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SiPM批量老练和性能测量系统研制 被引量：1
1
作者 易楚琦 韩纪锋 +18 位作者 陈阳梅 胡鹏 何骏涵 龙逸洋 刘星泉 林炜平 曲国峰 钱森 任培培 任晶 宋瑞强 汪鹏辉 王科 王娜 王志刚 王慈 王姣 殷生华 赵朝阳 《核技术》 北大核心 2025年第3期101-111,共11页
硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)作为近年来发展的一种新型光电探测器件,具有低成本、小型化、工作电压低等优势,已广泛应用于粒子探测、医学成像、高能物理等领域,特别是在大面积粒子成像领域,有着广阔的应用前景。但大面... 硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)作为近年来发展的一种新型光电探测器件,具有低成本、小型化、工作电压低等优势,已广泛应用于粒子探测、医学成像、高能物理等领域,特别是在大面积粒子成像领域,有着广阔的应用前景。但大面积成像需要大量的SiPM,实现大量SiPM的批量筛选、老练和性能测量至关重要。本文研究设计了一套SiPM批量性能测量系统,可实现对512个(数量可进一步拓展)SiPM的同时老练和性能测量。通过编制在线控制程序,对大量SiPM轮询测量,实现老练和性能(包括击穿电压、温度系数)测量。结果显示:SiPM在经过老练之后,整体上暗电流显著降低,表明老练有利于使大量SiPM性能快速稳定。老练后,SiPM的击穿电压均值为24.88 V(@25℃),与厂商数据25 V(@25℃)符合良好;击穿电压随温度而增大,其温度系数为35.3 mV·℃^(−1)。结果表明:研制的SiPM批量老练和性能测量系统能够实现对大量SiPM的同时老练,使其性能快速稳定;可快速获得大量SiPM的性能参数,获得I-V曲线、击穿电压、温度系数等,对于SiPM的批量筛选和性能测试具有显著参考价值。 展开更多
关键词 SIPM 批量测量 系统设计 老练性能测量 击穿电压
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双通道放射性气溶胶连续测量系统硬件设计 被引量：1
2
作者 钟潇潇 胡传皓 +4 位作者 顾民 曾国强 钟逸飞 吴明江 杨小峰 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第5期688-693,共6页
为了改善核设施泄漏环境下放射性气溶胶监测系统的能谱分辨率和探测下限,设计了一种双通道放射性气溶胶连续测量系统。该系统通过对前置放大电路、数字多道幅度分析电路以及供电电路等硬件进行设计,在封闭环境的氡室对电路系统进行能谱... 为了改善核设施泄漏环境下放射性气溶胶监测系统的能谱分辨率和探测下限,设计了一种双通道放射性气溶胶连续测量系统。该系统通过对前置放大电路、数字多道幅度分析电路以及供电电路等硬件进行设计,在封闭环境的氡室对电路系统进行能谱分辨率、探测下限以及稳定性测试。测试结果表明该系统能量分辨率高、探测下限低、抗干扰能力强,能够长时间进行放射性气溶胶连续稳定监测,适用于核设施泄漏环境下的放射性气溶胶监测。 展开更多
关键词 放射性气溶胶 双通道系统 硬件设计
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基于FPGA的实时核信号堆积分离算法实现及验证
3
作者 唐超 周文雄 +5 位作者 童腾 张传文 李道武 黄润之 潘良明 魏龙 《核技术》 北大核心 2025年第8期52-62,共11页
