【文章內(nèi)容簡介】 要用于測量低能γ射線和X射線。光的收集與光導光學收集系統(tǒng)包括反射層、耦合層、光導等。它可使閃爍體的光能夠均勻、有效地收集在光電倍增管的光陰極上。(1) 反射層的作用是把閃爍體中向四周發(fā)射的光有效地收集到光陰極上。一般用作反射層的材料有：氧化鎂、二氧化鈦、鋁箔、鍍鋁塑料薄膜等。(2) 由于閃爍體與光陰極接觸的界面中存在著空氣，為了盡量減少光線在交界面上發(fā)生全反射，以利于將光子大部分收集到光陰極上去，需要在閃爍體與光電倍增管之間加上一層“耦合劑”，其作用是有效地把光傳給光電倍增管的光陰極，減少光在閃爍體與光陰極窗界面的全反射。光學耦合劑的材料有硅油、硅脂、甘油等。(3) 光導的作用是有效地把光傳遞給光電倍增管的光陰極。電子倍增器件(1) 基本原理和構造圖2為光電倍增管的工作原理圖。從閃爍體出來的光子通過光導射向光電倍增管的光陰極，由于光電效應，在光陰極上打出光電子。光電子經(jīng)電子學輸入系統(tǒng)加速、聚焦后射向第一“打拿極”。每個光電子在打拿極上擊出幾個電子，這些電子射向第二打拿極，再經(jīng)倍增射向第三打拿極，直到最后一個打拿極。所以，最后射向陽極的電子數(shù)是很多的。陽極把所有電子收集起來，轉變成電信號輸出。圖2 光電倍增管工作原理圖(2) 分壓器光電倍增管中各電極的電位由外加電阻分壓器抽頭供給，所加高壓可以是正高壓，也可以是負高壓。一般，維持陰極和第一打拿極之間適當高的電場很重要，它有利于提高信噪比和能量分辨率。有的光電倍增管在光陰極與第一打拿極之間還有聚焦電極，這樣三個電極組成一個電子光學輸入系統(tǒng)。適當調(diào)整它們之間的電位分布，可以使大部分光電子都能順利到達第一打拿極，從而獲得最大的收集效率。中間的打拿極采用均勻分壓器，其電壓絕對值大小可根據(jù)需要的放大倍數(shù)來調(diào)節(jié)。由于在最末幾級打拿極中的電流已相當大，一般使用非均勻分壓器使最末二、三級打拿極之間有較高的電壓，以避免空間電荷效應，否則光電倍增管的線性工作范圍要受到限制。同時，為了避免在最后幾個打拿極上，因脈沖電流過大使極間電壓下降，一般在分壓電阻上并聯(lián)旁路電容。至于末級打拿極和陽極之間的電壓，由于陽極僅僅收集電子，不再繼續(xù)倍增，故末級打拿極和陽極之間的電壓一般選取比較低的值。分壓器所選電阻應具有小的溫度系數(shù)和較高的穩(wěn)定性，并且實際耗散功率比額定功率小。但另一方面，為保證光電倍增管工作穩(wěn)定，必須使流經(jīng)分壓電阻的電流遠大于最大陽極電流，即應使總分壓電阻阻值適當小，以保證打拿極之間電壓基本不變。(3) 主要指標光電倍增管是將光信號轉變?yōu)殡娦盘枺㈦娦盘柤右苑糯蟮钠骷?。它的主要指標包括：光電轉換特性、電子倍增特性、噪聲或暗電流、時間特性等。(4) 光電倍增管的暗電流與本底脈沖（暗噪聲）當光電倍增管無光照射時，所產(chǎn)生的陽極電流稱為“暗電流”。陽極暗電流是在一定電壓下或在達到一定的陽極光照靈敏度所需的總電壓下測定。通常在1061010A數(shù)量級。引起暗電流的主要原因有：熱發(fā)射、歐姆漏電、殘余氣體電離、場致發(fā)射、切倫科夫光子、玻璃管殼放電和玻璃熒光、光陰極曝光等。四、實驗設備與電路原理圖實驗設備1. 數(shù)字型脈沖示波器1臺；2. 03000V高壓電源插件；3. 萬用表一只；4. NaI晶體探頭一只；5. γ射線源（137Cs或60Co）；6. NIM機箱一臺。電路原理圖（圖3）圖3 閃爍體探測器器件連接圖五、實驗步聚1. 