数字化波形实时甄别技术研究现状.pdf

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1、第３４卷第１１期核电子学与探测技术Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１１２０１４年１１月ＮｕｃｌｅａｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖ．２０１４数字化波形实时甄别技术研究现状李奎念，李阳，张美（强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西北核技术研究所，西安７１００２４）摘要：波形甄别是一种根据闪烁探测器信号形状差异来判别粒子种类的核物理诊断技术，在混合辐射场测量中起着重要作用。本文对波形甄别技术的发展趋势作了概述，并详细介绍了数字化波形实时甄别技术的研究现状。关键词：数字化波形甄别；实时甄别；

2、ＦＰＧＡ；闪烁探测器中图分类号：ＴＬ８１文献标志码：Ａ文章编号：０２５８-０９３４（２０１４）１１-１３２０-０５波形甄别（ＰｕｌｓｅＳｈａｐｅＤｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ，速模／数转换器的出现，离线的数字化波形甄别ＰＳＤ）是核辐射探测领域的一项重要技术，用于成为波形甄别技术的主流研究方向，并且传统［６］从复杂辐射环境中提取所需的粒子信号。从的甄别方法在数字化领域也得到了扩展，为２０世纪５０年代末开始，波形甄别就已用于中波形甄别开辟了崭新的空间。子（ｎ）、α粒子、伽马射线（γ）、质子（ｐ）等混合基于数字化的思想，

3、前端探测器取得的粒［１］辐射场中某一粒子强度的测量。到目前为子信号首先通过高速ＡＤＣ数字化采样，然后送［２］［３］止，波形甄别在中微子探测、暗物质探测、入后端上位机进行离线甄别处理。ＭｅｌｌｏｗＢＤ［４］［５］［７］中子散射成像和深空探测等多个技术领等人于２００７年提出了脉冲梯度法，大大提高域中得到应用。了波形甄别的速度，且实现方法更为简单；不同类型的粒子入射到具有波形甄别能力ＹｏｕｓｅｆｉＳ等人于２００９年提出用小波变换对脉的闪烁探测器上，形成的光电脉冲信号形状不［８］冲形状进行甄别的方法，是首次成功实现的同，

4、波形甄别就是根据信号形状的差异来判别基于频域特征的数字化波形离线甄别方法；入射粒子的种类。传统方式的波形甄别主要基２０１０年，国防科学技术大学的刘国福教授提出于模拟技术，需要专用的核仪器插件或采用微［９］了基于傅里叶变换的频率梯度分析法，用信机自动测量和控制系统。随着前端探测器数量号变换后的功率谱进行波形甄别。另外，神经的增加，后端电子学系统将会十分庞大，电路实网络［１０］、模式识别［１１］、最小均方差拟合［１２］、延现复杂，且具有脉冲计数率低、稳定性差等缺时线整形［１３］、交叉相关［１４］和波形拟合［１５］等一

5、点。大批离线的数字化波形甄别方法相继被提出。1数字化波形离线甄别2数字化波形实时甄别随着数字信号处理速度的大幅度提高、高近年来，波形甄别技术在更多的领域得到应用，人们对波形甄别的实时性和系统的便携收稿日期：２０１４－０９－０５性也提出了更高的要求，实时的数字化波形甄作者简介：李奎念（１９８８－），山东菏泽人，研究实习别技术应运而生，这种技术在核安全监控、深空员，主要从事辐射场测量方面的研究。宇宙射线监测和暗物质探测中有着重要的需１３２０求。在特殊核材料的监控中，核材料自发裂变基于ＦＰＧＡ的在线／离线处理相结合的波

6、形甄［１６］过程中发射的中子是核材料的特征指示，通过别方案。ＡＤＣ选用２片１４ｂｉｔ、１００ＭＳＰＳ的测量中子信息实现对核材料的监控和监测。然ＡＤ６６４５ＳＱ，工作于交叉模式，实现２００ＭＳＰＳ的而，由于中子与周围环境的非弹性散射、慢化中采样率，ＦＰＧＡ采用ＡＬＴＥＲＡ１Ｓ２５，主要用于数子的辐射俘获等原因，在中子场会存在伽马射据的预处理和实时事件计数。探测器的数字化线的干扰。为排除伽马射线对中子测量的干信号存储在上位机，由电荷比较法离线完成波扰，结合其它技术进而快速判断核材料泄露、遗形甄别。基于上述工作，该团队

7、于２００９年研制［１７］失的位置，必须采用便携式、实时化的波形甄别出了基于ＦＰＧＡ的实时甄别系统，系统具有技术进行判别。在深空宇宙射线探测中，宇宙４输入通道，每通道的ＡＤＣ为１４ｂｉｔ、２００射线包含中子、伽马、α等多种粒子，往往通过ＭＳＰＳ，由电荷比较法完成实时的波形甄别。系测量某一种粒子的信息去研究宇宙的演变。这统利用以太网向上位机传输甄别结果，事件的５就要求星载探测器具有一定的波形甄别能力，最大计数率为９×１０／ｓ。２０１１年，该系统在［１８］［１９］作为深空宇宙探测器最基本的要求之一便是探ＰＴＢ及ＪＥＴ上

8、得到成功应用；２０１３年，系［２０］测器及相关系统尽量小型化。在暗物质探测统升级改造后，事件实时计数率可达５×６中，暗物质粒子打在闪烁晶体上与原子核发生１０／ｓ。散射，原子核发生位移，产生电离信号，电离信２００８年，韩国ＫｉｍＨＪ等人提出并实现了［２１］号与α粒子一致。为减小宇宙线本底，实验一基于ＦＰＧＡ的实时甄别模块（ＮｅｕｔｒｏｎＴａｇｇｅｒ般在很深的地下开展，本底主