在核探测中,随着实验研究的深入,探测器信号的计数率越来越高。然而,高计数率下的核信号堆积问题会影响后续数据分析的效率和精度,因此需要对堆积信号进行处理。目前常用的解决方法是采用堆积识别判弃,但此方法会造成计数的丢失,在一些... 在核探测中,随着实验研究的深入,探测器信号的计数率越来越高。然而,高计数率下的核信号堆积问题会影响后续数据分析的效率和精度,因此需要对堆积信号进行处理。目前常用的解决方法是采用堆积识别判弃,但此方法会造成计数的丢失,在一些定时分析等应用中存在局限性。本文提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的实时堆积分离算法,通过对原始信号进行快/慢成形处理,快成形采用三角成形方法,用于获取核信号的到达时间,以确定是否发生堆积;慢成形采用梯形成形方法,用于提取核信号的能量信息,同时借助梯形信号对称上升/下降沿特征,根据叠加原理和堆积发生时间点分离堆积信号,提升系统计数性能,其算法简单且计算量小,利于在FPGA内中实现。在仿真测试实验中,所提算法在保证分离准确度前提下计数率有效提高4%~26.5%,在放射源实验中,所提算法在所测试计数率范围内,计数率有效提高6.8%~13.5%,为高计数率环境下堆积信号处理提供了新的分离方法。 展开更多
关键词 核信号堆积 高计数率 梯形成形 堆积分离 FPGA
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用于SiPM增益和暗计数率测量的批量性能测试系统研制
4
作者 龙逸洋 韩纪锋 +16 位作者 阳旭 陈阳梅 胡鹏 刘星泉 林炜平 曲国峰 钱森 任培培 任晶 宋瑞强 汪鹏辉 王科 王娜 王志刚 易楚琦 殷生华 赵朝阳 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第11期1683-1691,共9页
硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)凭借其高增益、低工作电压、抗磁场干扰等优势,已成为粒子成像、核探测及医学成像等领域的关键光电探测器,应用需求与数量日益增长;制造工艺偏差可能导致各器件在增益、暗计数率等关键性能... 硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)凭借其高增益、低工作电压、抗磁场干扰等优势,已成为粒子成像、核探测及医学成像等领域的关键光电探测器,应用需求与数量日益增长;制造工艺偏差可能导致各器件在增益、暗计数率等关键性能参数上存在差异,亟需高效的批量表征手段以保障系统性能的均匀性。本文设计了一套SiPM批量性能测量系统,包括积分球均匀光源、64通道数据采集卡、恒温恒湿箱、信号发生器及计算机控制单元等,可实现对大量SiPM增益、单光子响应、暗计数等参数的测量,解决大批量器件快速筛选与性能一致性问题。利用该系统对1024个SiPM进行了测试,结果表明:单光子谱可清晰分辨10个左右光电子峰,单光子响应线性优异(R^(2)>0.99);增益均值为65.08 ch/p.e.,相对标准偏差为6.44%;在0.5 p.e.阈值下,暗计数率均值为138.7 kHz/mm^(2),标准偏差为29.32 kHz/mm^(2),所有器件均合格;该系统成功实现了大量SiPM的性能评估,同时为通过微调电压进行增益修正、进而优化大面积成像探测器性能提供了依据。本研究表明,该批量测量系统可高效、准确地完成SiPM增益与暗计数率的大规模测试,为SiPM等光电探测器的筛选与性能优化提供了可靠工具。 展开更多
关键词 SIPM 批量测量 系统设计 增益 暗计数率
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粒子探测器多用途宽动态范围前端电子学研究
5
作者 郭佳承 王浩祯 +24 位作者 吝守龙 贾世海 张昀昱 靳尚泰 陈雷 柏磊 沈彦 黄声慧 胡守扬 周静 李沛玉 孙鹏飞 宋金兴 赵明锐 卢志永 邓桂华 庄晓 许天驹 蒋涛 杜泳熙 张洞明 杨智棋 智宇 赵永刚 李笑梅 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第8期1155-1162,共8页
