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[博士论文] 张江梅
控制科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:在军备控制检查、反核材料走私和核应急探测等非接触式放射性材料的探测应用中,核辐射信号的灵敏检测及核素识别是放射性材料探测的关键。由于环境本底辐射和屏蔽体的影响,探测器检测到的放射性脉冲时间序列信号极其微弱,典型的时域波形和频谱分析方法很难实现微弱核脉冲幅度和发生时刻信息的提取;同时,受到探测器能量分辨率的影响以及环境本底噪声和康普顿散射事件干扰,采集得到的信号信噪比低,不能用于准确计算放射性材料的脉冲幅度谱(Pulse Height Spectrum,PHS),进而使得放射性材料的检测及识别率极低。因此,研究如何实现复杂背景噪声中微弱核信号的提取与核素识别具有重要的理论价值和现实意义。本文针对微弱核脉冲信号难以检测以及复杂检测情境下γ能谱畸变问题,以提高强噪声背景下信号检测能力为切入点,研究核辐射信号的稀疏重构和核素识别方法,使之满足放射性材料微弱信号提取与核素识别的需求。本文的主要工作包括如下几个方面:
  (1)研究核辐射探测过程中,由检测环境以及康普顿散射事件干扰产生噪声的统计模型:冲击噪声、散粒噪声、瑞利噪声或高斯噪声等,通过对噪声发生机理的研究以及噪声对核辐射信号的影响关系的分析,为核脉冲信号的检测模型的建立提供基础。
  (2)针对强噪声背景下微弱核辐射信号难以提取的问题,开展基于稀疏表示的微弱核脉冲时间序列信号检测方法研究。利用信噪混合类型、噪声统计模型先验信息和Gabor变换,构建用于表征隐藏在含噪信号下本真信号的过完备字典,结合稀疏重构优化算法抑制典型环境噪声,进而设计出适用于微弱核脉冲信号的检测算法;并且,为提高算法的计算效率提出了基于滑动窗预检测的并行检测方法,可实现核脉冲时间序列信号的在线检测。
  (3)针对不同测量环境和测量时间下,由γ能谱差异而造成的核素识别困难问题,研究了能谱变化规律及核素识别模型的迁移方法,一方面,根据标准核素能谱数据建立标准能谱矩阵,构建并学习从标准能谱矩阵到当前环境下能谱的迁移矩阵,以此修正由环境因素导致的能谱差异,进而实现基于标准能谱构建的核素识别模型的核素识别;另一方面,研究了基于稀疏表示和奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的γ能谱特征提取方法,以及基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的核素识别方法,通过仿真和实验测试,验证了所提出方法的可行性和有效性。
  (4)为测试所提出微弱核信号检测方法和核素识别算法在实际探测环境中的应用效果,设计并实现了基于闪烁体探测器的微弱核信号前置放大、滤波和数据采集软硬件平台系统,并综合应用本文提出的信号检测方法和核素识别算法,在典型检测环境,如车站、机场、关卡、海洋放射性检测等场景下,采用低活度放射源设计相关模拟实验,实验结果表明本文所提出方法能够识别多种常用核素。
[博士论文] 孙文昊
电子科学与技术;电路与系统 东南大学 2017(学位年度)
摘要:阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer,AMS)是一项搭载在国际空间站上的大型粒子物理实验,其主要目标是测量宇宙线中的反物质,进而寻找暗物质存在的证据。由于AMS-02探测器的在轨运行环境无法支持现场调试,而在地面上并没有与飞行系统相同的完整探测器系统,因此在该实验超过10年的连续运行过程中,在地面建立反物质研究系统(Antimatter Investigation System,AIS)可以对太空中的探测系统进行仿真,在此基础上可以开展粒子探测技术和方法的研究,以及支持飞行软件的测试和飞行系统故障的诊断等。
