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核电子学课件 PPT
对于一个实际甄别器不可能全部满足上述要求。一 般根据不同的测量对象，侧重于某些方面的要求。
一、脉冲幅度甄别器
• 1.1脉冲幅度甄别器的一般要求
实际甄别器根据其速度不同分为中(低)速甄别器和高速 甄别器两类。 脉冲幅度甄别器主要的技术指标为：
（1）输入灵敏度 甄别器的输入灵敏度指甄别器能输出脉冲的最小输入脉冲幅 度。一般为几十毫伏。 （2）甄别阈范围 一般甄别器的甄别阈范围为几十毫伏到几伏，最大阈电压与 最小阈电压之比称为甄别器的动态范围。
怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱？
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
电路的基本工作原理： 上甄别器
VU＝VL＋VW VU
G1
v1
H=VU -VL
VU
VL
v1
vo
VL VL
下甄别器
vo
G2
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
vU
存在问题： v1 v1
一、脉冲幅度甄别器
• 脉冲幅度选择的基本电路是脉冲幅度甄别器。它有一个阈 电压，称为甄别阈。输入脉冲幅度大于给定的甄别阈时， 输出一个脉冲，输入脉冲幅度小于给定的甄别阈时则无脉 冲 输 出 。 有 无 脉 冲 输 出 输 出 可 分 别 用 逻 辑 “ 1” 或 逻 辑 “0”表示。
甄别器及其工作波形
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
简称：（单道）
（Single Channel Analyzer）L
VU
VL
用途：限定信
号的幅度范围。 v1
vo
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理 几个概念 1）上阈：VU 下阈：VL 2）道宽与阈 道宽：上下阈之差 VW= VU -VL
一、脉冲幅度甄别器
• 1.1脉冲幅度甄别器的一般要求
实际甄别器根据其速度不同分为中(低)速甄别器和高速 甄别器两类。 脉冲幅度甄别器主要的技术指标为：
（1）输入灵敏度 甄别器的输入灵敏度指甄别器能输出脉冲的最小输入脉冲幅 度。一般为几十毫伏。 （2）甄别阈范围 一般甄别器的甄别阈范围为几十毫伏到几伏，最大阈电压与 最小阈电压之比称为甄别器的动态范围。
怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱？
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
电路的基本工作原理： 上甄别器
VU＝VL＋VW VU
G1
v1
H=VU -VL
VU
VL
v1
vo
VL VL
下甄别器
vo
G2
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
vU
存在问题： v1 v1
一、脉冲幅度甄别器
• 脉冲幅度选择的基本电路是脉冲幅度甄别器。它有一个阈 电压，称为甄别阈。输入脉冲幅度大于给定的甄别阈时， 输出一个脉冲，输入脉冲幅度小于给定的甄别阈时则无脉 冲 输 出 。 有 无 脉 冲 输 出 输 出 可 分 别 用 逻 辑 “ 1” 或 逻 辑 “0”表示。
甄别器及其工作波形
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
简称：（单道）
（Single Channel Analyzer）L
VU
VL
用途：限定信
号的幅度范围。 v1
vo
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理 几个概念 1）上阈：VU 下阈：VL 2）道宽与阈 道宽：上下阈之差 VW= VU -VL
核电子学课件4
(t )
1
0
t0
t
1(t )
• 阶跃函数是冲 击函数的积分， 而冲击函数是 阶跃函数的微 分。
1
0
t0
t
傅立叶变换
• 傅氏级数
傅立叶（傅氏）级数是傅立叶变换的基础 设周期为T的函数，可以展开成傅氏级数，即表示为三角函数的线 性组合：
其中：
2 T /2 am f (t ) cos m 0 tdt T / 2 T • 利用欧拉公式：
f1 (t ) f 2 (t ) F1 ( ) F2 ( )
频率卷积定理
若有变换 则有
f1 (t ) F1 ( ) ，
f 2 (t ) F2 ( )
，
1 f 1 (t ) f 2 (t ) F1 ( ) F2 ( ) 2
式中频率卷积分为
F1 ( ) F2 ( )
第二章 第二部分
2004年9月21日第三次起
第四节 分析方法基础
• 2.4.1 时域和频域分析 • 2.4.1.1 冲击函数 • 2.4.1.2傅立叶变换 • 2.4.1.3拉普拉斯变换 • 2.4.1.4线性系统的响应 • 2.4.2常见的基本电路分析 • 2.4.2.1探测器的输出电路 • 2.4.2.2低通滤波器（RC积分电路） • 2.4.2.3高通滤波器（CR微分电路） • 2.4.2.4短路延迟线成形电路
f (t ) 和F (s) 组成拉氏变换对。从上式可以看出，由于f (t ) 乘
拉氏变换的基本性质
与傅氏变换类似，拉氏变换由如下性质 • 线性
设 f1 (t ) F1 (s)， f 2 (t ) F2 (s)， 1 和 2 为 任意常数，则满足线性关系
第四节 核能(共47张PPT)
• 生物体死亡后，新陈代谢停止，由于C14的不断衰 变，体内C14和C12含量的相对比值相应不断减少。
• 通过对生物体出土化石中C14和C12含量的测定，就可
以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。
碳-14测年法
• C14的半衰期 5730年
• C14的适合测定的年份范围 五百年以前~三万年以内
• C14的应用实例 我国对楼兰女尸、罗布泊纸 的年代鉴定
大亚湾核电站
人们将Z相同N不同的一些核素称为同位素（Isotope）；
描述核衰变快慢的物理量。
6亿千瓦，核电约占总发电量的23.