针对多种粒子探测器输出信号,设计了一种基于分立元件的小体积多用途电荷灵敏前端电子学模块。该模块由电荷灵敏前置放大器、可调极零相消的有源滤波电路、两级可变增益主放电路、峰值保持电路以及触发信号生成电路组成。该模块等效输... 针对多种粒子探测器输出信号,设计了一种基于分立元件的小体积多用途电荷灵敏前端电子学模块。该模块由电荷灵敏前置放大器、可调极零相消的有源滤波电路、两级可变增益主放电路、峰值保持电路以及触发信号生成电路组成。该模块等效输入电荷范围可达5 pC;在2 pF输入电容与500 fC量程的测试条件下,等效噪声电荷小于0.5 fC,线性度大于99%,可满足常见粒子探测器信号处理要求。该模块应用于中国原子能科学研究院自主研发的光刻一体化微结构气体探测器,测量55Fe X射线,测得能量分辨率为19.7%@5.9 keV。通过调节量程,该电子学模块有望广泛应用于硅探测器、闪烁体探测器和气体探测器上。 展开更多
关键词 前端电子学 多用途电路模块 粒子探测器
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基于ARM架构的多道分析系统研制
6
作者 王浩祯 吝守龙 +21 位作者 郭佳承 贾世海 张昀昱 胡守扬 周静 孙鹏飞 宋金兴 陈雷 智宇 赵明锐 靳尚泰 卢志永 邓桂华 庄晓 许天驹 蒋涛 杜泳熙 李沛玉 张洞明 杨智棋 赵永刚 李笑梅 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第11期1632-1640,共9页
多道分析技术在硅探测器、闪烁体探测器与气体探测器研究领域具有广泛应用,主要用于信号采集与数据分析。本文以ARM架构为核心,结合高精度峰值保持电路与基于Qt框架的PC端数据采集软件,设计并研制了一种多道分析系统。峰值保持电路实现... 多道分析技术在硅探测器、闪烁体探测器与气体探测器研究领域具有广泛应用,主要用于信号采集与数据分析。本文以ARM架构为核心,结合高精度峰值保持电路与基于Qt框架的PC端数据采集软件,设计并研制了一种多道分析系统。峰值保持电路实现了脉冲峰值的高精度保持、自放电控制,同时支持可调保持时间以适配不同应用场景;核心数据采集模块负责脉冲信号数字化采集、实时计数率显示及以太网传输控制。硬件设计中引入了可调脉冲幅度甄别、DMA直接存储访问、均值滤波及峰值提取算法,优化了系统资源、提高数据精度并降低虚假事件率;基于Qt框架的PC端软件实现了数据采集、能谱在线绘制和计数率实时显示等功能。测试结果表明,系统的响应线性拟合优度R^(2)为0.9999,积分非线性(INL)为0.06%;在^(55)Fe放射源条件下,微结构气体探测器能量分辨率为16.17%(@5.9 keV)。结果证明了该系统的良好线性度和稳定性,展现了其在核探测领域的应用价值。 展开更多
关键词 ARM架构 多道分析 峰值保持 Qt框架
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^(3)He正比计数管集成核电子学器件研制与测试
7
作者 时亚茹 张春雷 刘晓波 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第9期1332-1344,共13页
本文介绍了一款高集成、紧凑型的^(3)He正比计数管核电子学读出模块的研制及测试验证。该模块采用一体化紧凑型设计,内部集成了高低压电源、电荷灵敏前置放大器、滤波成形放大模块、脉冲幅度甄别模块。可实现对探测器输出信号的放大、... 本文介绍了一款高集成、紧凑型的^(3)He正比计数管核电子学读出模块的研制及测试验证。该模块采用一体化紧凑型设计,内部集成了高低压电源、电荷灵敏前置放大器、滤波成形放大模块、脉冲幅度甄别模块。可实现对探测器输出信号的放大、滤波整形与幅度甄别,支持同时输出高斯脉冲模拟信号和TTL逻辑脉冲信号,能够实现对中子信号的能谱测量和计数测量,且具有TTL输入加和功能以实现多个探测器信号级联。该模块整体尺寸为Φ37.8 mm×88 mm,可与^(3)He/BF_(3)正比计数管直接匹配,供电仅需低压12 V输入电源,同时具备高压、增益、脉宽和甄别阈关键参数调节功能。使用中子源搭建测试平台对模块的技术性能和环境适应性进行了测试,并应用于中子探测装置的实验测量,成功实现了^(252)Cf中子源强的精确标定和裂变中子衰减时间的测量。 展开更多
