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用于复合闪烁体的αβ脉冲甄别电路设计

   用于复合闪烁体的α、β脉冲甄别电路设计

 

    在核辐射测量系统中,采用复合闪烁体(ZnS(Ag)+塑料闪烁体)探测器,同时进行α、β表面污染监测时,需要设计相应的甄别电路,以区分α辐射或β辐射。

 1.复合闪烁体探测器信号分析

    复合闪烁体中的ZnS(Ag)涂层对α粒子的探测效率接近100%,对其它粒子不灵敏,发射光谱主峰位4500Å,发光衰减时间约为10μm。常用的塑料闪烁体是以苯乙烯作溶剂,加入对联三苯作第一溶质和少量POPOP作第二溶剂,聚合而成。它的最强发射波长为4230Å,发光衰减时间约为2~3ns。α、β辐射经复合闪烁体探测器形成的脉冲信号有以下特点:

    (1)探测器输出的α脉冲幅度较高、脉冲宽度也较宽,探测射线,探测器输出的β脉冲幅度较低、脉冲宽度也较窄。如图1所示。

    (2)α脉冲信号和β脉冲信号有很大部分是覆盖的,无论测量电路的甄别阈怎样设置,都无法将α信号和β信号区分开。必须对信号进行处理。

图1  脉冲信号输出

 2.甄别电路设计思路

    2.1信号预处理电路

    采用RC积分电路进行信号处理。积分电路的输出电压和输入电压的积分成正比,图2为积分电路,电容C上的电压和电源的关系为:

    当电阻R和电容C的值足够大,即R»1/ωC,这时Uo«i*R,因此:Ui≈i*R  i≈Ui/R  这样电容C上的电压为:

    假设输入幅度相同、宽度不同的矩形脉冲,则输入电压与输出电压的关系为:输出脉冲宽度宽,充电时间长,输出脉冲幅度高,反之输入脉冲宽度窄,充电时间短,输出脉冲幅度低(如图3所示)。

    当矩形脉冲的负阶跃到来时,电容开始放电,且以指数规律下降至零。

    α和β粒子通过闪烁体产生的脉冲信号,从幅度上来区分清楚是很困难的。但α和β产生的脉冲信号的宽度是不同的,因此,可以通过积分电路对α、β脉冲信号进行预处理,使其在测量过程中α和β的互相干扰减至最小。经RC积分电路处理后,α和β信号明显分开,如图4所示。

 2.2 放大电路

    放大器采用两组集成放LF357组成两级放大器。放大电路如图5所示。探测器电路输出信号为1V/MeV左右,放大器的第一级为反向放大,放大倍数为1~10倍可调,放大器的第二级为同相放大,放大倍数为1~100倍可调。

 

 2.3 甄别电路

    甄别成形电路主要功能是对α、β信号进行分辨。

    脉冲幅度甄别器由三个运算放大器(TL072)和一个三极管(9014)组成,如图6所示。第一级运算放大器组成二极管馈式比较器,具有很高的输入阻抗,非常适合弱信号的比较。第二级、第三级为两极放大器。这两段放大器的主要作用是将第一级输出的不饱和信号放大至饱和。由三极管组成射极跟随器,它有两个作用:(1)提高信号的传输能力,(2)将-5~+5V的脉冲转换为0~4V的脉冲信号。

 3.电路测试结论

    利用复合闪烁体探测器(Φ50mm)及α(239Pu)、β(90Sr+90Y)面源对电路进行了测试,该电路经过积分、放大、甄别,可以较好的区分α、β脉冲信号。其中α/β交叉性能为:α进入β道技术比小于3%,β进入α道的计数小于1%。

 

 

[来源:来自网络] [作者:不详] [日期:16-06-16] [热度:]
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