美国的 TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor)
C14一面生成，一面衰变，使C14在自然界中的含量与C12的含量的相对比值基本保持不变。
通过鉴定确认，只有《织花边的女人》和《微笑的少女》两幅是真迹。
• 民用核电站大都是压水反应堆核电站，其工作 原理是：用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂 变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把 热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发 电机旋转。
• 中国现有的核电站包括：
–秦山核电站（运营中） –大亚湾核电站（运营中） –岭澳核电站（运营中） –田湾核电站（建设中） –三门核电站（建设中）
– 2050年能源需求: ∽40亿吨标煤 规模极大,结构应合理
– 一座百千瓦核裂变电站，300万吨原煤/年
– 无二氧化碳造成温室效应, 无二氧化硫和氮化物对大气的污染 – 世界核电状况: 根据IAEA截止到1994年的统计，装机容量为3.6亿
千瓦，核电约占总发电量的23.2%,
• 而中国大陆仅1% 左右，核电可大有作为!
规模可与未来实用聚变反应堆相仿，用以解决建设聚变 电站的关键技术问题。
• 通过对生物体出土化石中C14和C12含量的测定，就可
以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。
碳-14测年法
• C14的半衰期 5730年
• C14的适合测定的年份范围 五百年以前~三万年以内
• C14的应用实例 我国对楼兰女尸、罗布泊纸 的年代鉴定
大亚湾核电站
人们将Z相同N不同的一些核素称为同位素（Isotope）；
描述核衰变快慢的物理量。
6亿千瓦，核电约占总发电量的23.
美国的 TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor)
C14一面生成，一面衰变，使C14在自然界中的含量与C12的含量的相对比值基本保持不变。
通过鉴定确认，只有《织花边的女人》和《微笑的少女》两幅是真迹。
• 民用核电站大都是压水反应堆核电站，其工作 原理是：用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂 变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把 热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发 电机旋转。
• 中国现有的核电站包括：
–秦山核电站（运营中） –大亚湾核电站（运营中） –岭澳核电站（运营中） –田湾核电站（建设中） –三门核电站（建设中）
– 2050年能源需求: ∽40亿吨标煤 规模极大,结构应合理
– 一座百千瓦核裂变电站，300万吨原煤/年
– 无二氧化碳造成温室效应, 无二氧化硫和氮化物对大气的污染 – 世界核电状况: 根据IAEA截止到1994年的统计，装机容量为3.6亿
千瓦，核电约占总发电量的23.2%,
• 而中国大陆仅1% 左右，核电可大有作为!