关键词 ^(3)He正比计数管 集成核电子学模块 中子测量 放大甄别
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电感耦合等离子体-飞行时间质谱仪(ICP-TOFMS)的物理设计与仿真
8
作者 周源 韩昌财 +3 位作者 费泽杰 刘艳成 董常武 刘洪涛 《核技术》 北大核心 2025年第9期135-144,共10页
电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer,ICP-MS)是元素及同位素比分析的重要技术手段。其中飞行时间质谱(Time-of-flight Mass Spectrometer,TOF-MS)以其原理简单、灵敏度高、检测质量范围宽,并能一次获... 电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer,ICP-MS)是元素及同位素比分析的重要技术手段。其中飞行时间质谱(Time-of-flight Mass Spectrometer,TOF-MS)以其原理简单、灵敏度高、检测质量范围宽,并能一次获取全范围质量信息等特点在有机分子和生物医药检测领域获得广泛应用。本文针对钍基熔盐堆服役过程中铀及超铀元素的质量分析需求,实现了ICP离子源与TOF-MS相结合的物理设计并进行了仿真模拟。对离子通路的差分锥、偏转透镜、碰撞池、直流四极杆、单透镜、单反射飞行时间质量分析器等的电源参数进行优化,结合离子运动轨迹模拟验证了物理设计整体结构系统可行性。模拟结果显示:最优引导锥电压为-30 V;所设计偏转透镜系统最优偏转电压组合为-56 V与-530 V;碰撞池最优碰撞压强为1.6 Pa;直流四极杆与单透镜系统联用能将离子以4 eV左右的初动能接近水平状态引入TOF加速场;脉冲场电压为±200 V、加速电压为-1600 V、一级反射电压为48 V、二级反射电压为680 V时TOF-MS的质量分辨率M/ΔM大于4000。研究结果为后续的加工制造和搭建调试提供了重要的理论参考依据。 展开更多
关键词 电感耦合等离子体 碰撞池 飞行时间质谱 仿真
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数字核脉冲信号处理系统仿真软件开发
9
作者 陈欣 李子豪 +2 位作者 周建斌 陈锋 钱云琛 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第10期1507-1515,共9页
随着计算机技术的应用和仿真软件的发展,对数字核脉冲信号处理系统进行仿真和辅助设计已成为一种趋势。现有仿真软件无法输出具有噪声干扰和调节计数率的核脉冲信号源,无法实现从核脉冲信号发生到能谱获取整个流程的系统性仿真。为此,... 随着计算机技术的应用和仿真软件的发展,对数字核脉冲信号处理系统进行仿真和辅助设计已成为一种趋势。现有仿真软件无法输出具有噪声干扰和调节计数率的核脉冲信号源,无法实现从核脉冲信号发生到能谱获取整个流程的系统性仿真。为此,本文基于Qt平台开发了一款数字核脉冲信号处理系统仿真软件。该软件不仅能输出支持叠加噪声和调节计数率等功能的核脉冲信号源,还集成了常用的核脉冲信号处理系统模块,用户可以通过图形化界面对经典核脉冲信号处理系统进行建模仿真。本文通过对卷积型类高斯成形和梯形成形算法进行仿真验证,并将所测^(55)Mn样品的原始能谱与仿真能谱对比,结果表明,软件可以实现从核脉冲信号发生到能谱获取整个流程的系统性仿真。 展开更多
关键词 核脉冲信号处理 仿真技术 能谱成形
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双输出SiPM前置放大器设计与分析 被引量：1
10
作者 龙源 黄跃峰 +1 位作者 侯会良 陈永忠 《核技术》 北大核心 2025年第1期85-91,共7页
