核电子学0_2(2007)
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核电子学中的仪器标准
2019年6月6
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9
NIM＋GPIB标准
• 为了适应计算机技术的发展，1983年美国 NIM委 员会公布了“ NIM+数字数据总线标准 ” 即NIM ＋GPIB标准。
• 是NIM仪器的数字化改良，依据这个新标准所生 产的插件又叫CCNIM " Computer Controlled NIM"。计算机通过GPIB总线来控制插件的工作， 实现自动化测量和控制。
正逻辑标准：为电压信号，用在中低速逻辑电路（dc到 1MHz）。
电平标准
输出（必须送出） 输入（必须反应）
‘1’ +4~ +12 V
+3~ +12 V
‘0’ +1~ -2 V
+1.5~ -2V
上升时间 10ns~ 100ns 宽度 0.1~1s
输入阻抗1k 输出阻抗 10 或50
ECL Logic Signals
2019年6月6
Output (must deliver) Input (must respond to) High state –0.81 to –0.98 V(-0.9V) –0.81 to –1.13 V Low state 感–谢1.你63的t观o看–1.95 V(-1.8V) –1.48 to –1.95 V8
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
重点：
1. 核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求？ 机械标准、电气标准和总线标准
2. 几种典型的标准
2019年6月6
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24
仪器的发展
2019年6月6
模拟仪器
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模数转换出
现代核电子学
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§2 多道分析器中数据获取系统
一．基本结构 二．硬件多道分析器数据获取系统组成 三．直方图（多道分析器）工作模式 四．多定标工作模式 五．基于计算机的多道分析器 六．数字化谱仪
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一、多道分析器基本结构
多道分析器的功能是将输入信号按其幅度大小或按其时间 间隔大小进行分类，然后按其类别作统计而获得计数按幅 度大小或按其时间间隔大小分布的关系。我们把这种分布 图称为直方图，从分布关系中可以得到脉冲幅度谱或时间 谱。 多道分析器在结构上分成两部分：模数转换器（ADC或 TDC）和数据获取和处理系统。
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数字化谱仪
• 数字化谱仪是数字信号处理技术在核电子学中的应 用是近代核电子学的一个重大发展，由于处理是在 数字领域进行，优越于模拟处理。 – 数字处理技术以它固有的适应性灵活性，能因地 制宜，易于相加，即使对苛刻的环境，几乎都很 容易合成任意的脉冲响应形状。 – 能组合出最佳脉冲响应形状继而降低串列噪声， 弹道亏损和堆积效应。 – 对核探测器探测事件的处理、滤波、修正基线漂 移，脉冲形状甄别比模拟处理精确。 – 数字滤波效果好，易于提高系统的能量分辨率。
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计数设备--计数率计
基本原理
– 为了测量信号的计数率且不受信号幅度和宽度的影响，需先将 信号成形为形状与幅度均为一定的电流脉冲ii(t)，脉冲的电荷 量为Q，在计数率为n时，流过电流表的电流I2的平均值为nQ， 电阻上降压V2平均值为nQR，正比于计数率n。 – 电容C为了减小信号在时间上的统计涨落，为了减小涨落，这 个电容越大越好；但是在计数率发生变化时， V2要达到稳定， 需要一定建立时间，建立时间应为 5RC，C值越大，建立时间 就很长， C值应该取得适量 。
ADC 或 TDC
核电子学习题+答案+课后答案
对A点：
,
噪声均方值：
对B点：
，
噪声均方值：
第二章
2.1电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？
优点：VOM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统
Cf起积分作用，当A很大时，
2.2试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，
1
【判断题】
电荷灵敏和电流灵敏析系统。
错
2
【判断题】
要提高放大电路输出稳定性，减小相对变化量，一般要求放大器开环增益A0必须很高。
对
3
【判断题】
信号由基极输入，发射极输出，构成共集电极放大电路，又叫射极跟随器。