  在对各类系统仿真技术进行研究和对比之后,本文结合硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)方法和数据驱动(Data-Driven)技术,提出了数据驱动的HIL(Data-Driven Hardware-in-the-Loop,DDHIL)模拟方法,为AIS提供了一种易于实现的系统架构。常规的HIL方法需要为待模拟的系统建立数学模型,然而AMS-02探测器结构复杂,子系统繁多,且运行环境多变,故难以为其建立精确的数学模型。DDHIL方法省去了常规HIL方法中的数学建模过程,改为依靠大量的真实运行数据对受控系统进行模拟,可以快捷高效地建立起模拟环境,因此比常规的HIL方法更适用于AMS-02以及类似的复杂系统。
  AMS-02的各子系统使用了多种通信协议,AIS的虚拟环境也应支持多协议通信,故本文提出了一种分层模块化的多协议接口通信方式,使虚拟环境可以通过不同通信协议与真实硬件设备通信。该方式在多协议通信接口设备的基础上,将硬件操作、通信协议、数据封装、软件应用等功能分为相对独立的模块进行设计、配置、调用,不仅满足了同时处理不同通信协议的需求,同时为接口功能的管理和维护提供了良好的灵活性、可定制性和可移植性。
  DDHIL模拟环境中的核心功能模块是由数据驱动的虚拟设备,由于需要模拟的虚拟设备种类繁多,故本文提出了一种通用的虚拟设备模板,该模板支持多个自定义选项,有效简化了虚拟设备的定义过程。利用虚拟设备模板,可以为虚拟设备指定模拟数据源,从而模拟不同类型设备的运行状态。在此基础上所设计的状态变量机制可以利用自定义的状态变量记录设备运行状态的变化情况,支持虚拟设备在更新状态后自动切换模拟数据源,从而对控制指令作出响应,实现了真实控制器对虚拟受控设备的控制操作。
  为了建立完整的DDHIL模拟环境,需要在虚拟设备模板的基础上具体定义各虚拟设备,为其准备模拟数据,并使其与真实硬件设备交互,因此本文确立了DDHIL模拟环境的建立流程,其中包括设计虚拟设备的实例化脚本语言,制作可将真实数据转换为模拟数据的数据提取工具,编写维护模拟过程的主程序等。专用的设备实例化脚本语言采用简洁的语法为虚拟设备的所有参数赋值,简化了虚拟设备的实例化过程;数据提取工具将原始的运行数据整理成模拟系统所需的组织形式,以便模拟软件的调用,提高了数据预处理的效率;模拟软件的主程序管理着每次模拟任务的初始化和模拟工作。
  利用DDHIL模拟方法构建的AIS系统已在AMS-02实验中得到了实际应用,并在AMS-02的子系统故障研究过程中提供了测试和验证平台。该系统在AMS-02新版飞行软件的测试中发现了警报信息不完整、参数设置无效、自动保护操作错误等问题,修正后的软件在实际使用过程中长期稳定地运行。基于DDHIL方法建立的AIS系统不仅可用于软件测试,还在AMS-02的长期运行维护中提供了其他方面的支持,如日常监控的培训、远程操作的实践、运行故障的分析与处理等。在实践中得到验证的DDHIL方法不仅适用于AMS-02实验,也将适用于其他长期运行的大型复杂系统。
[硕士论文] 孙国荣
机械工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:无源式伽马扫描是一种重要的无损检测方法,主要利用核燃料元件自身发出的伽马射线反映燃料元件的状态而无需外加放射源,在保障生产效率的同时可以有效降低生产成本。本文以核燃料元件作为研究对象,设计研制了基于核燃料元件自动化生产的无源式伽马扫描设备,并对其检测能力及应用进行了综合评价。
  本文研究的主要内容包括:
  结合核燃料元件自动化生产线的特点,对无源式伽马扫描在线检测工位工艺进行了综合分析,提出了无源式伽马扫描设备的整体设计方案。