为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类... 为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类前置放大器的带宽和噪声问题,采用PSpice for TI软件仿真验证其可行性,并通过阶跃响应和噪声测量验证其性能参数。在室温条件下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet,GAGG(Ce))探头对^(241)Am源进行系统测量。结果表明:跨阻放大器的带宽为101 MHz,低于电压反馈放大器的381 MHz,但其基线噪声σ_(noise)≈448.32μV优于电压反馈放大器的σ_(noise)≈680.96μV;电压反馈放大器和跨阻放大器分别满足GAGG(Ce)探头快输出脉冲上升沿时间(2 ns)和标准输出脉冲上升沿时间(20 ns)的带宽设计需求。两类前置放大器均可满足不同场景下对高带宽和低输入噪声的需求,并与SiPM不同的输出模式相匹配。受限于电路的固有噪声和SiPM的输入电容,设计的跨阻放大器适合于能量测量和小面积SiPM应用,而电压反馈放大器更适合时间测量和大面积SiPM阵列。 展开更多
关键词 硅光电倍增器 前置放大器 GAGG(Ce) 闪烁体探测器 噪声
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基于斜坡脉冲的多米诺环形采样器(DRS4)采样间隔不均匀校准方法研究
11
作者 张惊蛰 张博 +5 位作者 刘美洋 肖金凤 赵久瑶 苟想想 师成成 王小睿 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第3期339-346,共8页
针对多米诺环形采样器(DRS4)采样单元的采样间隔不均匀,提出了一种新的校准方法,以斜坡脉冲作为校准源,利用每两个连续采样单元对斜坡脉冲采样的幅度差和采样间隔的固定比例关系(斜率相等)进行计算,获得采样间隔的校准值。信号发生器产... 针对多米诺环形采样器(DRS4)采样单元的采样间隔不均匀,提出了一种新的校准方法,以斜坡脉冲作为校准源,利用每两个连续采样单元对斜坡脉冲采样的幅度差和采样间隔的固定比例关系(斜率相等)进行计算,获得采样间隔的校准值。信号发生器产生周期200 ns、斜率±4.5 mV/ns的两种斜坡脉冲,波形采样数字化板采样后计算线性增加/降低过程中1 024个采样单元的采样间隔,得到采样单元平均采样间隔为200.288 ps、RMS为15.603 ps。测试结果与“正弦波过零”法和“锯齿波”法得到的校准采样间隔进行比较,平均采样间隔相对误差分别为0.14%、2.49%、2.48%,斜坡法校准精度最高。同时,斜坡法对校准源信号频率无范围限制,迭代次数3 000次即可满足测量精度,更适合于具有实时校准应用需求的场合。 展开更多
关键词 开关电容矩阵 波形数字化 多米诺环形采样器 采样间隔校准 斜坡脉冲
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基于正比计数器的氚测量蒙卡模拟及方法优化研究
12
作者 黄裕雯 付文勇 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第7期1091-1099,共9页
氚作为一种放射性核素,能自发衰变产生β射线,会被人体吸入从而产生内照射的危害。含氚废物会以液态或气态的形式被排放至水体或大气中,目前在核电厂或核设施周围需要对环境中的氚进行监测,从而保障环境、群众和工作人员的安全。本文基... 氚作为一种放射性核素,能自发衰变产生β射线,会被人体吸入从而产生内照射的危害。含氚废物会以液态或气态的形式被排放至水体或大气中,目前在核电厂或核设施周围需要对环境中的氚进行监测,从而保障环境、群众和工作人员的安全。本文基于Geant4软件建立正比计数器的蒙特卡罗模型,通过改变阳极丝半径、压力以及正比计数器腔体内气体的压强,模拟氚衰变产生的β粒子进入雪崩区域的概率,从而得出在三个参数值下探测器对氚测量的普遍规律以及最佳的测量优化方案。 展开更多