规模可与未来实用聚变反应堆相仿，用以解决建设聚变 电站的关键技术问题。
核电子学课件1
第二章 信号、噪声分析方法及 信号处理概述
第一节 探测器简介 第二节 探测器的输出信号 第三节 噪声 第四节分析方法基础 第五节核与粒子信号处理概述
1
信号、噪声分析方法及信号处理 概述
在核与粒子物理实验中，最基本的测 量方法是，采用各种核电子仪器和装置， 来获取并处理探测器输出的电信号，并 对测量数据进行分析记录。由于核电子 学研究的是如何处理探测器的输出信号， 因此本章对探测器的输出信号作简要介 绍。然后介绍核与粒子探测器及其输出 信号；噪声；分析方法基础；核与粒子 信号处理概述
17
2.2.2.4 PIN半导体探测器
• 平面PIN探测器是正负电极 连于两边的N型区和P型区， 中间是本征层I，厚度为d。 入射粒子在本征层产生电子 －空穴对。电子和空穴的收 集过程和平行板电离室一样， 但电子和空穴的迁移率μn和 μp的差别很小，在常温时 μn≈2μp。 当电场强度达到 102V/cm以上时，μn和μp趋 于饱和，饱和漂移速度 约为 107cm/s。 18
22
2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.3 输出信号的幅度
• 假定在探测介质中产生一对电子／离子对或 电子／空穴对需要的平均能量为(称之为平均 电离能)，A为探测器内部或光电倍增管的倍 增系数，入射粒子在探测介质中产生的平均 电荷对数为 E
N W A
• 定义单位能量（1MeV）产生的平均电荷数为
N A n E W
23
5
第一节 探测器简介
2.1.3 液体探测器 • 液体探测器主要由水、液态氩等物质作 为工作介质。当被测粒子通过时，通过 契仑科夫辐射机制产生光信号，由光导 和光电倍增管收集放大后输出电信号。 • 探测器的结构参见参考资料，本文不再 赘述。
6
第一节 探测器简介 第二节 探测器的输出信号 第三节 噪声 第四节分析方法基础 第五节核与粒子信号处理概述
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信号、噪声分析方法及信号处理 概述
在核与粒子物理实验中，最基本的测 量方法是，采用各种核电子仪器和装置， 来获取并处理探测器输出的电信号，并 对测量数据进行分析记录。由于核电子 学研究的是如何处理探测器的输出信号， 因此本章对探测器的输出信号作简要介 绍。然后介绍核与粒子探测器及其输出 信号；噪声；分析方法基础；核与粒子 信号处理概述
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2.2.2.4 PIN半导体探测器
• 平面PIN探测器是正负电极 连于两边的N型区和P型区， 中间是本征层I，厚度为d。 入射粒子在本征层产生电子 －空穴对。电子和空穴的收 集过程和平行板电离室一样， 但电子和空穴的迁移率μn和 μp的差别很小，在常温时 μn≈2μp。 当电场强度达到 102V/cm以上时，μn和μp趋 于饱和，饱和漂移速度 约为 107cm/s。 18
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2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.3 输出信号的幅度
• 假定在探测介质中产生一对电子／离子对或 电子／空穴对需要的平均能量为(称之为平均 电离能)，A为探测器内部或光电倍增管的倍 增系数，入射粒子在探测介质中产生的平均 电荷对数为 E
N W A
• 定义单位能量（1MeV）产生的平均电荷数为
N A n E W
23
5
第一节 探测器简介
2.1.3 液体探测器 • 液体探测器主要由水、液态氩等物质作 为工作介质。当被测粒子通过时，通过 契仑科夫辐射机制产生光信号，由光导 和光电倍增管收集放大后输出电信号。 • 探测器的结构参见参考资料，本文不再 赘述。
6
核物理发展ppt课件
完善和提高
20世纪70年代，由于粒子物理逐渐成为一门独立的学科，核物理已不再
是研究物质结构的最前沿。核能利用方面也不像过去那样迫切，核物理进入
了一个纵深发展和广泛应用的新的更成熟的阶段。 在现阶段，粒子加速
技术已有了新的进展。由于重离子加速技术的发展，人们已能有效地加速从 氢到铀所有元素的离子，其能量可达到十亿电子伏每核子。这就大大扩充了 人们变革原子核的手段，使重离子核物理的研究得到全面发展。 随着高 能物理的发展，人们已能建造强束流的中高能加速器。这类加速器不仅能提 供直接加速的离子流，还可以提供次级粒子束。这些高能粒子流从另一方面 扩充了人们研究原子核的手段，使高能核物理成为富有生气的研究方面。
引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反
应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免
反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动
气轮机发电。由此可知，核反应堆最基本的组成是裂变原子
核+热载体。但是只有这两项是不能工作的。因为，高速中
子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机
从核物理基础研究看，主要目标在两个方面：一是通过核现象研究粒子的性 质和相互作用，特别是核子间的相互作用；再者是核多体系的运动形态的研 究。很明显，核运动形态的研究将在相当长的时期内占据着核物理基础研究 的主要部分。
欧洲强子对撞机
欧洲大型强子对撞机是现在世 界上最大、能量最高的粒子加 速器，是一种将质子加速对撞 的高能物理设备，英文名称为 LHC(Large Hadron Collider)。 大型强子对撞机坐落于日内瓦 附近。参与这一项目的研究人 员表示，在短短3个月的实验过 程中，他们已经探测到处于我 们当前对物理学的了解——标 准模型核心的所有粒子。北京 时间7月28日消息，据国外媒体 报道，参与大型强子对撞机 (LHC)项目的科学家表示，他们 可能已经“接近”希格斯玻色 子。希格斯玻色子也被称之为 “上帝粒子”，据信在大爆炸 之后宇宙形成过程中扮演重要 角色。