  (1)针对无源式伽马扫描检测中计数受年龄芯块影响的问题,提出了利用234Pa振幅与计数成比例的特性,分离低能量区的本底计数,修正了234Pa对235U扫描数据的影响;针对无源式检测中环形区域富集度测量值偏低的问题,提出了环形芯块富集度的补偿方法;而对于芯块区长度的测量,提出了利用标准棒建立的单位长度对应的道数,以此为基础计算芯块区区域长度。
  (2)对无源式伽马扫描设备机械结构进行了模块化设计,结合设备的运行流程设计了自动化控制系统。
  (3)根据无源式伽马扫描检测的特点设计制备了相关标准棒并建立了各检测项的标定方法。基于95×95,90×90置信水平下的统计方法对平均富集度、异常芯块以及芯块区长度检测进行了评价,同时建立了各检测项的加严拒收限值。
[硕士论文] 侯英
机械工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:氦质谱检漏方法是核燃料元件制造技术中常用的一种检测燃料棒密封性的无损检测方法,它主要是利用燃料棒内部所充氦气作为示踪气体,通过检漏仪中的质谱室对氦气量的测量,检测燃料棒的表面质量和焊接质量,保证燃料棒的密封性满足技术要求,进而保证燃料棒在核反应堆内运行的安全性。本文以燃料棒为研究对象,在国内自动化生产线日益成熟的基础上,设计并研制了自动氦质谱检漏系统,并通过工艺鉴定及系统验证试验,对其检测能力、质量及可靠性进行了综合评价。
  本文研究的主要内容包括:
  基于燃料组件自动化生产线的要求,提出了自动氦质谱检漏系统的设计方案,并对自动检测工艺进行研究并开展相关试验,最终验证了系统研制和应用的可行性。
  (1)依托技术转让文件,结合实际生产现场布局提出检测设计需求,初步制定研制方案,并对关键技术进行论述。
  (2)对自动氦质谱检漏系统机械结构和设计思路进行阐述,提出了与生产现场实际情况相匹配的硬件设计方案,包括对真空检漏箱体、箱内外传输结构的设计等内容。
  (3)对检测系统中的气体管路控制系统进行设计,并根据实际情况进行优化。为保证在线检测数据可靠,检测系统运行稳定,提出在检测过程中增加数据监测功能。此外,对检漏系统、检测传输线和 MES系统集成控制设计也进行了阐述。
  (4)根据技术条件,结合实际被检产品和检测系统,对自动氦质谱检漏工艺建立产品拒收限值和工艺拒收限值,并对影响检测结果的工艺参数开展试验进行确定,最终建立了自动氦质谱检漏方法。
[硕士论文] 谭淼
化学工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:无机半导体在科技日新月异的当今社会成功推动了包括光子学、计算机科学等领域的科技革命。无论是医疗能源交通,还是娱乐、通讯甚至思维,都深刻地受其影响。但是,传统的无机半导体材料在制备和应用过程中有着能耗过高,工艺复杂成本高等缺点,严重影响了其在更多潜在领域应用的可能性。本文采用简单、低能耗的电化学法制备了三种不同形貌的金属氧化物半导体材料,并将其设计应用于紫外光电探测器。主要工作如下:
  (1)采用两次电化学法,组装了TiO2/PANI纳米复合结构器件。第一次先采用阳极氧化法,在室温下制备TiO2nanotubes(二氧化钛纳米管)阵列,第二次采用电化学法将TiO2 nanotubes阵列与PANI进行复合。利用控制变量法通过一系列平行实验优化其反应条件。通过SEM图、XRD谱和拉曼谱对其形貌及结构进行表征,结果表明,所制备的TiO2 nanotubes阵列与钛片基底垂直,生长情况良好,平均管径约为100nm,管壁光滑,厚度均匀,且与PANI复合情况良好。进一步对所得样品进行紫外可见光谱测试,以获得材料的光电性能。通过一系列对比的电流时间曲线的紫外响应测试来优化器件结构。