对
4
【判断题】
放大电路中的自举电容，从本质上来说起到一种特殊形式的正反馈。
7.定时误差通常按误差产生的原因分为两类：___时移___和___时晃_。
8.放大器输出信息中，总是由：_信号__,__噪声__,__干扰__组成。
二、选择题：（每题2分，共20分）
1.下列探测器中，能量分辨率最佳的是（B）
A.闪烁体探测器B.半导体探测器C.电离室D.气体探测器
2.CR微分电路（高通滤波器）的频率响应为（A）
优点：有源滤波器更接近于理想的微分和积分特性，把放大和滤波成形连在一起，既节省元件，又比无源滤波器级数少，效果好。
4.改善放大器线性的方法，可以简单归结为：（1）合理选择工作点__。
（2）__采用负反馈_。
5.谱仪放大器基本上由____放大电路__和滤波成形电路组合而成，对滤波成形电路来讲，有_弹道亏损_____和__堆积畸变_两种信息畸变。
6.脉冲幅度甄别器是将__模拟脉冲__转换成__数字逻辑脉冲_输出的一种装置。
,
噪声均方值：
对B点：
，
噪声均方值：
第二章
2.1电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？
优点：VOM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统
Cf起积分作用，当A很大时，
2.2试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，
1
【判断题】
电荷灵敏和电流灵敏析系统。
错
2
【判断题】
要提高放大电路输出稳定性，减小相对变化量，一般要求放大器开环增益A0必须很高。
对
3
【判断题】
信号由基极输入，发射极输出，构成共集电极放大电路，又叫射极跟随器。
对
4
【判断题】
放大电路中的自举电容，从本质上来说起到一种特殊形式的正反馈。
7.定时误差通常按误差产生的原因分为两类：___时移___和___时晃_。
8.放大器输出信息中，总是由：_信号__,__噪声__,__干扰__组成。
二、选择题：（每题2分，共20分）
1.下列探测器中，能量分辨率最佳的是（B）
A.闪烁体探测器B.半导体探测器C.电离室D.气体探测器
2.CR微分电路（高通滤波器）的频率响应为（A）
优点：有源滤波器更接近于理想的微分和积分特性，把放大和滤波成形连在一起，既节省元件，又比无源滤波器级数少，效果好。
4.改善放大器线性的方法，可以简单归结为：（1）合理选择工作点__。
（2）__采用负反馈_。
5.谱仪放大器基本上由____放大电路__和滤波成形电路组合而成，对滤波成形电路来讲，有_弹道亏损_____和__堆积畸变_两种信息畸变。
6.脉冲幅度甄别器是将__模拟脉冲__转换成__数字逻辑脉冲_输出的一种装置。
核电子学习题解答
习题解答第一章绪论1、核信息的获取与处理主要包括哪些方面的？①时间测量。
核信息出现的时间间隔是测定核粒子的寿命或飞行速度的基本参数，目前直接测量核信息出现的时间间隔已达到皮秒级。
②核辐射强度测量。
核辐射强度是指单位时间内核信息出现的概率，对于低辐射强度的测量，要求测量仪器具有低的噪声本底，否则核信息将淹没于噪声之中而无法测量。
对于高辐射强度的测量，由于核信息十分密集，如果信号在测量仪器中堆积，有可能使一部分信号丢失而测量不到，因此要求仪器具有良好的抗信号堆积性能。
对于待测核信息的辐射强度变化范围很大的情况(如核试验物理诊断中信号强度变化范围可达105倍)，如测量仪器的量程设置太小，高辐射强度的信号可能饱和；反之，如量程设置太大，低辐射强度的信号又测不到，因此对于这种场合的测量则要求测量仪器量程可自动变换。
③能谱测量。
辐射能谱上的特征是核能级跃迁及核同位素差异的重要标志，核能谱也是核辐射的基本测量内容。
精确的能谱测量要求仪器工作稳定、能量分辨力达到几个电子伏特，并具有抑制计数速率引起的峰位和能量分辨力变化等性能。
④位置测量。
基本粒子的径迹及空间位置的精确测定是判别基本粒子的种类及其主要参数的重要手段。
目前空间定位的精度可达到微米级。
⑤波形测量。
核信息波形的变化往往反映了某些核反应过程的变化，因此核信息波形的测量是研究核爆炸反应过程的重要手段，而该波形的测量往往是单次且快速(纳秒至皮秒级)的。
⑥图像测量。
核辐射信息的二维空间图像测量是近年来发展起来的新技术。
辐射图像的测量方法可分为两类：第一种是利用辐射源进行透视以摄取被测物体的图像；第二种是利用被测目标体的自身辐射(如裂变反应产生的辐射)以反映目标体本身的图像。
图像测量利用计算机对摄取的图像信息进行处理与重建，以便更准确地反映实际和提高清晰度。
CT技术就是这种处理方法的代表。
2、抗辐射加固主要涉及哪些方面？抗辐射加固的研究重点最初是寻找能减弱核辐射效应的屏蔽材料，后来在电路上采取某些抗辐射加固措施，然后逐渐将研究重点转向对器件的抗辐射加固。
核电子学第2课探测器ppt课件
低能X射线正比计数器——鼓形正比计数器
特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。
多丝正比室和漂移室