关键词 GEANT4 蒙特卡罗 正比计数器 氚测量
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基于国产芯片的堆外中子电流测量系统设计
13
作者 吴长雷 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第10期1616-1622,共7页
本文设计一款基于国产芯片RS8491的堆外中子电流测量系统。该系统由跨阻放大器、量程切换电路、无效位电路、校验位电路以及信号处理模块组成。该系统能够实现补偿电离室的电流测量,具有自动量程切换功能,能够输出电流测试结果和倍增时... 本文设计一款基于国产芯片RS8491的堆外中子电流测量系统。该系统由跨阻放大器、量程切换电路、无效位电路、校验位电路以及信号处理模块组成。该系统能够实现补偿电离室的电流测量,具有自动量程切换功能,能够输出电流测试结果和倍增时间信号。通过测试验证,该系统能够达到100f A分辨率,1 p A精准度,全量程精度、线性度和稳定性等指标均满足核电堆外中子电流测量的要求。 展开更多
关键词 堆外中子测量系统 补偿电离室 微电流 跨阻放大器
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基于串联读出电路的探测器位置识别方法研究
14
作者 李欣月 杨剑 +4 位作者 曾国强 杨新宇 田成帅 胡传皓 欧阳晓平 《核技术》 北大核心 2025年第6期72-80,共9页
核辐射成像依赖于位置灵敏探测器,其所需的读出电子学通道数一般较多。而传统采用电阻矩阵网络对电荷进行分流的信号读出方法,虽然大幅度减少了电子学通道的数量,但能量分辨率也显著变差。本文设计了一种串联读出电路来减少读出电子学... 核辐射成像依赖于位置灵敏探测器,其所需的读出电子学通道数一般较多。而传统采用电阻矩阵网络对电荷进行分流的信号读出方法,虽然大幅度减少了电子学通道的数量,但能量分辨率也显著变差。本文设计了一种串联读出电路来减少读出电子学的通道数量,并保证较好的能量分辨能力。探测器选用4×4阵列排布的CsI(Tl)闪烁体,并耦合了阵列SiPM来产生电流信号。电流信号经过串联电阻网络后,在两端通过电荷灵敏前放转化为电压信号。因此,单个探头模组的串联读出电路所需的读出电子学的通道数量仅为两路,而探测器的位置则是利用两端信号幅度比进行识别。针对662 keV能量的实验结果表明,探测器的相对位置分辨率为0.54%,其测得能量分辨率可达6.51%。 展开更多
关键词 电荷灵敏前放 串联读出电路 位置识别 能量分辨率
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钠冷快堆功率量程测量装置设计
15
作者 黄有骏 李丹 +3 位作者 单伟 李昆 高志宇 刘耀隆 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第9期1361-1367,共7页
本文设计了一种用于快堆的功率量程测量装置,开发了高分辨率线性微电流放大技术、快堆环境噪声抑制技术和基于物理模型的中子的噪声修正技术,通过实验室和实堆验证,成功实现了快堆功率量程通道信号测量,保证了我国首个商用钠冷快堆的顺... 本文设计了一种用于快堆的功率量程测量装置,开发了高分辨率线性微电流放大技术、快堆环境噪声抑制技术和基于物理模型的中子的噪声修正技术,通过实验室和实堆验证,成功实现了快堆功率量程通道信号测量,保证了我国首个商用钠冷快堆的顺利运行。 展开更多
关键词 钠冷快堆 功率量程通道 微电流
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基于便携式定向剂量当量率仪的I-F变换电路设计
16
作者 李英帼 李胤 +3 位作者 陈双强 崔伟 王弘昱 韦应靖 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第5期674-679,共6页