將完好的元件按電路圖3將儀器連接起來；2. 電路連接好后，接通高壓電源，逐漸調(diào)至600V，然后分別在探頭前放上137Cs源或60Co源，用示波器觀測閃爍器的輸出波形，并記下波形的幅度和寬度；3. 改變137Cs源或60Co源到探測器的距離（離探測器大約1m遠處，高壓保持600V），觀察波形改變情況，并做記錄；4. 將高壓逐漸從0V上升到1000V（每次改變50V，要求對137Cs源和60Co源都要進行測量），觀察探測器輸出波形變化情況，并記下相應的波形的幅度和寬度；6. 關閉電源，拔下探頭。六、實驗報告編寫要求1. 繪制137Cs或60Co放射源的輸出波形，注明各測量條件（能量、距離），并說明探測器輸出脈沖幅度和射線能量的關系；2. 記錄不同高壓下，測得137Cs或60Co放射源的輸出脈沖幅度和寬度；3. 說明探測器輸出脈沖幅度與高壓間的關系，并畫出相關曲線（要求將137Cs和60Co放射源輸出脈沖幅度與高壓的關系畫在同一圖中）。七、實驗思考題1. 試述正確使用閃爍探測器的措施？2. 詳述閃爍探測器輸出脈沖波形的影響因素有哪些？實驗2 線性放大器一、實驗目的1. 了解線性放大器在核輻射測量儀器中的作用；2. 掌握線性放大器的基本構成及工作過程、調(diào)試方法；3. 認識線性放大器各主要工作點的輸出波形及變化。二、實驗內(nèi)容觀察線性放大器各個節(jié)點波形的變化，熟悉不同微分時間、積分時間和放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)（包括粗調(diào)和細調(diào)）、了解極零相消和基線恢復電路的結構和作用及輸入與輸出波形的關系。三、實驗原理線性放大器主要由極零相消電路，極性轉換電路，可調(diào)放大節(jié)，積分電路，基線恢復電路組成。線性脈沖放大器的主要任務是對探測器的輸出小信號進行線性放大和脈沖成形，以滿足后繼分析測量電路的需要。圖1 極零相消電路極零相消電路在幾級相串聯(lián)的系統(tǒng)中，將前級傳遞函數(shù)的極（零）點和后級的零（極）點相消，從而改善輸出波形的方法稱為極零相消。 如圖1所示，該電路由電位器RW1來調(diào)節(jié)極零電阻的阻值，通過調(diào)節(jié)，使得下式中的τ1等于輸入信號的時間常數(shù)τi，從而消除輸出信號的下沖。至于，微分電路的成形時間可通過改變C1和R1來調(diào)節(jié)。圖2 極性轉換電路極性轉換電路極性轉換電路主要用于改變輸入信號的極性。當前置放大器輸出信號為負脈沖，如果想要將其轉換為正脈沖可使其通過負反饋放大器的反相端，如果不想改變輸入信號的極性可讓其通過放大器的同相端。圖3 可調(diào)放大節(jié)電路可調(diào)放大節(jié)可調(diào)放大節(jié)為負反饋放大節(jié)，通過調(diào)節(jié)電位器RW3的阻值來調(diào)節(jié)放大節(jié)的放大倍數(shù)。對于負反饋放大節(jié)的放大倍數(shù)計算可用下面的公式計算。并聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：限幅器圖4 限幅器電路如果輸入脈沖的幅度比較大，通過極性轉換電路后，脈沖會進一步放大，這將不利于后續(xù)電路進行分析。這主要是因為當運算放大器輸入幅度比較大的脈沖時會引起失真，所以在可調(diào)放大節(jié)A2前面連了一個限幅器。一旦發(fā)現(xiàn)P3點的脈沖幅度過大可接通開關KD。