  (2)通过一种操作简单,能耗低,可重复性高的电化学法在ITO导电玻璃表面制备ZnO纳米片。采用一种低温下的化学氧化法制备PANI纳米线,将其洗涤干净后利用旋涂法与ZnO纳米片复合。采用SEM、XRD谱及EDS能谱表征其形貌结构,结果发现ZnO纳米片生长情况良好,尺寸均一,呈薄片状垂直于ITO基底表面,其平均直径约为4μm。PANI密布于ZnO纳米片顶部,其直径约为90nm,呈疏松结构。进一步对所得样品进行紫外吸收光谱的测试,以获得其在不同纳米波长光区的响应程度。对所得样品进行外加偏压的伏安特性曲线测试,以获得其特殊的光电性能。对所设计器件进行0偏压下的电流时间曲线紫外光响应测试来判断材料的光敏性。
  (3)分别采用水热法和电化学法两种方法在ITO导电玻璃表面制备氧化锌纳米棒阵列,通过一系列平行实验优化出最佳的实验方案。将所得ZnO纳米棒阵列与低温下化学氧化法制备的聚苯胺纳米线复合。采用SEM及XRD谱对复合材料的形貌及结构表征,结果发现,采用电化学法制备的ZnO纳米棒阵列,尺寸均一,形貌整齐,顶端呈正六边形,直径大约为180nm,PANI呈疏松态分布于ZnO纳米棒顶端,两者复合状态良好。进一步对其进行外置偏压的伏安特性曲线测试,以获得两种复合材料间的关系。对其进行电流时间曲线测试以研究其光敏性,并筛选出最优化的器件结构。
[硕士论文] Khalid Moharam
核能科学与工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:使用硅漂移探测器测量低能端X射线能谱时,首先要对探测器进行效率刻度。
  本文分别采用相对效率刻度法和理论模型计算法对SDD探测器低能区进行效率刻度。相对效率刻度法为,通过测量19keV电子束轰击纯厚碳靶得到实验韧致辐射谱,以及MonteCarlo程序PENELOPE模拟同样实验条件下得到理论韧致辐射谱,二者的比值即获得相对效率曲线,最后由241Am和57Co标准源将相对效率曲线绝对化,在此方法中,考虑了标准源的自吸收校正,理论韧致辐射谱的卷积以及实验韧致辐射谱的光滑。理论模型计算法是基于硅漂移探测器的几何尺寸,利用理论模型计算公式得到硅漂移探测器低能区的探测效率曲线。本文中两种方法确定的绝对探测效率曲线较为一致。
[硕士论文] 谢翼骏
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:闪烁体X射线探测器在医用检测和安检等方面都有很重要的应用。而其中掺铊碘化铯由于它的光学性能很好、成本低和易于生长等优点成为了热门的闪烁体材料。就材料本身而言,虽然掺铊碘化铯性能出众,但是由于它易潮解的特性,当它暴露在潮湿空气中时会使得其光转换性能下降,因此对抗潮解掺铊碘化铯的研究就显得非常重要;就闪烁体X射线探测器件而言,X射线经过闪烁体后转化为发散的可见光并且由于闪烁体存在转换效率,部分X射线会直接进入CCD并对CCD造成辐射损伤。因此需要设计光转换组件来收集可见光信号及分离X射线与可见光。因此,本文从理论与实验上研究了潮解对掺铊碘化铯薄膜结构与性质的影响并且设计出针对掺铊碘化铯薄膜的抗潮解方案,并对X射线探测器光转换组件进行了设计及优化。
  首先,本文从通过对掺铊碘化铯薄膜傅里叶红外光谱的测试,证实了其暴露于潮湿空气中的潮解现象。然后研究了掺铊碘化铯薄膜暴露于不同湿度的潮湿空气对其结构以及荧光光谱的影响并分析了原因,结果表明掺铊碘化铯薄膜暴露在相对湿度更高的潮湿空气中更长时间,其光转换性能下降越多。
  其次,针对掺铊碘化铯薄膜易潮解的特性设计了多种抗潮解方案。最终选择了铝保护膜层、二氧化硅保护膜层以及氮化硅保护膜层作为掺铊碘化铯薄膜的保护膜层。为了确保保护膜层能尽量地使得可见光信号透过,对三种保护膜层对可见光的透射图谱做了仿真并设计了达到对目标波长光的高透过率需要的膜层具体厚度。最后运用磁控溅射法与PECVD技术制备了三种保护膜层,并测试分析了它们对掺铊碘化铯薄膜的抗潮解效果,结果表明铝抗潮解保护膜的综合性能最好。