多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多 路正比计数器。位置灵敏度达到mm量级，为粒子物理 等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔物理奖。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
1.3脉冲电离室
电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反
映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒
子的能量、时间、强度等。
脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电
压信号。
Q Ne E e W
电离室是一个理想的电荷源（其外回路对输出量无 影响）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
气体放大过程中正离子的作用 离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程
中，可以认为正离子基本没动，形成空间电荷， 处于阳极丝附近，会影响附近区域的电场，使电 场强度变弱，影响电子雪崩过程的进行。 正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中 和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩 过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原 子分子气体阻断离子反馈。
一、气体探测器
平板型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
圆柱型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
特点：有入射窗，常用Be(铍)窗。
多丝正比室和漂移室
多丝正比室的阴极为平板，阳极由平行的细丝组成多 路正比计数器。位置灵敏度达到mm量级，为粒子物理 等作出巨大贡献，于1992年获诺贝尔物理奖。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
1.3脉冲电离室
电离室处于脉冲工作状态，电离室的输出信号仅反
映单个入射粒子的电离效应。可以测量每个入射粒
子的能量、时间、强度等。
脉冲电离室的输出信号：电荷信号，电流信号，电
压信号。
Q Ne E e W
电离室是一个理想的电荷源（其外回路对输出量无 影响）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
气体放大过程中正离子的作用 离子漂移速度慢，在电子漂移、碰撞电离等过程
中，可以认为正离子基本没动，形成空间电荷， 处于阳极丝附近，会影响附近区域的电场，使电 场强度变弱，影响电子雪崩过程的进行。 正离子漂移到达阴极，与阴极表面的感应电荷中 和时有一定概率产生次电子，发生新的电子雪崩 过程，称为离子反馈；也可以通过加入少量多原 子分子气体阻断离子反馈。
一、气体探测器
平板型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、气体探测器
圆柱型电离室
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
核电子学及其进展
不相同的，因而要具体加以分析，分清主次。 着重分析幅度和上升时间游动效应产生的时间 晃动及其解决办法。
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探测器的固有晃动
• 不同的探测元件电流信号输出的时间晃动不一样， 它的产生原因也不相同，大致因为载流子在探测器 内运动途径不同造成的 。
• 例：闪烁体和光电倍加管（PMT）组成的闪烁计数 器，由于粒子击中的位置不同使光传输到PMT的时 间不同，使得其输出信号的时间发生差异，而击中 的位置往往是随机的，因而信号输出的时间产生时 间晃动。
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恒比定时甄别原理
➢ 用经延迟后的输入信号与经过衰减倒相后信号相加之 后产生一个双极性信号，该信号从负极性变到正极性 的过零时刻与信号幅度无关，在此时刻的信号值与总 幅度之比为一恒值。过零甄别器起到在双极性信号的 过零时刻检出信号的作用。
恒比定时甄别原理
➢ 用 ui(t)来近似描述输入信号:
经过衰减倒相后信号（其中为衰减因子）：
• 甄别器需要有稳定的阈电压。 阈电压的产生程控设置的 DAC 提供。 为了减少噪声和外部干扰的影响，得到稳定的阈电压，对DAC提供 的输出电压采取了衰减和有源滤波等有效措施。
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恒比定时甄别器（CFD）
• 提出恒比定时的基本思路 • 恒比定时甄别原理 • 恒比定时甄别器实现
