一種數(shù)字化中子譜儀電子學系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于中子能譜的測量領域，具體涉及一種數(shù)字化中子譜儀電子學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]由于對中子核數(shù)據(jù)和原子核激發(fā)能級的研究、反應堆的設計和運行、核裝置的設計和試驗、福射屏蔽和防護、放射性治療以及中子劑量儀表的校準等，都需要很好地了解中子能譜。所以中子能譜的測量具有重要的理論意義和實用價值。
[0003]中子能譜測量技術應用最多的是中子飛行時間譜儀，通過測量中子飛行一段固定距離的時間，確定中子的能量、數(shù)量和空間分布。其電子學系統(tǒng)十分復雜，主要是基于N頂插件式電子學系統(tǒng)，圖1表示了一個簡要的快慢符合型快中子飛行時間譜儀電子學系統(tǒng)線路方框圖。其電路原理是拾取筒給出中子起始信號，通過恒比定時器得到中子飛行起始時間，液閃陽極信號經(jīng)過恒比定時器得到中子到達時刻，通常采用倒開門方式以減少偶然符合事件本底。通過時幅轉換電路將中子飛行時間轉換為電壓信號，作為符合系統(tǒng)的時間信號。液閃探測器打拿極信號分為兩路:一路信號經(jīng)過快前放、線性延遲主放大器、定時單道、時幅轉換器用以甄別中子、γ信號；另一路信號經(jīng)過快前放、線性延遲主放大器用于中子脈沖幅度譜測量。
[0004]飛行時間電子學線路存在的主要問題是:1.基于傳統(tǒng)N頂插件式電子學，N頂插件電子學集成化程度低，體積龐大；2.飛行時間電子學系統(tǒng)電路十分復雜，整個電路系統(tǒng)質(zhì)量、體積占用很大；3.飛行時間電子學系統(tǒng)需要反復調(diào)試參數(shù)，沒有核電子學調(diào)試經(jīng)驗的人眼很難操作和理解；因此飛行時間法中子能譜測量目前局限于實驗室，并不適用于核工業(yè)場所中子能譜測量。
[0005]該部分內(nèi)容參考書籍:《中子飛行時間方法及其應用》沈冠仁編著，原子能出版社
[0006]2000年北約軍方組織研發(fā)的ROSPEC譜儀傳統(tǒng)的ROSPEC譜儀有三個小尺寸計數(shù)器(2cm半徑)，分別充latm，4atm，1atm氫氣。大體積計數(shù)器(直徑6英寸)充0.5Mpa的氬甲烷氣體。這種探測器組合可以使ROSPEC譜儀系統(tǒng)覆蓋能量范圍從50keV?4.5MeV。根據(jù)北約軍方提出的小型化，易操作的要求，重新設計了譜儀系統(tǒng)。傳統(tǒng)的譜儀已經(jīng)被集成電子學以及計算機數(shù)字處理技術所取代，這樣可以減少譜儀的重量和尺寸，同時可以可視化界面完成譜儀的操作。這些探測器組合安裝在一個可以緩慢連續(xù)旋轉的盤子上。盤子的旋轉通過旋轉電機完成。旋轉盤子下面是大量的集成電路板，包括主放，4塊獨立的ADCsJg壓電源和一個微型電腦。電腦控制信號的處理及采集，將數(shù)據(jù)先存放到緩存之中，然后從緩存通過一個旋轉的RS422接口連接到電腦中。數(shù)據(jù)獲取電腦可以在譜儀探測端附近，也可以在Ikm以外。
[0007]ROSPEC譜儀電子學存在的主要問題是:1.電子學適用中子能量范圍窄，只能適用50keV?4.5MeV ;2.電子學系統(tǒng)沒有考慮中子、γ射線甄別設計，只有能量信息電路、沒有時間信息電路。3.電機系統(tǒng)工作時強電對弱電信號有交流干擾。該部分參考文獻:
[0008]Neutron Spectrometry in Mixed Fields !Proport1nal CounterSpectrometers, Radiat1n Protect1n Dosimetry Vol.107, Nos 1-3，pp.73-93(2003)；
[0009]Rospec - A Simple Reliable High Resolut1n NeutronSpectrometer, Radiat1n Protect1n Dosimetry Vol.70, N0.1-4pp.273-278.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種數(shù)字化中子譜儀的電子學系統(tǒng)，解決電機運行過程中強電對于弱電的交流干擾、信號成形時間過長死時間過大、基線漂移以及電路系統(tǒng)能量覆蓋范圍窄的缺陷，提高中子譜儀電路系統(tǒng)信號噪聲比；體積小，屏蔽性能好。
