一种数字化中子谱仪电子学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种数字化中子谱仪电子学系统，该系统包括两路传输路径，第一路传输路径包括第一前置放大器，第一前置放大器的输入端与中子谱仪内设置的闪烁体探测器连接，闪烁体探测器通过负高压电源提供负高压；第二路传输路径包括第二前置放大器和主放大器，第二前置放大器的输入端与中子谱仪内设置的充气式探测器连接，第二前置放大器输出端与主放大器的输入端连接，充气式探测器通过正高压电源提供正高压，正高压电源与主放大器均由低压电源提供稳定的电压。该电子学系统，解决中子谱仪电机运行过程中强电对于弱电的交流干扰，提高中子谱仪电路系统信号噪声比；同时减少高压电源与前置放大器之间的干扰以及高计数情况下引起基线漂移；体积小，屏蔽性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中子能谱的测量领域，具体涉及一种数字化中子谱仪电子学系统。
技术介绍
由于对中子核数据和原子核激发能级的研究、反应堆的设计和运行、核装置的设计和试验、福射屏蔽和防护、放射性治疗以及中子剂量仪表的校准等，都需要很好地了解中子能谱。所以中子能谱的测量具有重要的理论意义和实用价值。中子能谱测量技术应用最多的是中子飞行时间谱仪，通过测量中子飞行一段固定距离的时间，确定中子的能量、数量和空间分布。其电子学系统十分复杂，主要是基于N頂插件式电子学系统，图1表示了一个简要的快慢符合型快中子飞行时间谱仪电子学系统线路方框图。其电路原理是拾取筒给出中子起始信号，通过恒比定时器得到中子飞行起始时间，液闪阳极信号经过恒比定时器得到中子到达时刻，通常采用倒开门方式以减少偶然符合事件本底。通过时幅转换电路将中子飞行时间转换为电压信号，作为符合系统的时间信号。液闪探测器打拿极信号分为两路:一路信号经过快前放、线性延迟主放大器、定时单道、时幅转换器用以甄别中子、γ信号；另一路信号经过快前放、线性延迟主放大器用于中子脉冲幅度谱测量。飞行时间电子学线路存在的主要问题是:1.基于传统N頂插件式电子学，N頂插件电子学集成化程度低，体积庞大；2.飞行时间电子学系统电路十分复杂，整个电路系统质量、体积占用很大；3.飞行时间电子学系统需要反复调试参数，没有核电子学调试经验的人眼很难操作和理解；因此飞行时间法中子能谱测量目前局限于实验室，并不适用于核工业场所中子能谱测量。该部分内容参考书籍:《中子飞行时间方法及其应用》沈冠仁编著，原子能出版社2000年北约军方组织研发的ROSPEC谱仪传统的ROSPEC谱仪有三个小尺寸计数器(2cm半径)，分别充latm，4atm，1atm氢气。大体积计数器(直径6英寸)充0.5Mpa的氩甲烷气体。这种探测器组合可以使ROSPEC谱仪系统覆盖能量范围从50keV?4.5MeV。根据北约军方提出的小型化，易操作的要求，重新设计了谱仪系统。传统的谱仪已经被集成电子学以及计算机数字处理技术所取代，这样可以减少谱仪的重量和尺寸，同时可以可视化界面完成谱仪的操作。这些探测器组合安装在一个可以缓慢连续旋转的盘子上。盘子的旋转通过旋转电机完成。旋转盘子下面是大量的集成电路板，包括主放，4块独立的ADCsJg压电源和一个微型电脑。电脑控制信号的处理及采集，将数据先存放到缓存之中，然后从缓存通过一个旋转的RS422接口连接到电脑中。数据获取电脑可以在谱仪探测端附近，也可以在Ikm以外。ROSPEC谱仪电子学存在的主要问题是:1.电子学适用中子能量范围窄，只能适用50keV?4.5MeV ;2.电子学系统没有考虑中子、γ射线甄别设计，只有能量信息电路、没有时间信息电路。3.电机系统工作时强电对弱电信号有交流干扰。该部分参考文献:Neutron Spectrometry in Mixed Fields !Proport1nal CounterSpectrometers, Radiat1n Protect1n Dosimetry Vol.107, Nos 1-3，pp.73-93(2003)；Rospec - A Simple Reliable High Resolut1n NeutronSpectrometer, Radiat1n Protect1n Dosimetry Vol.70, N0.1-4pp.273-278.