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提出恒比定时的基本思路
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时间间隔测量
• 时间间隔测量应用实例 • 时间分析器的基本功能
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时间间隔测量应用实例
• 飞行时间计数器是在高能物理实验中经常用到的探测器系统，用来测量带 电粒子的飞行时间，其主要功能是通过所测量粒子的飞行时间信息，结合 其它探测器测得粒子的动量和径迹，从而辨别粒子的种类。
• 测量探测器的信号和e+ e-的作用发生时刻之间的时间间隔，就可以测量到 粒子的飞行时间信息。
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探测器的固有晃动
• 不同的探测元件电流信号输出的时间晃动不一样， 它的产生原因也不相同，大致因为载流子在探测器 内运动途径不同造成的 。
• 例：闪烁体和光电倍加管（PMT）组成的闪烁计数 器，由于粒子击中的位置不同使光传输到PMT的时 间不同，使得其输出信号的时间发生差异，而击中 的位置往往是随机的，因而信号输出的时间产生时 间晃动。
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恒比定时甄别原理
➢ 用经延迟后的输入信号与经过衰减倒相后信号相加之 后产生一个双极性信号，该信号从负极性变到正极性 的过零时刻与信号幅度无关，在此时刻的信号值与总 幅度之比为一恒值。过零甄别器起到在双极性信号的 过零时刻检出信号的作用。
恒比定时甄别原理
➢ 用 ui(t)来近似描述输入信号:
经过衰减倒相后信号（其中为衰减因子）：
• 甄别器需要有稳定的阈电压。 阈电压的产生程控设置的 DAC 提供。 为了减少噪声和外部干扰的影响，得到稳定的阈电压，对DAC提供 的输出电压采取了衰减和有源滤波等有效措施。
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恒比定时甄别器（CFD）
• 提出恒比定时的基本思路 • 恒比定时甄别原理 • 恒比定时甄别器实现
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提出恒比定时的基本思路
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时间间隔测量
• 时间间隔测量应用实例 • 时间分析器的基本功能
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时间间隔测量应用实例
• 飞行时间计数器是在高能物理实验中经常用到的探测器系统，用来测量带 电粒子的飞行时间，其主要功能是通过所测量粒子的飞行时间信息，结合 其它探测器测得粒子的动量和径迹，从而辨别粒子的种类。
• 测量探测器的信号和e+ e-的作用发生时刻之间的时间间隔，就可以测量到 粒子的飞行时间信息。
《核电子学》课件——堆积判弃电路
允许最高计数率
• 逻辑展宽电路对每一个信号都要给出持续时间为一个 监察周期的信号输出，当在监察周期Tip内又出现的信 号可以再维持一个监察信号的宽度。输入信号的计数 率增高到1/Tip 时，监察周期的持续时间可以一直持续 下去，即死时间也一直持续下去，使可以记录到的信 号趋近于0。
• 堆积判弃电路能够改善较高计数率下的能谱，但输入 的计数率不能过高，否则输出计数率反而变小，所需 要的测量时间增长。
其他类型的基线恢复器
CDI有源基线恢复器
vc
Ｃ
v1
改善跟踪基线变化速度
ＡＤ
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S
1
v2
vs
I
只要输入信号基线电平上升速度小于电容的跟踪速度（此时， 由电容和恒流源电流决定I/C）， 此电路可以比较迅速地跟踪 信号基线。但如果要使信号通过期间避免幅度损失，需要开 关控制电路使S打开，线路复杂。
无源对称CDD基线恢复器: 双极性脉冲的基线恢复
开门：线性门开放，脉冲信号以最小畸变通过线性门，传 输系数为一常数，通常取1；
关门：线性门关闭，脉冲信号无法通过线性门，即它的传 输系数为0。
vi(t)
vo(t) 线性门
vi(t)
vs(t)
(a)
vs(t)
vi(t)
vo(t)
vo(t)
vs(t)
(b)
vo(t)
t 关
t (c)
t (d漏)信号 漏信号
堆积后的输出波形
iD 0
vo
TW
vo
TW
t
Tw为信号峰部的宽度，TM为达峰时间
（峰）堆积判弃原则
后信号峰值
有堆积
前信号峰值
核电子学习题答案
1.1核电子学与一般电子学的不同在哪里? 以核探测器输出信号的特点来说明。
在核辐射测量中，最基本的特点是无论在信号的时间 特性上，或是幅度分布上，都具统计特性、非周期性、 非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用
的信息。
核探测器输出信号具微秒到皮秒的时间间隔和毫米到 微米级的空间分辨，对后续处理电路的要求高。
C.