  之后,根据对X射线探测器光转换组件设计的要求并通过成像计算公式计算得到了基础光转换组件的设计参数。根据设计参数在 ZEMAX上搭建了基础光转换组件的光路图并对基础光转换组件的成像质量进行了全面的评价。
  最后,由于设计的基础光转换组件的成像质量并不理想,利用ZEMAX建立合适的优化函数对基础光转换组件的成像质量进行了优化。虽然优化后光转换组件的综合像差、波前光程差、像散等均有了较大的改善,但是弥散斑和衍射能力上仍存在较大不足。在受到三片式物镜的启发下对光转换组件进一步优化,设计出了三透镜光转换组件。在对优化后的三透镜光转换组件的成像质量的评价中,发现其在各个方面均有了很大的改善,成像质量已经基本达到了要求。因此将使用这一优化后的三透镜光转换组件设计作为实际光转换组件设计的重要参考模型来完成后续的整体X射线探测器的设计。
[博士论文] 谢宏明
核科学与技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:束流剖面测量作为加速器束流诊断系统的一个重要组成部分,对加速器物理的空间电荷效应、束流横向冷却等研究具有重要意义。同时在加速器正常运行中,束流剖面的准确测量对加速器不同位置的束流横向匹配、束流尺寸控制、机器参数优化等也至关重要。束流剖面测量按对束流的阻挡程度又可以分为拦截式与非拦截式两种测量手段,相对于传统拦截式的剖面诊断工具,非拦截式测量方式可以从容应对强流剖面测量,还可以实现剖面实时监测。其中,剩余气体电离(Ionization Profile Monitor)与气体诱导荧光(Beam InducedFluorescence)探测器作为国际上常用的非拦截式剖面诊断设备,非常适合于质子及重离子类型同步加速器和强流传输线的剖面测量应用。国内关于IPM与BIF探测器的研究起步较晚,两种探测器在国内加速器设施的剖面诊断中均未实现应用。为了配合兰州重离子加速器(HIRFL)束流诊断系统的改造升级,应对即将到来的中国加速器驱动嬗变研究装置(CIADS)与强流重离子加速器设施(HIAF)的强流剖面测量需求,本课题关于两种非拦截式IPM与BIF束流剖面探测器的研制是极其迫切与必要的。
  非拦截式IPM与BIF束流剖面探测器都是基于束流带电粒子与剩余气体的电离与激发理论。IPM探测器利用束流粒子与真空管道内剩余气体分子的电离作用,以电离产物的离子-电子对作为测量信号,在探测器内置静电场框架产生的均匀静电场引导与加速下,信号粒子到达微通道板进行倍增放大,放大后的电子由静电场继续引导至磷光屏-相机构成的光学系统,或者阳极-电子学系统进行获取。气体诱导荧光BIF探测器是利用束流粒子使稀有气体分子电离或激发,气体分子在随后的退激发回到基态过程中辐射的可见光波段光子作为测量信号,微弱荧光信号通过图像增强组件进行一系列光子转换及增强过程,最后透过观察窗被外置相机进行光学获取。两种非拦截式剖面探测器基于共同的束流粒子与剩余气体相互作用机制,测量信号载体又略有不同各具特色,两者共同在强流剖面测量应用中发挥着重要价值。
  论文介绍了国际上IPM与BIF探测器的研究背景、发展历程和应用现状,分析了两种探测器的基本原理、工作流程以及影响因素,如静电场非均匀性,空间电荷效应,杂散电子干扰等。论文的重点是对IPM与BIF探测器的设计制造、束流实验和改良优化等内容进行详细介绍。经过大量理论调研与工程实践,IPM与BIF探测器均成功完成了模拟设计和离线测试,并在HIRFL不同区域进行了束流实验。BIF探测器是应加速器驱动次临界嬗变系统(ADS)直线注入器II的强流剖面测量需求而研制,探测器研制完成后在TR2超重实验终端进行了剖面测量实验,实验研究了不同工作气压下探测器的剖面测量结果,并加装滤光片进行了氦气退激光谱研究。实验中通过与单丝剖面扫描结果对比验证了BIF探测器具有较好的准确性与可靠性,且空间分辨率达到115μm,可以满足ADS以及未来CIADS强流剖面测量的应用需求。