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种数字化中子谱仪的电子学系统，解决电机运行过程中强电对于弱电的交流干扰、信号成形时间过长死时间过大、基线漂移以及电路系统能量覆盖范围窄的缺陷，提高中子谱仪电路系统信号噪声比；体积小，屏蔽性能好。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是:提供一种数字化中子谱仪电子学系统，该系统包括两路传输路径，第一路传输路径包括第一前置放大器，所述第一前置放大器的输入端与中子谱仪内设置的闪烁体探测器连接，闪烁体探测器通过负高压电源提供负高压；第二路传输路径包括第二前置放大器和主放大器，所述第二前置放大器的输入端与中子谱仪内设置的充气式探测器连接，第二前置放大器输出端与主放大器的输入端连接，充气式探测器通过正高压电源提供正高压，所述正高压电源与主放大器均由低压电源提供稳定的电压。进一步，所述第一前置放大器的输出端与主放大器的输出端均与选路控制单元的输入端连接，该选路控制单元的输出端与数据采集卡输入端连接。进一步，所述第一前置放大器与负高压电源集成在一块电路板；所述第二前置放大器、主放大器与正高压电源集成在一块电路板上。进一步，所述第一前置放大器、第二前置放大器以及主放大器选用增益带宽大，结电容小以及噪声系数小的晶体管；选用漏电流和温度系数小的聚四氟乙烯电容；选用温度系数小的电阻。进一步，所述第一前置放大器、第二前置放大器以及主放大器使用单独的控制系统。进一步，所述第一前置放大器与第二前置放大器前均设有数字化低通滤波器。进一步，所述闪烁体探测器包括光电倍增管；所述充气式探测器采用正比计数器。本专利技术的有益技术效果在于:(I)解决电机运行过程中强电对于弱电的交流干扰，提高中子谱仪电路系统信号噪声比；(2)电路设计适用中子能量范围:热能_20MeV，解决ROSPEC电路系统能量覆盖范围窄的缺陷；(3)电路设计考虑中子、γ射线脉冲形状甄别，在粒子脉冲积分成形时保持脉冲衰减时间特征；(4)采用微分电路设计，在不改变电荷积分幅值与信号最大幅值线性关系、脉冲信号衰减时间特性的前提下，缩短脉冲成形时间至1-2 μ s，减少整个电子学系统死时间。【附图说明】图1是本专利技术数字化中子谱仪电子学系统的结构示意图；图2是无低通滤波电路脉冲信号和有低通滤波电路脉冲信号；图3是数字化中子谱仪中子、γ射线粒子甄别谱；图4是低压电源系统电路图；图5是正比计数器正高压电路图；图6是有机液闪探测器负高压电路图；图7是有机闪液探测器放大和成型电路。【具体实施方式】下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的描述。如图1所示，数字化中子谱仪电子学系统包括低压电源、正、负高压电源、第一前置放大器、第二前置放大器以及主放大器。由于数字化中子谱仪共有6路探测器，每路探测器功能不同，所以每路探测器需要分别设计高压、前置放大、主放大电路。低压电源系统用于给全部电路系统提供稳定的±6V、±12V电压，纹波〈lmV，下面分别介绍每一部分系统。本能谱测量系统共有6路探测器。第一路探测器为有机闪烁体探测器，内设光电倍增管，该闪烁体探测器通过负高压电源为其提供负高压，信号由打拿极输出，经第一前置放大器、选路控制单元到采集卡。第2路探测器是BF3探测器、第3路探测器是包镉BF 3探测器、第4路探测器为Iatm含氢正比计数器、第5路探测器为3atm含氢正比计数器、第6路探测器为1atm含氢正比计数器，第2-5路探测器均为气体正比计数器，电子学系统通过正高压电源为其提供正高压，信号经第二前置放大器、主放大器、选路控制单元到采集卡。第一路高压O---2000V可调，第二、三、四路高压当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化中子谱仪电子学系统，该系统包括两路传输路径，其特征是：第一路传输路径包括第一前置放大器，所述第一前置放大器的输入端与中子谱仪内设置的闪烁体探测器连接，闪烁体探测器通过负高压电源提供负高压；第二路传输路径包括第二前置放大器和主放大器，所述第二前置放大器的输入端与中子谱仪内设置的充气式探测器连接，第二前置放大器输出端与主放大器的输入端连接，充气式探测器通过正高压电源提供正高压，所述正高压电源与主放大器均由低压电源提供稳定的电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮，罗建，徐鹍，叶宏生，张升康，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11