d. 反
t<T/2 -T/2≤t≤T/2频谱：
1.10电路中，若输入电压信号V;(t)= δ (t), 求输出电压信号V。(t), 并画出波形图，其中 A-4为隔离用。
隔离作用
解：
a.传递函数：
b.Vi(t)=δ(t) V;(S)=1
c.输出信号在复频域中的表达式
引出问题二
c.根据时域卷积，频域相乘性质，求出输出信号在复 频域中的表达式；
V。(S)=V,(S)H(S)
d.其反拉斯变换，得到输出信号U。(t)在时域中的表 达式。
问题一：传递函数
(1)定义：在零状态下线性非时变系统中指 定输出信号与输入信号的拉普拉斯变换之比。
(2)RC 积分电路(低通滤波器)的传递函 数：
O
b.根据输入信号时域表达式求其拉斯变换：
即：
0≤t≤T t≥T
对其进行拉斯变换得：
c. 根据时域卷积，频域相乘性质，求出输出信号在复频域中 的表达式：
d. 对其反拉斯变换，得到输出信号Uo(t) 在时域中的表达式。
t<O
0≤t≤T
t>T
1.6表示系统的噪声性能有哪几种方法? 各有什么意义?输入端的噪声电压是否就 是等效噪声电压?为什么?
d. 对 域中的表达式。
言号Uo(t) 在时
1.12 设，( 系统的噪考功率谱密度为 ,当此噪声通过下图电路后，求A点与B点 的噪声功率谱密度与噪声均方值。
在核辐射测量中，最基本的特点是无论在信号的时间 特性上，或是幅度分布上，都具统计特性、非周期性、 非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用
的信息。
核探测器输出信号具微秒到皮秒的时间间隔和毫米到 微米级的空间分辨，对后续处理电路的要求高。
C.
d. 反
t<T/2 -T/2≤t≤T/2频谱：
1.10电路中，若输入电压信号V;(t)= δ (t), 求输出电压信号V。(t), 并画出波形图，其中 A-4为隔离用。
隔离作用
解：
a.传递函数：
b.Vi(t)=δ(t) V;(S)=1
c.输出信号在复频域中的表达式
引出问题二
c.根据时域卷积，频域相乘性质，求出输出信号在复 频域中的表达式；
V。(S)=V,(S)H(S)
d.其反拉斯变换，得到输出信号U。(t)在时域中的表 达式。
问题一：传递函数
(1)定义：在零状态下线性非时变系统中指 定输出信号与输入信号的拉普拉斯变换之比。
(2)RC 积分电路(低通滤波器)的传递函 数：
O
b.根据输入信号时域表达式求其拉斯变换：
即：
0≤t≤T t≥T
对其进行拉斯变换得：
c. 根据时域卷积，频域相乘性质，求出输出信号在复频域中 的表达式：
d. 对其反拉斯变换，得到输出信号Uo(t) 在时域中的表达式。
t<O
0≤t≤T
t>T
1.6表示系统的噪声性能有哪几种方法? 各有什么意义?输入端的噪声电压是否就 是等效噪声电压?为什么?
d. 对 域中的表达式。
言号Uo(t) 在时
1.12 设，( 系统的噪考功率谱密度为 ,当此噪声通过下图电路后，求A点与B点 的噪声功率谱密度与噪声均方值。
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高能正电子成像的晶体和材料
锗酸铋晶体(bismuth germinate, BGO) 碘化钠晶体(NaI) 硅酸镥(lutetium oxyorthosillicate, LSO) 硅酸钇(yttrium oxyorthosillicate, YSO) 硅酸钆(gadolinium orthosillicate, GSO ) 半导体,锑锌镉(cadmium zinc telluride, CZT) 三明治晶体(sandwich YSO/LSO, 1～2cm )
高能正电子成像的定义及分类
正电子的湮灭辐射（Annihilation）
正电子与组织中电子结合产生湮灭辐射 湮灭辐射产生2个511KeV的γ光子 ——能量守恒 2个γ光子互成180°(±0.25°） ——动量守恒 湮灭辐射光子用符合探测法探测
高能正电子成像的定义及分类
Positron Annihilation
Detector 1
Detector
Detector 2
Accepts transverse events
Detector 2
Accepts transverse and caudal/cephalic events
Accepts only perpendicular events
高能正电子成像的定义及分类
高能正电子成像的定义及分类
历史
正电子扫描机
单光子及符合探测，平面像 正电子伽玛照相机 正电子发射断层（PET） 分子符合探测（MCD）
1954年
1959年 1976年 1994年
高能正电子成像的定义及分类
正电子的物理特性
正电子发现于1934年 正电子带一个正电荷 正电子有一定的能量和射程 正电子只能瞬间存在 正电子由β+衰变产生 正电子与电子结合产生湮灭辐射
.
用于晶体块设 置的数据捕获
3字节串行数据到符合处理器
. . . .
