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放射性实验模拟仿真教学设备的研制及应用

实验技术与管理 2024年第5期41卷 166-172页

作者：胡传皓曾国强郑雄峰顾民杨剑杨小峰胡世敏成都理工大学核技术与自动化工程学院四川成都610059

针对现有放射性实验教学中,因难以大规模装备放射源及射线测量装置而无法支撑开设实验项目的问题,该文研制了一款放射性实验模拟仿真教学设备,并以此为核心搭建了实验教学平台,开展了核辐射探测器信号输出、射线能谱测量等多个实验。结... 详细信息

针对现有放射性实验教学中,因难以大规模装备放射源及射线测量装置而无法支撑开设实验项目的问题,该文研制了一款放射性实验模拟仿真教学设备,并以此为核心搭建了实验教学平台,开展了核辐射探测器信号输出、射线能谱测量等多个实验。结果表明,该实验教学设备具有使用安全、操作简便、性能稳定、可拓展性强的优点,基于该设备可以开展大部分认知类、基础类以及综合类放射性实验,从而拓展实验教学内容的深度和广度,提升学生的实践动手能力,改进实验教学质量。

关键词：放射性实验核辐射探测实验教学设备

紧凑型Si-PIN探测器的低温制冷控制电路设计

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核电子学与探测技术 2023年第5期43卷 901-906页

作者：邓皓文曾国强杨剑田成帅胡传皓成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

针对便携式X荧光光谱仪,设计了紧凑型Si-PIN探头低温控制电路。低温制冷器采用微型半导体电制冷片,其恒流控制电路利用低噪声的线性稳压器来避免引入电子学噪声,并利用闭环控制保证温度的稳定性。前级供电采用高效率的DC-DC电路稳压,以... 详细信息

针对便携式X荧光光谱仪,设计了紧凑型Si-PIN探头低温控制电路。低温制冷器采用微型半导体电制冷片,其恒流控制电路利用低噪声的线性稳压器来避免引入电子学噪声,并利用闭环控制保证温度的稳定性。前级供电采用高效率的DC-DC电路稳压,以降低探测器的整体热耗散。Si-PIN探测器安装在制冷片的陶瓷电路板上,并真空封装在TO-8管座内来维持低温制冷效果。实验测试结果表明,探测器可稳定保持在-35℃的低温工作环境,对59.5 keV能量获得的能量分辨率从常温下的2.70%提高到1.47%。

关键词：便携式X荧光光谱仪 Si-PIN探测器温度控制能量分辨率

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极端环境下的自动吊放装置的设计

自动化与仪器仪表 2023年第2期 99-102,106页

作者：李雪刚胡传皓张松成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

为了针对强辐射、寒冷等复杂环境下的长时间的探测活动需求,设计了一个远程控制的自动吊放系统。该系统主要功能是探测装置的实时位置信息的采集与控制,包括电源、电机驱动、通信以及编码器测速等硬件模块,同时在组态王进行软件编写,实... 详细信息

为了针对强辐射、寒冷等复杂环境下的长时间的探测活动需求,设计了一个远程控制的自动吊放系统。该系统主要功能是探测装置的实时位置信息的采集与控制,包括电源、电机驱动、通信以及编码器测速等硬件模块,同时在组态王进行软件编写,实现软件控制调节。在此基础上对吊放装置进行机械结构搭建并且对装置进行了实际测试,实验测试表明:该吊放装置工作稳定,可实现1 cm/s到5 cm/s的速度调节,测量得到的速度误差在10%以内,实现探测器位置在0 cm到300 cm的实时设置的功能,测量得到位置误差在5%以内,可以任意设置初始位置实现远程位置归零操作,可实现最大吊放重物达到25公斤,基本满足了远程控制吊放操作的任务,具有一定的工程应用价值。

关键词：远程控制吊放装置组态王位置归零电机驱动

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BGO闪烁体电流前置放大器设计

核电子学与探测技术 2022年第1期42卷 94-99页

作者：曹杨胡传皓喻川李雪刚胡世敏胡瑶函段志强白彬曾国强成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

设计了一款BGO探测器电流型前置放大器.其选用互阻型低噪声运算放大器,具有高增益,高输入阻抗、低噪声、宽频带的特性,采用该电流前置放大器对BGO探测器进行了能量响应测试以及能谱分辨率测试,通过对比不加该电流前置放大器的测试结果,... 详细信息

设计了一款BGO探测器电流型前置放大器.其选用互阻型低噪声运算放大器,具有高增益,高输入阻抗、低噪声、宽频带的特性,采用该电流前置放大器对BGO探测器进行了能量响应测试以及能谱分辨率测试,通过对比不加该电流前置放大器的测试结果,得到如下结果:电流型前置放大器输出信号上升时间约为208 ns,脉宽约为1.6μs;对^(137)Cs(@0.662 MeV)源测量的信噪比由5.8∶1提高到7.3∶1,能量分辨率由13.378%提高到12.368%;对于^(60)Co(@1.17 MeV,@1.33 MeV)的峰半高宽为266道和234道.

