Speaker
Mr
Yuzhe Liu
(USTC)
Description
摘要：瞬发γ射线中子活化分析（简称PGNAA）技术利用中子和γ射线穿透能力极强的特点，可以实现对较大厚度物体的内部的全元素信息进行探测，是一种被广泛应用到工业物料成分分析中的检测技术。本文提出的高通过率、高信噪比电子学系统，利用先进的电子学技术，可以实现在PGNAA应用中，对移动中的工业物的料成分及含量进行实时、准确和快速的监测分析，达到单次测量的时间为120s，脉冲信号的平均计数率达到500kc/s的设计目标。
关键字：检测技术；瞬发γ射线；电子学系统
文章分类：硬件与信息化基础设施
1 引言
PGNAA（即Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis）技术利用中子源产生的中子与被测物料中核素发生辐射俘获、非弹性散射等反应，发射出瞬时特征γ射线，通过检测特征γ射线的能谱来辨别物料中元素的种类并确定其含量。在实际检测过程中，需要在短时间内完成对测量能谱的累积，要求电子学系统有较高的精度和计数率。
2 系统结构
探测器系统由闪烁晶体γ探测器及其与之匹配的高计数率读出电子学系统两部分组成。高计数率读出电子学系统负责将探测器输出的大量脉冲信号进行电子学的分析处理，并将处理得到的事件信息交由后端信息一体化系统分析处理，对工业物料成分及含量进行实时、准确和快速的监测分析。
3 数据采集和处理方案
3.1信号成形和采集
由于中子诱发的γ在时间上具有随机性，其信号出现的概率服从泊松分布。要达到500kc/s以上的计数率，在保证计数损失不大于10%的前提下，要求探测系统的最高计数率应达到5mc/s以上。
系统采用多级CR-RC(m)滤波电路，将信号成型为底宽较小，顶部相对平坦的脉冲波形，并采用采样率为250MHz 的14位高速ADC对信号高速采样。采样后的信号，在FPGA内实现快速寻峰算法和能谱累积，并通过双缓冲总线传输将数据上传到上位机，测量过程的读出电子学系统并不增加额外的测量死时间。
3.2 减小测量误差的方法
由于FADC 的微分非线性较差，还需要对能谱进行修正。通过高精度的滑移脉冲发生器(Sliding Pulse Generator)，对多道进行全幅度的累积；通过数学变换可以得到多道系统的修正函数，并对多道测量值进行修正，以达到非线性修正的目的。对于采用14位高速ADC的多道测量系统，修正后系统的非线性指标将可能会提高约一个量级。
4 结束语
面向PGNAA应用的读出电子学系统的设计，采用当前先进的电子学技术，研究满足PGNAA高计数率能谱测量需求的全新测量方法。本系统采用许多特殊的处理方法来解决高计数率带来的关键问题，如信号堆积、死时间、数据读出与保存、在线快速分析等，以满足PGNAA测量达到500kc/s以上计数率的要求。
Primary author
Mr
Yuzhe Liu
(USTC)