6Bit Flash ADC
晶体块 #1 位置/能量 门阵列
1 2
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
模拟ASIC 晶体块#1
串行总线到微处理器 芯片地址 3Bit
• • Positron travels 1-3mm (depending on energy) before annihilation. • • Annihilation process conserves:
- Energy (photons are 511KeV). - Momentum (photons are almost exaKeV ~1-3mm b+
• Simultaneous detection of two 511KeV photons --> event along line between detectors.
b511KeV
高能正电子成像的定义及分类
Coincidence Detection
DET 1 Pulse Processing DET 2
来自于#2晶体块 的3字节串行数据
8Bit 总线 （不连接）
1 2
微处理器
高压连接器/1500V/J7 EEPROM 晶体块 #2和#3 晶体块 #4和#5 晶体块 #6和#7 时钟分配电路 RS232串行接口
J15
J16
高能正电子成像的定义及分类
F-18的物理特性
衰变类型：β+衰变，电子俘获（EC） 半衰期：109.8分 主要射线：511KeV的γ光子 正电子能量：Max 633KeV,平均203KeV 符合时间：10-9秒
Pulse Processing
AND
Events occurring anywhere on line between detectors contribute coincidence counts to detector pair. Recorded counts are proportional to line integral of activity between the detectors.
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
时钟和同步信号到符合处理器
串行总线到微处理器 芯片地址 3Bit 时间标签 求和0,1,2,3 PMT0 PMT1 PMT2 PMT3
8Bit总线
时钟电 路 2ns 能 量 横 向 轴 向
7 Bit 时间
下一节： 第一章 常用核探测器的输出信号
高能正电子成像的定义及分类
各种晶体性能的比较
性能 BGO LSO YSO GSO NaI
密度(g/cm3) 7.13 7.4 4.54 6.71 3.67 有效原子序数 74 66 34 60* 51 衰减系数(cm-1) 0.96 0.87 0.43* 0.67 0.34 衰变常数(ns) 300 40 70 65 230 光输出量(%) 15 60 120 35 100 能量分辨(%) 10 12～18 <7.5 9 7.8 注:晶体主要要求:灵敏度、最大计数率、能量分辨
Data Sorting, Histogram
PMT
Processing Electronics
Image Recon Computer
Images
正电子发射断层扫描仪
高能正电子成像的定义及分类
Coincidence Detection
前端模拟电子学(FEAE) 前端数字电子学(FEDE)
时间/轴向
高能正电子成像的定义及分类
Coincidence Detection
高能正电子成像的定义及分类
Projection Data Collection
DETECTOR RING PMT
Processing Electronics
Coincidence Processor
R
COINCIDENCE PROCESSING
《常用核电子技术 》
Nuclear Electronics
物理工程学院—赵书俊
高能正电子成像
高能正电子成像的定义及分类
高能正电子成像的定义及分类
高能正电子准直成像 High Energy Positron Collimation Imaging 正电子发射断层 Positron Emission Tomography 符合探测成像 Coincidence Detection Imaging
高能正电子成像的定义及分类
符合探测事件的类型
单光子(single, singles) 真符合(true coincidence) 随机符合(random coincidence) 散射符合(scatter coincidence) 散射符合也是真符合，只是改变了方向
高能正电子成像的定义及分类
晶体块#0和#1
求和0,1,2,3 PMT0 PMT1 PMT2 PMT3
时间标签
时钟电 路 2ns 能 量 横 向 轴 向
7 Bit 时间
.
能量/横向
3字节串行数据到符合处理器
. . . .
6Bit Flash ADC
模拟ASIC 晶体块#0
1 2
晶体块 #0 位置/能量 门阵列
时间/轴向 能量/横向
高能正电子成像的定义及分类
511KeV γ光子的物理特性
穿透能力强 为99mTc的3.65倍, 131I的1.6倍 衰减系数： 99mTc为0.14cm-1 μ=0.096cm-1 (水) 半吸收厚度： 511KeV：7.14cm (水), 4.1 mm (铅) 140KeV：5.0 cm (水), 0.17mm (铅) 康普顿散射： 511KeV：170～341KeV 60% 140KeV：130KeV 80%
3-D Detection Provides Highest Geometrical Efficiency
Lowest is Collimated
(0.3 X)
Intermediate is 2-Dimensional
(1 X)
Highest is 3-Dimensional
(5 X)
Detector 1