关键词： BGO晶体发光产额电流灵敏前置放大器信噪比能量分辨率

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便携式γ能谱仪闪烁探头改进设计及性能研究

原子能科学技术 2017年第8期51卷 1471-1477页

作者：李元东葛良全王彦瑜张开琪胡传皓卢威骅孙坤黄锐成都理工大学地学核技术四川省重点实验室四川成都610051 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 中国辐射防护研究院山西太原030006

为满足当前便携式γ能谱仪对高性能闪烁探头的需要,本文提出了采用CsI(Tl)晶体耦合雪崩光电二极管的方式代替NaI(Tl)晶体耦合光电倍增管以构成新的闪烁探测器,并设计了低噪声电荷灵敏放大器作为探测器读出电路。根据唯一变量原则分别测... 详细信息

为满足当前便携式γ能谱仪对高性能闪烁探头的需要,本文提出了采用CsI(Tl)晶体耦合雪崩光电二极管的方式代替NaI(Tl)晶体耦合光电倍增管以构成新的闪烁探测器,并设计了低噪声电荷灵敏放大器作为探测器读出电路。根据唯一变量原则分别测试了能量分辨率随温度与偏压的变化规律,并对多种放射源的γ射线进行能谱响应实验。实验结果表明:当温度为23℃且偏压为370V时,该闪烁探头对^(137) Cs、^(226) Ra、^(60) Co和^(152) Eu源的γ射线具备优异的能谱响应特性,其中,对^(137) Cs源的γ射线能量分辨率可达4.98%,输出信号信噪比可达21∶1,上升时间为80ns。可见,改进后的闪烁探头的性能有大幅提升,具备能量分辨率更佳、体积更小、抗机械性能与适用性更强等优点。

关键词： γ能谱仪闪烁探头电荷灵敏放大器雪崩光电二极管能谱响应能量分辨率

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小波包软阈值降噪法在航空γ能谱中的应用

核技术 2022年第9期45卷 58-64页

作者：张松胡传皓李承洋王楠严磊李雪刚曾国强顾民成都理工大学成都610059

随着核技术的不断发展,放射性物质勘探对航空γ能谱仪的探测精度要求越来越高,同时,小波包软阈值降噪法具有降噪效果好、信噪分辨率高等优势。因此,本文使用了多种小波包软阈值降噪方案对使用CeBr_(3)探测器获得的航空γ能谱进行降噪处... 详细信息

随着核技术的不断发展,放射性物质勘探对航空γ能谱仪的探测精度要求越来越高,同时,小波包软阈值降噪法具有降噪效果好、信噪分辨率高等优势。因此,本文使用了多种小波包软阈值降噪方案对使用CeBr_(3)探测器获得的航空γ能谱进行降噪处理,通过比较峰值信噪比大小以及观察降噪对准确度的提升效果,选出了最优的降噪方案。结果表明:最优降噪方案是使用db14母小波进行7层分解的小波包软阈值降噪法,该降噪法将航空γ能谱的峰值信噪比从23.22 dB提升到了39.50 dB,将航空γ能谱仪测量的准确度提高了3.19%。该小波包软阈值降噪法的降噪效果好,失真少,还能够提升测量准确度,适合应用在航空γ能谱的数据处理中。

关键词： γ能谱降噪小波包软阈值

基于CdZnTe探测器的核素探针探头的研制

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核电子学与探测技术 2017年第10期37卷 1012-1016页

作者：杨莉李三刚丁叶胡传皓盛磊卿松邵洋成都理工大学成都610059

为了解决在核医学手术中使用放射性核素进行病灶定位的难题,设计了一种基于碲锌镉(CdZnTe)探测器的核素探针探头。该核素探针探头主要包含CdZnTe探测器、低噪声电荷灵敏前置放大器和快驱动电路。考虑到环境本底和外界电磁干扰,对探针探... 详细信息

为了解决在核医学手术中使用放射性核素进行病灶定位的难题,设计了一种基于碲锌镉(CdZnTe)探测器的核素探针探头。该核素探针探头主要包含CdZnTe探测器、低噪声电荷灵敏前置放大器和快驱动电路。考虑到环境本底和外界电磁干扰,对探针探头的结构作了特殊设计,该特殊设计能够提高核素探针探头的探测能力。探头中的放大器和快驱动电路能明显的放大核脉冲信号的幅度和提高核脉冲信号的信噪比,便于后端信号处理分析系统对信号的进一步处理。

关键词：碲锌镉(CdZnTe)探测器核素探针探头电荷灵敏前置放器快信号驱动电路

低偶然符合效应的高脉冲分辨能力数字化X荧光能谱仪研制

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光谱学与光谱分析 2021年第3期41卷 768-775页

