基于甄别级CdZnTe探测器的散射检测技术研究

论文摘要

CdZnTe具有原子序数高,密度大,电阻率高等特点,使之可以在室温下工作。与Si和Ge探测器相比,CdZnTe探测器在χ和γ射线的探测和应用中占有特殊的地位。首先对康普顿散射检测技术的原理、应用领域和发展趋势进行了综述,进而简单介绍了本文的康普顿散射检测系统构成,并对系统中采用的CdZnTe探测器及核电子学放大电路系统进行了简要介绍。然后详细介绍了连接在核电子学放大电路之后的FPGA高速并行数据采集系统。数据采集系统采用分层结构,模块化的设计,系统各个模块由Verilog HDL语言编写设计及实现。以VC++语言编写命令发送和接收界面,运用动态链接库实现PC机与FPGA的实时通讯。整个数据采集过程中,FPGA根据PC机传送的不同命令,实现任意采集时间设定的54通道数据同步并行采集和传输。随后介绍基于FPGA的程控阈值甄别系统。PC机根据康普顿散射解谱信息发送FPGA的控制命令,FPGA驱动8片10位DAC的程控阈值甄别系统。FPGA接收从PC机经串口发送的控制命令,快速并准确的驱动相应的DAC,结合硬件设计实现了高精度,高稳定性的模拟电压阈值输出。最后阐述了多角度康普顿散射的解谱算法。通过对传统解谱算法的学习总结,结合康普顿散射检测系统的检测特征,运用全谱最小二乘法编写了解谱算法。在解谱寻峰的过程中添加了一些经验性的寻峰判据,实际解谱效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 康普顿散射检测概述
• 1.3 FPGA发展现状及其应用
• 1.4 γ能谱特征及解谱技术发展
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 甄别级CdZnTe探测器与核电子学电路
• 2.1 基于甄别级CdZnTe探测器的康普顿散射基本原理
• 2.2 甄别级CdZnTe探测器
• 2.2.1 CdZnTe探测器的等级分类
• 2.2.2 不同电极结构CdZnTe探测器的能谱响应
• 2.3 基于甄别级CdZnTe探测器的核电子学电路
• 2.4 本系统采用的实验装置
• 第三章 基于FPGA的数据采集系统与程控阈值甄别电路设计
• 3.1 基于FPGA的数据采集系统
• 3.1.1 FPGA数据采集系统结构
• 3.1.2 FPGA数据采集系统模块设计及仿真
• 3.1.3 FPGA数据采集系统数据发送接收界面
• 3.2 基于FPGA的程控阈值甄别系统设计
• 3.2.1 FPGA程控阈值甄别系统结构
• 3.2.2 FPGA程控阈值甄别系统模块及仿真
• 3.2.3 FPGA程控阈值甄别系统命令发送界面
• 第四章 多角度康普顿散射解谱算法研究
• 4.1 γ谱传统解谱方法的简介
• 4.1.1 全能峰面积法
• 4.1.2 剥谱法
• 4.1.3 逆矩阵法
• 4.2 利用全谱信息解γ谱
• 4.2.1 人工神经经网络解谱
• 4.2.2 全谱最小二乘法解谱
• 4.3 多角度康普顿散射解谱
• 4.3.1 系统准直器
• 4.3.2 多角度散射解谱算法
• 第五章 实验数据及分析
• 5.1 甄别级CdZnTe探测器与核电子学放大电路
• 5.2 数据采集系统测试
• 5.3 程控阈值甄别系统测试
• 5.4 多角度康普顿散射解谱
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校科研工作