设计了基于便携式定向剂量当量率仪的I-F(电流-频率)变换电路,主要研究由辐射产生弱电流信号的转换和处理,用以精确测量剂量当量率。实验结果表明,该电路具有好于99%的线性度和相对实验标准差σ=0.002%的稳定性,对β辐射平均能量在200 k... 设计了基于便携式定向剂量当量率仪的I-F(电流-频率)变换电路,主要研究由辐射产生弱电流信号的转换和处理,用以精确测量剂量当量率。实验结果表明,该电路具有好于99%的线性度和相对实验标准差σ=0.002%的稳定性,对β辐射平均能量在200 keV~800 keV内,能量响应变化应在-29%~+67%。辐射能量180 keV~2.27 MeV,能量响应在-24%~+15%;在γ场中测试对光子响应时间均在3.7 s~4.3 s之间,并在实际应用中验证了其准确性和可靠性,均符合GB/T 4835.1-2012相关要求。本研究为便携式定向剂量当量率仪的设计提供了有效方案和参考。 展开更多
关键词 弱电流 电容积分器 I/F变换
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氮化硼个人剂量计低功耗前端CMOS芯片电路设计
17
作者 刘崭 刘海峰 +2 位作者 何高魁 黄鑫怡 孙佳宇 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第S2期498-505,共8页
本文设计了一款针对氮化硼中子探测器的个人剂量计的低功耗、低噪声CMOS电子学电路。该电路主要包括低噪声电荷灵敏前置放大器、滤波成形电路、基准电流源及电压甄别电路。氮化硼中子探测器作为第4代宽禁带半导体核辐射探测器,具有较低... 本文设计了一款针对氮化硼中子探测器的个人剂量计的低功耗、低噪声CMOS电子学电路。该电路主要包括低噪声电荷灵敏前置放大器、滤波成形电路、基准电流源及电压甄别电路。氮化硼中子探测器作为第4代宽禁带半导体核辐射探测器,具有较低的室温漏电流,使其适合于常温下工作。该探测器无需额外的中子灵敏转换层可直接将中子信号转化为电荷信号。前端电子学电路将探测器的电荷信号转换为电压信号,经过整形放大后通过电压比较器输出脉冲信号进行计数。为确保低功耗,电路采用SMIC 55 nm CMOS工艺设计与制造,工作电压1.2 V,单通道电流186μA。放大部分采用增益自举结构对输入管噪声进行优化。提出了一种动态可调的反馈电阻结构,通过M1~M8晶体管构成的差分对与电流镜机制,结合低通滤波器抑制漏电流引起的基线漂移,显著提升了电路的稳定性与线性度,同时可有效补偿探测器漏电流。该电路的仿真测试表明零电容等效噪声电荷为3e-,噪声斜率为1.21e-/pF。每通道功耗为0.22 mW,输出转换增益为5 mV/fC,线性度小于1%。 展开更多
关键词 氮化硼中子探测器 个人剂量计 电荷灵敏前置放大器 低噪声 低功耗 ASIC
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低噪声同轴型高纯锗探测器的低噪声前置放大器的ASIC设计
18
作者 刘崭 刘海峰 +2 位作者 何高魁 黄鑫怡 孙佳宇 《核技术》 北大核心 2025年第8期81-89,共9页
本文设计了一种多通道低温、低噪声的电荷灵敏前置放大器,专用于20 pF电容的同轴型高纯锗探测器。由于探测器的输入电容较大,噪声随之增加,为保证高能量分辨率,前端电子学需满足严格的噪声性能标准。通过采用优化后的噪声模型、多次仿... 本文设计了一种多通道低温、低噪声的电荷灵敏前置放大器,专用于20 pF电容的同轴型高纯锗探测器。由于探测器的输入电容较大,噪声随之增加,为保证高能量分辨率,前端电子学需满足严格的噪声性能标准。通过采用优化后的噪声模型、多次仿真迭代和特殊的版图结构得到低噪声输入管,并将前置放大器设计工作在液氮温度下,使其尽可能靠近探测器放置从而进一步减小寄生电容,降低噪声。测试结果显示,该电路在−196~55℃的宽温度范围内能稳定工作,且能快速、平稳地驱动同轴电缆。电路可在100 ns内为100Ω负载提供2.5 V脉冲,且无振铃现象。在−196℃、准高斯整形时间为6μs时,零电容的噪声性能为8.4个电子,信号4243.66 keV的半高全宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)为2.91 keV,能量分辨率可达0.67‰,具有5 mV∙fC^(−1)的输出转换增益和0.15%的非线性度及单路7.92 mW的较低静态功耗。所获得的性能足以用于同轴型高纯锗探测器的γ射线光谱和脉冲形状分析。 展开更多