作者：王忠桃何黎胡传皓白彬顾民曾国强葛良全严磊杨寿南成都理工大学地学核技术四川重点实验室四川成都610059

在X荧光能谱测量中,当两个事例发生间隔较短时,存在脉冲前沿或后沿堆积的情况。如果能谱仪的脉冲分辨能力不足,在事例发生间隔小于能谱仪脉冲分辨能力时,发生了偶然符合效应。当堆积发生在信号的上升沿时,后端电子学无法识别堆积脉冲,... 详细信息

在X荧光能谱测量中,当两个事例发生间隔较短时,存在脉冲前沿或后沿堆积的情况。如果能谱仪的脉冲分辨能力不足,在事例发生间隔小于能谱仪脉冲分辨能力时,发生了偶然符合效应。当堆积发生在信号的上升沿时,后端电子学无法识别堆积脉冲,并将堆积脉冲当成1个脉冲,从而在测量能谱中会产生虚假能峰;当堆积出现在下降沿时,堆积信号间隔小于通道成形时间时,堆积信号会被丢弃,导致所测量谱线的有效计数减小,对精确放射性测量带来了不利影响。从提高能谱仪模拟电路信噪比、降低误触发、缩短快成形通道成形时间、提高能谱仪的脉冲分辨能力,从而减小符合效应等角度入手,研制了一种低偶然符合效应的快慢双成形通道的数字化能谱仪。该能谱仪设计了具有高脉冲分辨能力的快通道,采用对称零面积梯形成形算法,有效消除快通道时间变窄带来的不足,结合对梯形平顶的判断,实现对低频噪声抑制与降低误触发概率;同时设计高信噪比、低噪声的模拟电路以减小快通道对噪声误触发的概率,降低偶然符合概率。文中先利用仿真验证了提升快通道时间可以提升脉冲分辨能力,接着利用MOXTEK的X光管激发被测样品Cu获得特征X射线,由KETEK的高分辨率SDD探测器检测信号,通过调节X光管的管流得到计数率范围为13~103 kcps的X荧光能谱,从而得到偶然符合概率与计数率的关系,并且通过改变快通道成形时间分析其对偶然符合的影响。实验表明,更低的快通道成形时间拥有更高的脉冲分辨率能力,更低的偶然符合效应;在103 kcps计数率下,150 ns快通道成形时间条件下,Cu的Kα峰、Kβ及Kα+Kβ的偶然符合概率分别为1.568%,0.265%和0.403%;设计的对比实验结果表明:在相同快通道成形时间条件下,所研制的数字化能谱仪相比于Amptek的DP-5型号数字化能谱仪偶然符合概率低了60%。

关键词：偶然符合效应快慢成形通道脉冲分辨能力对称零面积梯形成形

Si-PIN与CdTe探测器应用于X射线荧光能谱测量的研究

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光谱学与光谱分析 2017年第1期37卷 262-266页

作者：胡传皓曾国强葛良全喻明福魏世龙张开琪杨剑陈川成都理工大学地学核技术四川重点实验室四川成都610059

半导体探测器具有优异的性能因而被广泛应用于能量色散X射线荧光测量,以传统型Si-PIN半导体探测器与复合型CdTe半导体探测器为研究对象,分别从材料属性、探测效率、能量分辨率等方面对两种探测器进行对比,重点分析探测器灵敏区厚度、入... 详细信息

半导体探测器具有优异的性能因而被广泛应用于能量色散X射线荧光测量,以传统型Si-PIN半导体探测器与复合型CdTe半导体探测器为研究对象,分别从材料属性、探测效率、能量分辨率等方面对两种探测器进行对比,重点分析探测器灵敏区厚度、入射X射线能量、后级电路成型时间等因素对其性能的影响,并对由逃逸峰、空穴拖尾效应所导致的X射线荧光能谱的差异进行分析;同时,针对探测器空穴收集不完全的问题,基于FPGA设计了带有上升时间甄别功能的数字多道脉冲幅度分析器,能够有效消除空穴拖尾的影响,提高能量分辨率。从实验结果可知:对能量低于15keV的射线,Si-PIN与CdTe探测器的探测效率基本相当;对能量大于15keV的射线,CdTe探测器的的探测效率明显占优;Si-PIN探测器的最佳成形时间约为10μs,CdTe探测器的最佳成形时间约为2.6μs,因而CdTe探测器更适用于高计数率条件;对于不同能量的X射线,Si-PIN探测器的能量分辨率优于CdTe探测器;CdTe探测器具有明显的空穴拖尾效应,将CdTe探测器与带上升时间甄别功能的数字多道脉冲幅度分析器配合使用,其能量分辨率显著提高。

关键词： Si-PIN CdTe 能量色散X射线荧光能谱测量