伽玛能谱探测的数字重建技术研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeff2001
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探测过程的重建技术是一种在科学探索和工程实践中都具有重要价值的技术手段。在一些世界项级的重大成果中,如引力波的首次直接观测,探测重建技术发挥了重要的作用。但是在伽玛能谱探测领域,目前的相关研究主要集中在信号发生设备的研制方面,用于抽样的统计分布往往直接采用实测的仪器谱,这时仪器的本征分辨率等重要参数不能直接得到,由于信号发生装置本身就存在电子学噪声,还会导致输出信号的实际分布与参考谱线并不相同,能谱中的特征峰被再次展宽。因此,伽玛能谱探测的物理过程同样是能谱重建过程中不可或缺的一个关键环节,在能谱重建时应该对这一过程给予同样的关注,这样才能真正打通虚拟的仿真信号与现实的物理实验之间的壁垒。本文以重建闪烁探测器测量伽玛射线的能谱为目标,对伽玛能谱探测的数字重建技术展开了系统深入的研究,取得的主要成果及创新性如下:  1.从核辐射事件的性质、射线与探测器相互作用的规律、射线在探测中的输运过程和辐射探测器自身的特性等方面的研究了产生伽玛能谱的物理过程,并使用MCNP和Geant4等蒙特卡罗模拟软件对射线在探测器中的能量沉积过程进行了数值模拟,实现了伽玛能谱测量物理过程的重建。  2.通过对核仪器中探测器不同接法的分析,得到了多种情况下前置放大器输出信号的波形,并对脉冲信号的波形进行了数字化处理,通过讨论数字化脉冲幅度分析器的信号处理过程,确定了构造脉冲波形时所要考虑的主要因素,实现了对伽玛能谱探测系统输出脉冲波形的重建。  3.搭建了基于高速数据采集卡、高速数据传输端口、固态硬盘和高速信号发生器的核信号高速流盘系统,实现核信号链的数据采集与处理。采集了闪烁伽玛谱仪实测137Cs和天然放射性混合谱的伽玛能谱探测数据,构建了数字能谱数据库,并使系统实现核信号仿真输出。  4.研制了核信号发生系统,能够模拟多种类型前置放大器的输出信号,可输出在信号的时间间隔分布、脉冲幅度分布、上升时间分布和噪声功率密度分布与真实伽玛能谱探测过程一致的信号。  5.从多个角度对伽玛能谱重建技术进行了应用,使用重建的能谱对本底的估计方法和稳谱方法进行了评价,并使用伽玛能谱数字重建技术对核仪器的可行性进行了验证。本文从伽玛能谱探测的物理过程出发,最终实现了对伽玛能谱探测完整过程的数字重建,补全了传统核信号仿真中缺失的关键环节。
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