放射性检测站多道γ能谱仪的研制

论文摘要

由于能源短缺日益严重,我国加大了铀矿的开采力度。而原来的铀矿石含量检测仪器相对落后,相关的技术指标和性能已达不到要求,严重影响铀矿的开采效率。因此根据铀矿对测量铀矿石含量的需求,研制了放射性检测站多道γ能谱仪。放射性检测站多道γ能谱仪主要由以下几部分构成:（1） NaI（Tl）闪烁探测器:将γ射线转换为可测的电脉冲信号,主要由NaI（Tl）晶体、光电倍增管、前置放大器构成;（2）脉冲线性放大成形电路:将NaI（Tl）闪烁体探测器输出的脉冲信号放大到所需的幅度,同时使脉冲成形利于对信号的分析,包括极零相消电路、可调运算放大器、积分电路、基线恢复电路;（3）多道脉冲幅度分析电路（MCA）:实现对成形的脉冲信号的幅度进行模数转换,主要由甄别电路、脉冲峰值检测保持电路、A/D转换电路和逻辑控制电路。甄别电路对脉冲幅度进行判断,从而消除噪声和无用低幅度脉冲对测量的干扰;峰值检测和保持电路检测脉冲峰值的到来,同时保持脉冲峰值的电压便于对脉冲幅度进行A/D转换;A/D转换电路实现对脉冲信号的幅度进行模数转换;逻辑控制电路用来产生控制信号,从而控制多道脉冲幅度分析电路中各部分电路协调工作;（4）通信接口:为保证数据的传输速度,在多道脉冲幅度分析电路中A/D转换所得的代表脉冲幅度的数字量通过基于PCI总线的数字量I/O卡传输到上位机;（5）上位机应用程序:主要用来数据采集、测量控制、谱线处理、谱线显示以及通过谱线分析矿石含量;（6）电源电路:将220V交流电转换为电路所需的工作电压以及探头的工作电压和高压,保证电压有较强的稳定性和较低噪声。仪器的整体性能经测试达到设计要求,主要技术指标包括:能量分辨率为8.6%(137Cs的0.662MeV全能峰测得);能量具有良好的线性,线性方程的相关系数r为0.9995;具有较好的稳定性,连续工作8小时,谱线的峰位漂移小于2%。通过铀矿现场测试,放射性检测站多道γ能谱仪能够准确检测铀矿石含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 铀矿石含量检测仪器的现状
• 2 研制的理论基础
• 2.1 核衰变
• 2.2 放射性系列
• 2.3 天然放射性核素 γ 射线谱
• 2.4 γ 能谱分析的理论基础
• 3 放射性检测站多道Γ能谱仪的硬件研制
• 3.1 仪器硬件结构和功能
• 3.2 γ 射线探测器
• 3.2.1 闪烁体
• 3.2.2 光电倍增管
• 3.2.3 前置放大电路
• 3.3 脉冲线性放大成形电路
• 3.3.1 脉冲线性放大器
• 3.3.1.1 脉冲线性放大器的基本要求
• 3.3.1.2 脉冲放大器的主要技术指标
• 3.3.1.3 采取的主要措施
• 3.3.2 脉冲成形电路
• 3.3.2.1 成形电路的要求
• 3.3.2.2 极零相消电路
• 3.3.2.3 有源积分滤波电路
• 3.3.2.4 基线恢复电路
• 3.3.3 脉冲线性放大成形电路的性能指标
• 3.4 多道脉冲分析电路
• 3.4.1 工作原理
• 3.4.2 脉冲甄别电路
• 3.4.3 峰值检测与保持电路
• 3.4.4 脉冲信号幅度A/D 转换
• 3.4.5 逻辑控制电路
• 3.5 数据传输接口
• 3.6 电源电路
• 4 应用软件设计与实现
• 4.1 应用软件编程要求
• 4.2 软件系统结构
• 4.3 操作界面
• 4.4 谱线采集
• 4.5 谱线处理
• 4.6 谱线分析
• 4.6.1 能量刻度
• 4.6.2 峰面积计算
• 4.6.3 核素含量分析
• 5 主要技术指标
• 5.1 能量分辨率测试
• 5.2 能量线性测试
• 5.3 峰漂稳定性测试
• 5.4 死时间
• 结论
• 致谢
• 参考文献