積分電路圖5 有源積分濾波電路積分電路為多級積分成形，其作用是將信號成形為準高斯波形。實驗電路板上有3級積分電路。圖5所示為2級有源積分濾波電路，其后再接一級無源積分濾波電路。經(jīng)過3次積分后可輸出準高斯波形脈沖信號。基線恢復電路 圖6所示為一無源CDD基線恢復電路。當輸入脈沖計數(shù)率很高的時候，由于耦合電容的充放電使得輸出信號的基線產(chǎn)生偏移。為了使輸出信號的基線恢復到原來的位置，引入了基線恢復電路，通過它可使輸出信號的基線恢復到原來的位置上。圖6 基線恢復電路四、實驗設備線性放大器實驗板、直流穩(wěn)壓電源、信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、工具箱。五、實驗步驟1. 按照實驗原理圖（圖7）對照實驗電路板，熟悉調(diào)節(jié)的元器件和觀察點位置；2. 將電路板接上直流穩(wěn)壓電源，在輸入端接上信號發(fā)生器；3. 接通電源，按實驗內(nèi)容要求操作，用信號發(fā)生器在輸入端輸入一個小方波信號（100mV），選擇合適的頻率，用數(shù)字示波器對各工作點進行輸入觀察，并記錄各點波形的形狀、幅度和寬度；4. 調(diào)節(jié)電位器RW1使得輸出波形沒有下沖，并記錄P2波形；5. 把雙向開關K3打向不同的方向，看P3點輸出有什么變化，調(diào)節(jié)RW2觀察P3輸出波形變化，并記錄波形；6. P4前的電阻選擇不同的大小，觀察輸出波形的變化，將開關KD接通，觀察輸出波形變化，并記錄波形；7. 斷開KD，分別改變各可變電容CCCC4觀察其對P2P9等主要輸出點的輸出波形的影響（希通過望調(diào)節(jié)使得各微分、積分電路的時間常數(shù)一樣，最終在P9點得到準高斯波形），并做記錄；8. 接通或斷開K8觀察輸出波形變化，并做記錄。六、實驗報告編寫要求1. 畫出各觀測點的波形圖，并寫出其脈沖幅度與寬度； 2. 計算出實驗用線性放大器的放大倍數(shù)。七、實驗思考題1. 說明各輸出端測得的波形變化原因？圖7 線性放大器電路圖試驗3 單道脈沖幅度分析器一、實驗目的1. 熟悉CMOS集成電路；2. 掌握單道脈沖幅度分析器的工作原理和電路結構；3. 了解單道脈沖幅度分析器的工作過程和波形變化特征。二、實驗原理單道脈沖幅度分析器（圖1）包括兩個甄別器，一個叫上甄別器，甄別閥用V上表示；另一個叫下甄別器 ，甄別閥用V下表示；上、下甄別閥之差稱為道寬，用ΔV表示，即：ΔV = V上 – V下 ；除了兩個甄別器外，還有一個反符合電路。當信號VinV下時分析器無脈沖輸出，Vin V上時分析器無脈沖輸出，V下VinV上分析器有脈沖輸出（如圖2所示）。圖1 單道脈沖幅度分析器結構框圖圖2 單道脈沖幅度分析器工作原理圖參考電壓運算器參考電壓運算器是由上、下兩路運算放大器組成的加法器及精密的參考電壓源構成。RW2和RW3用于調(diào)節(jié)輸入電壓，通過調(diào)節(jié)RW3和RW2可調(diào)節(jié)單道脈沖幅度分析器的下甄別閾和道寬。上、下兩路輸入電壓首先通過一個跟隨器，以提高其穩(wěn)定性，然后通過P4和P10分別輸入兩個反相運算放大器從而得到正的電壓（及閾電壓）。同時，下甄別閾運算放大器的輸出電壓經(jīng)過R10和R7輸入上甄別閾的同相端，這相當于一個相加過程（即上甄別閾=下甄別閾+道寬）。圖3 參考電壓運算器圖4 上、下甄別閾上、下甄別器 如圖4所示，該電路板的上、下甄別閾由兩個相同的集成電路脈沖幅度分析器組成。上、下閾電壓由前面的