  IPM探测器是应HIRFL-CSR的实时非拦截式剖面测量需求而研制,探测器建成之后在SSC-Linac进行了束流实验,其测量结果与单丝扫描剖面测量吻合极好,实验中还通过更改不同的电压设置,研究了静电场均匀性对IPM探测器的测量影响。目前IPM探测器经过静电场分压方式改良后已经安装应用于CSRm,并成功实现对束流剖面的实时监测,其空间分辨率高达55μm,可以满足CSRm电子冷却后极冷、极小发射度束流的剖面测量需求。论文的最后还提出了一种全新紧凑型结构的IPM探测器设计,该设计利用一套IPM探测器能够实现束流横向水平与垂直两个方向的剖面测量功能,从而很大节省剖面测量的空间与经费,对于未来CIADS超导直线这类空间紧缺型加速器的剖面诊断具有重大实用价值。
[硕士论文] 任俊松
信息与通信工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着核技术在工农业、医疗、国防等领域的广泛应用,核材料扩散、核恐怖事件以及核事故的威胁日益严重,对核安全与核检测技术提出了新的要求。本文针对核技术应用中遇到的一些实际问题,通过对γ能谱分析与核素识别方法的研究,重点解决强噪声、低探测率情况下的γ能谱分析与多核素识别问题。主要研究内容包括以下几个方面:
  对能谱信号进行预处理。在分析γ能谱成形原理基础之上,采用基于能谱全能峰信息的传统分析方法,对实测及仿真γ能谱进行分析。利用最小二乘平滑与马尔科夫平滑,在保留原始γ谱峰大部分重要特征下,完成含噪能谱的平滑降噪;通过导数寻峰与量子球寻峰方法对γ能谱进行寻峰,有效地提高了谱峰的分辨能力,实现能谱的特征提取。
  针对传统分析方法对高本底、低探测率的γ能谱解析效果不明显的问题,提出了一种基于奇异值分解的全谱分析方法,对低分辨率能谱具有较好的区分度,并且避免了人为设定参数对识别结果带来的影响。针对传统分析方法很难完成对重叠峰的解析问题,将能谱以向量空间模型表示,采用非负矩阵分解方法,实现对重峰的解析。
  研究了支持向量机在γ能谱分类识别中的应用,针对核素识别中的具体要求提出了相应的改进方案。通过实测能谱分析,讨论了单一核素及混合核素的识别情况,并对比了不同特征提取方法的优缺点。方法能够完成对低分辨率能谱的识别,并能有效识别混合核素样本的组成成分。
[硕士论文] Kamil Abbas
核能科学与工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:本研究的主要关注点是两相流,其包括浸入反应堆芯中的水中的气泡。对这些流动性质的理解对于了解两相流测量过程的效率和安全性至关重要。这种知识对于现场或在线控制和监测流量也很重要。所采用的方法基于电导率和介电常数原理,并且由于与其它成像技术相比实现所涉及的电路的廉价性而被选择。与其他成相技术相比,更重要的是,它为测量提供了良好的时间和空间分辨率。为了满足这一要求,设计和开发了一个小型测试设施。制作电路,然后通过制造PCB进行测试。为了防止环境噪声和电磁干扰,根据可用资源,该设备被最好地屏蔽。制备分别具有十六个输入和输出的线网传感器,并将其放入内部填充有水和空气的垂直玻璃部分中。通过外部装置产生气泡,并且在收集部分中观察到信号干扰。信号由数据采集卡收集并在软件程序中进一步操作。数据首先在LabVIEW软件中获取,然后转移到MATLAB进行分析和图像重建。基本上,主系统包括线网,激励电路,数据采集电路和数据采集卡连接到计算机。将结果与与软件同步链接的高速摄像机进行比较。在这些电路设计中,在保持成本低的同时确保最大效率。结果是令人满意的,但是如果通过增加传感器中的横截面的数量来提高分辨率,则可以提高结果。传感器被玻璃包围,因此高速摄像机也可用于比较结果。使用高速数据采集卡还使得能够处理实时采集而没有任何问题。不幸的是,由于资源有限,该设施不能在严格的条件如高温和压力下进行测试。从这些实验得出的结论是,丝网传感器确实提供约1000帧/秒的时间分辨率和良好的空间分辨率,并且与其他技术相比也更便宜。
