能谱指纹识别[D]. 程松.辽宁师范大学 2008
[9]多通道噪声、振动信号采集与故障诊断应用[D]. 王永刚.大连理工大学 2004
本文编号：3284239
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文结构安排
在外电路上形成感应电流：??ｉ（ｔ）?＝?Ｑ（ｔ）／Ａｔ。??由此，可以将气体探测器等效为产生／（〇信号的电流源，其等效电路如图２．４??（ｂ）所示，在内阻比外负载大得多时，图２．４?（ｂ）可进一步简化为图２．４?（ｃ）。??另外，由于离子在电离室的入射位置不同，电子－离子对产生的位置也不同，所得??到的输出电流的大小也不尽相同，因此不能使用电流大小度量入射粒子的能??量。但是，发生电离后产生的电荷量相同，所以可在探测器输出端接电容负载，??将输出电流通过电容器积分，即可在电容Ｃ■上得到电压信号叫（〇：??ｖ０｛ｔ）?＝?Ｑ／Ｃ?＝?１／Ｃ?［?ｉ（ｔ）ｄｔ??Ｊ〇??当ｆ足够大时，可以收集所有感应电流，则有＝?Ｑ?＝?ｗ?？?ｅ?，?ｐＱ（ｔ）达到恒??定值：??ｖｏ（０?＝?Ｎｍｅ／ｃ?＝?ＦｍＡｍＥｍｅ／ｗｍＣ?＝?Ｋ?？?Ｅ，??其中
但由于辐射会对半导体造成损伤，长期大量的辐照会导致半导体晶格缺陷，??从而使得半导体探测器的漏电流增大，性能降低。??半导体探测器俗称固体电离室，其工作原理与气体的情况类似，图２．５?（ａ）??为平面Ｇｅ?（Ｌｉ）探测器原理示意图。当能量为五的粒子入射到平面Ｇｅ?（Ｌｉ）探??测器耗尽层时，探测器内产生电子－空穴对，并在外加电场的作用下，分别向Ｎ??极与Ｐ极做漂移运动，在外电路上产生电流办），其等效电路如图２．５?（ｂ）所示。??固体电离室?＾??＼丄??放射源＼?＼?Ｔ??????＋??（ａ）?（ｂ）??图２．?５半导体探测器等效电路??当入射粒子的位置不同时，产生电子－离子对的地点也不同，办）的形状会随??之发生变化，所以不能用电流测量入射粒子的能量，和前面讨论的气体探测器情??况类似，可由输出电容来积分得到电压信号??Ｖ０（ｔ）?＝?Ｑ／Ｃ?＝?１／Ｃ?［?ｉ（ｔ）?ｄ（ｔ）?＝?Ｎ－ｅ／Ｃ?＝?Ｅ－ｅ／ｗ－Ｃ?＝?ｋ＇－Ｅ??即可用电压信号测量入射粒子的能量［９３］。??（３）闪烁体探测器??闪烁体探测器的结构如图２．６所示，当射线作用于闪烁晶体时产生荧光光子，??通过光电倍增管对其进行光电转化和倍增后输出电脉冲信号。??放射源?闪烁体、??＼?＼?光电倍增管??偏压电路???＋?ｖｚ???图２．６闪烁体探测器结构及等效电路??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波的声发射信号去噪研究[J]. 杨慧,顾菊平,华亮,罗来武,陈猛. 现代电子技术. 2017(13)
[2]基于稀疏表示的密集多径非相干信号检测方法研究[J]. 张江波. 微型机与应用. 2017(02)
[3]RBF神经网络在核能谱平滑中的应用[J]. 侯利桥,方江雄,管弦. 核电子学与探测技术. 2016(07)
[4]基于幂函数型双稳随机共振的故障信号检测方法[J]. 贺利芳,崔莹莹,张天骐,张刚,宋莹. 仪器仪表学报. 2016(07)
[5]一种改进粒子群算法优化BP神经网络实现核素识别方法[J]. 刘议聪,朱泓光,宋永强. 兵工自动化. 2016(04)
[6]基于小波变换的微震信号去噪研究[J]. 晏建洋,吴建星. 科技通报. 2016(03)
[7]基于序贯贝叶斯方法的核素识别算法研究[J]. 问斯莹,王百荣,肖刚,沈春霞. 核电子学与探测技术. 2016(02)
[8]基于形态学变换的核素能谱寻峰算法[J]. 李湦,黄长添,毕明德,徐卫锋,郭智荣. 核电子学与探测技术. 2016(02)
[9]基于人工神经网络的核素识别分析方法[J]. 刘议聪,王伟,牛德青. 兵工自动化. 2015(11)
[10]高速核脉冲信号数字存储示波器的研制[J]. 马英杰,万文杰,陈可. 核电子学与探测技术. 2015(10)
博士论文
[1]无线通信盲源分离关键技术研究[D]. 骆忠强.电子科技大学 2016
[2]基于序贯贝叶斯分析的放射性核素快速识别方法研究[D]. 向清沛.中国工程物理研究院 2014
[3]基于公理模糊集的模糊决策树算法研究[D]. 冯兴华.大连理工大学 2013
[4]低能量分辨率γ能谱数据解析方法研究[D]. 何剑锋.成都理工大学 2013
[5]γ能谱谱数据分解方法研究[D]. 刘永刚.中国地质大学（北京） 2011
[6]基于数字高斯成形技术的X荧光谱仪的研制[D]. 周伟.成都理工大学 2011
[7]成都平原地—空界面天然伽玛场及其辐射环境研究[D]. 曾兵.成都理工大学 2010
[8]核素识别算法及数字化能谱采集系统研究[D]. 陈亮.清华大学 2009
硕士论文
[1]基于便携式NaI谱仪的核素识别算法[D]. 祝美英.成都理工大学 2016
[2]车载红外热成像系统的研究与设计[D]. 吴传福.电子科技大学 2015
[3]基于取样积分的瞬变电磁接收机设计[D]. 蒋大鹏.哈尔滨工业大学 2014
[4]无人/载人航空器辐射监测探测器性能参量研究[D]. 龚春慧.成都理工大学 2014
[5]多道伽玛能谱仪测量分析软件的开发[D]. 陈维锋.中国地质大学（北京） 2011
[6]γ谱弱峰优化检测方案研究[D]. 袁新宇.南华大学 2011
[7]微弱信号检测和处理的若干问题研究[D]. 高洁.华北电力大学（北京） 2009
[8]基于人工神经网络的核材料γ能谱指纹识别[D]. 程松.辽宁师范大学 2008
[9]多通道噪声、振动信号采集与故障诊断应用[D]. 王永刚.大连理工大学 2004
本文编号：3284239
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