核电子学与核仪器课件5[1]
![核电子学与核仪器课件5[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/1269988faeaad1f347933f19.png)
减少外界干扰，提高信噪比，并使连接信号用的高频电
缆阻抗相匹配，通常把放大器分成前置放大器和主放大
器两部分。(在实际测量中，前置放大器的参数很少变动，
பைடு நூலகம்
而由后面的主放大器来调节。)
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核电子学与核仪器课件5[1]
一、概述
n 1.1前置放大器的作用
¨ 提高系统的信噪比
•布局1：传输线 长，分布电容大， 信噪比小。
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 变换增益 此外，还可以定义能量变换增益ACE，它表示相 应于单位能量的射线被探测时，前置放大器输出 幅度的大小。
一般，探测器输出信号幅度经过前置放大器放大后比
探测器直接输出的信号要大一个数量级，相对于毫伏 量级的一般干扰，前置放大器输出信号的抗干扰能力 要强的多。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
当输入单个电流Q·δ(t)时，由于反馈放大器输入端为虚 地，则输出电压为
如输出信号的平均计数率为n时，每个电流脉冲的电荷 量为Q，则堆积的输出信号的平均值为
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核电子学与核仪器课件5[1]
n 积分电路与微分电路
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核电子学与核仪器课件5[1]
本堂课主要内容：
n 一、概述
1.1前置放大器的作用 1.2前置放大器的分类
n 二、电荷灵敏前置放大器
2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析
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核电子学与核仪器课件5[1]
一、概述
电压灵敏前置放大器的主要问题是输入端总电容Ci决定 于CD、CA和CS，它们不是稳定不变的。例如，放大器 输入电容CA可能由于输入级增益不稳定而变化；使用 P-N结半导体探测器时，如偏压不稳定，则其结电容CD 将发生变化等等；这时Ci也就随之变化。当Ci不稳定时， 输出电压幅度也不稳定，在能谱测量中，这将使系统 的分辨率降低。在输入端并联大容量的电容器可减小 输入总电容中不稳定因素的相对影响，然而，这将使 信号幅度减小，信噪比降低。
1-3核电子学基础ppt课件
例：
limf(t)et
t
0
0
9
求下列脉冲信号的收敛域。 （1）单位阶跃信号
lim u(t)et 0
t
10
（2）指数函数
lim eatet 0
t
2 0
答案：
10 2 a
jω
0
σ
s平面
10
3、常用拉普拉斯变换 阶跃函数
L[u(t )]
e st dt e st
0
s
0
1 s
u(t) 1 s
33
课后练习： 1、求下列函数的拉氏变换。
(1et )u(t)
2、求下列函数的拉氏逆变换。
4 s(2s 3)
1 (et et )u(t)
1 1
s2 1
34
总结 拉普拉斯变换
拉氏变换、拉氏逆变换 常用函数的拉氏变换
阶跃函数、指数函数、冲激函数
35
K1
sF(s)
s0
100; 3
K2 20;
K3
10 3
f(t)10 3020et 130e3tu(t)
19
4、拉普拉斯反变换
部分分式展开法 D(s)=0的根包含共轭复根
设f(s)有一对共轭复根-α±jβ，则
N(s)
N(s)
F(s)
D(s) D1(s)(sj)(sj)
K1 K2
(sj) (sj)
11
3、常用拉普拉斯变换
指数函数
L[e t ] e t e st dt 1
0
s
et 1
s
12
3、常用拉普拉斯变换
幂函数
L[tn] tnestdt 0
使用分部积分法，得
核电子学基础 ppt课件
频域卷积
若 Z[ x( n)] X ( z ) 1 Z[h( n)] H ( z ) z 1 则 Z[ x( n)h( n)] X ( ) H ( v ) v dv C 1 2 j v
PPT课件 16
3、Z变换的性质
帕色伐尔定理
若 Z [ x( n)] X ( z )
*
Z [h( n)] H ( z )且令z e j
1 则 x ( n )h ( n ) 2 n=-
2
X ( ) H * ( )d
当x ( n) h( n)时，上式变成
n=-
1 x ( n) 2
2
X ( ) d
PPT课件 17
3、Z变换的性质
PPT课件 14
3、Z变换的性质
z域尺度变换
若 Z [ x ( n)] X ( z ) z 则 Z [a x( n)] X ( ) a
n
时间反转
若 Z[ x(n)] X ( z ) 则 Z[ x( n)] X ( z )
PPT课件 15
3、Z变换的性质
时域卷积
若 Z[ x(n)] X ( z ) Z[ y(n)] Y ( z ) 则 Z[ x(n)* y(n)] X ( z )Y ( z )
u( t t 0 )
1 1 j t0 W XY ( ) X ( )Y ( ) பைடு நூலகம் e j j
*
1 j t0 2 e 2
PPT课件
24
2、信号相关分析
信号的自相关函数
为了确定信号 x(t) 与其时移副本 x(t-τ) 之间的差别 程度或相似程度，定义了自相关函数