[0011]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是:提供一種數(shù)字化中子譜儀電子學系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩路傳輸路徑，第一路傳輸路徑包括第一前置放大器，所述第一前置放大器的輸入端與中子譜儀內(nèi)設置的閃爍體探測器連接，閃爍體探測器通過負高壓電源提供負高壓；第二路傳輸路徑包括第二前置放大器和主放大器，所述第二前置放大器的輸入端與中子譜儀內(nèi)設置的充氣式探測器連接，第二前置放大器輸出端與主放大器的輸入端連接，充氣式探測器通過正高壓電源提供正高壓，所述正高壓電源與主放大器均由低壓電源提供穩(wěn)定的電壓。
[0012]進一步，所述第一前置放大器的輸出端與主放大器的輸出端均與選路控制單元的輸入端連接，該選路控制單元的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接。
[0013]進一步，所述第一前置放大器與負高壓電源集成在一塊電路板；所述第二前置放大器、主放大器與正高壓電源集成在一塊電路板上。
[0014]進一步，所述第一前置放大器、第二前置放大器以及主放大器選用增益帶寬大，結電容小以及噪聲系數(shù)小的晶體管；選用漏電流和溫度系數(shù)小的聚四氟乙烯電容；選用溫度系數(shù)小的電阻。
[0015]進一步，所述第一前置放大器、第二前置放大器以及主放大器使用單獨的控制系統(tǒng)。
[0016]進一步，所述第一前置放大器與第二前置放大器前均設有數(shù)字化低通濾波器。
[0017]進一步，所述閃爍體探測器包括光電倍增管；所述充氣式探測器采用正比計數(shù)器。
[0018]本發(fā)明的有益技術效果在于:
[0019](I)解決電機運行過程中強電對于弱電的交流干擾，提高中子譜儀電路系統(tǒng)信號噪聲比；
[0020](2)電路設計適用中子能量范圍:熱能_20MeV，解決ROSPEC電路系統(tǒng)能量覆蓋范圍窄的缺陷；
[0021](3)電路設計考慮中子、γ射線脈沖形狀甄別，在粒子脈沖積分成形時保持脈沖衰減時間特征；
[0022](4)采用微分電路設計，在不改變電荷積分幅值與信號最大幅值線性關系、脈沖信號衰減時間特性的前提下，縮短脈沖成形時間至1-2 μ s，減少整個電子學系統(tǒng)死時間。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明數(shù)字化中子譜儀電子學系統(tǒng)的結構示意圖；
[0024]圖2是無低通濾波電路脈沖信號和有低通濾波電路脈沖信號；
[0025]圖3是數(shù)字化中子譜儀中子、γ射線粒子甄別譜；
[0026]圖4是低壓電源系統(tǒng)電路圖；
[0027]圖5是正比計數(shù)器正高壓電路圖；
[0028]圖6是有機液閃探測器負高壓電路圖；
[0029]圖7是有機閃液探測器放大和成型電路。
[0030]
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
[0032]如圖1所示，數(shù)字化中子譜儀電子學系統(tǒng)包括低壓電源、正、負高壓電源、第一前置放大器、第二前置放大器以及主放大器。由于數(shù)字化中子譜儀共有6路探測器，每路探測器功能不同，所以每路探測器需要分別設計高壓、前置放大、主放大電路。低壓電源系統(tǒng)用于給全部電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定的±6V、±12V電壓，紋波〈lmV，下面分別介紹每一部分系統(tǒng)。
[0033]本能譜測量系統(tǒng)共有6路探測器。第一路探測器為有機閃爍體探測器，內(nèi)設光電倍增管，該閃爍體探測器通過負高壓電源為其提供負高壓，信號由打拿極輸出，經(jīng)第一前置放大器、選路控制單元到采集卡。第2路探測器是BF3探測器、第3路探測器是包鎘BF 3探測器、第4路探測器為Iatm含氫正比計數(shù)器、第5路探測器為3atm含氫正比計數(shù)器、第6路探測器為1atm含氫正比計數(shù)器，第2-5路探測器均為氣體正比計數(shù)器，電子學系統(tǒng)通過正高壓電源為其提供正高壓，信號經(jīng)第二前置放大器、主放大器、選路控制單元到采集卡。第一路高壓O---2000V可調(diào)，第二、三、四路高壓