关键词 高纯锗探测器 电荷灵敏前置放大器 低噪声 ASIC 集成电路设计
原文传递
线性脉冲放大器虚拟系统设计
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作者 孟祥厅 彭玲玲 +3 位作者 巩来咏 刘小亮 孙宇 张怀强 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第3期382-387,共6页
本文介绍了一款基于LabVIEW与Multisim软件设计的线性脉冲放大器虚拟系统,旨在为核仪器设备研发人员提供一种快速高效的工具。该系统不仅支持电路理论学习、电路仿真,还具备直观的操作界面、灵活的参数配置和实时波形显示功能。实现了... 本文介绍了一款基于LabVIEW与Multisim软件设计的线性脉冲放大器虚拟系统,旨在为核仪器设备研发人员提供一种快速高效的工具。该系统不仅支持电路理论学习、电路仿真,还具备直观的操作界面、灵活的参数配置和实时波形显示功能。实现了仿核脉冲信号输出电路、无源微分与极零相消电路、(RC)^(m)电路以及准高斯滤波电路等多种电路仿真。系统还包含了电路原理和理论考核模块,确保研发人员在实际操作前对相关理论有充分理解。通过虚拟系统的运行结果,验证了该系统的可行性和有效性,能够有效地辅助核仪器设备的研发,提高研发速度和质量,具有很好的实际应用价值。 展开更多
关键词 虚拟系统 线性脉冲放大器 LABVIEW MULTISIM
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基于同轴型高纯锗探测器的CMOS电荷灵敏前置放大器设计
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作者 刘崭 何高魁 刘海峰 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第3期717-724,共8页
本文设计了一款多通道低噪声的电荷灵敏前置放大器,专用于输入电容较大的同轴型高纯锗探测器。大电容探测器会带来更大的输入噪声,为保证高能量分辨率,对前端电子学的噪声性能提出了较高的标准。在多级放大器中,总噪声受第一级噪声的影... 本文设计了一款多通道低噪声的电荷灵敏前置放大器,专用于输入电容较大的同轴型高纯锗探测器。大电容探测器会带来更大的输入噪声,为保证高能量分辨率,对前端电子学的噪声性能提出了较高的标准。在多级放大器中,总噪声受第一级噪声的影响最显著。因此,输入管必须具有优异的噪声性能,通过采用优化后的噪声模型、多次仿真迭代和特殊的版图结构得到低噪声输入管。当输入管尺寸较大时,会产生栅极漏电流,漏电流会改变前置放大器输出的基准位置。本文采用了一种带漏电流补偿的反馈电阻模块,该模块消除了反馈电阻对电源、温度和工艺变化的敏感性,同时可补偿几μA的泄漏电流,且电路为自偏置,无需外部偏压设定反馈电阻阻值。此前置放大器在10 pF的探测器电容下,上升时间不超过50 ns,且无任何震荡现象。在低温下前置放大器展示出仅5.6个电子的低噪声性能,具有5 mV/fC的输出转换增益和0.15%的线性度及12.5 mW的较低静态功耗。在特定的低能量辐射检测应用中,电路性能良好。 展开更多
关键词 高纯锗探测器 电荷灵敏前置放大器 低噪声 集成电路设计
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