[硕士论文] 郭馨璐
电子与通信工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,宽禁带半导体材料由于具有电子速度高、抗辐射性能强以及导热性能好等特点,在高速的光电技术发展中得到了越来越多的关注。MgZnO基金属-半导体-金属(Metal-Semiconductor-Metal,MSM)紫外光(Ultraviolet,UV)探测器在导弹预警和污染分析等方面都获得了大力的发展。与传统的光电倍增器(PMTs)以及硅基紫外探测器相比,MgZnO基MSM紫外光探测器具有天然的波段选择功能,不需要额外同昂贵的滤波器一起工作。
  虽然目前MgZnO基MSM紫外光探测器已经取得了很大的发展和进步,但是在理论模型方面仍存在较多的问题亟待解决。这种器件作为接收和识别紫外光的重要器件之一,被广泛地应用于光通信领域之中。但是由于材料制备不够理想等问题,使得探测器都具有下降时间很长的缺陷。如果探测器具有很长的下降时间即很长的拖尾,将会降低探测器的带宽进而无法满足现在高速的光通信应用。另外,探测器的输出噪声会影响器件性能,且噪声是无法在本质上彻底被消除的。作为紫外光探测系统的核心器件之一,建立一个新型的、准确的噪声等效电路模型对于研究、精确预测甚至是降低紫外光探测器的噪声都是具有至关重要的作用。
  具体工作如下:
  1)将峰值增益技术与MgZnO基MSM结构进行结合,建立了探测器的扩频等效电路,包括串联型和加强型峰值增益等效电路。在研究和计算探测器总带宽时,同时考虑了探测器带宽的渡越时间限制和RC时间限制。由于器件的饱和速度对于探测器的带宽具有较为重大的影响,在第一性原理的基础上,利用Monte Carlo算法仿真了不同Mg含量与MgZnO材料的饱和速度的关系曲线。在此基础上,研究了探测器尺寸对于带宽的影响。结果表明,采用峰值增益技术对探测器进行频带扩展,尤其是加强型峰值增益技术可以大幅度地提高设备的总带宽。
  2)为了能够准确地预测探测器的噪声特性,提出了MgZnO基MSM紫外光探测器的噪声等效电路。其中,器件的主要噪声源是由本征量和寄生量所引入的。更进一步地,还研究了串联型峰值增益技术以及加强型峰值增益技术对探测器噪声特性的影响。最后,研究的结果表明当器件工作在高频区时,热噪声对探测器影响是占据着主导作用的。同样地,与原始电路得到的结论相同,串联型峰值增益噪声等效电路以及加强型峰值增益噪声等效电路中占主导作用的噪声也是热噪声。此外,研究结果表明,串联型峰值增益技术以及加强峰值增益技术还会对紫外光探测器的噪声特性带来影响:峰值增益技术在对MgZnO基MSM紫外光探测器进行频带扩展的同时,在降低噪声方面还发挥着显著的作用。
  论文中所做的分析和研究对于更进一步设计具有良好品质的MgZnO基MSM紫外光探测器带来了一定的积极作用。
[硕士论文] 李培培
控制工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:核能谱测量技术作为一种重要的信息获取手段,具有精度高、灵敏度高等优点。数字核谱仪作为核能谱测量的重要工具,性能一直备受本领域研究人员所关注。由于数字核谱仪本身及核脉冲信号自身的特性,数字核谱仪的能量分辨率一直是关于数字核谱仪研究的重点。
  本文列举了影响数字核谱仪能量分辨率的主要因素,根据这些因素提出了改善数字化引入核脉冲信号时带来的误差的思路。在对比了经典卡尔曼滤波与鲁棒H∞滤波之后,选取鲁棒H∞滤波算法实现了数字化核脉冲信号的滤波及基线恢复处理。在明显提高脉冲基线恢复精度的前提下,规避了经典卡尔曼滤波算法过分依赖前一时刻估计值、在噪声不稳定时处理结果不理想的缺点。
  在核脉冲信号成形过程中,本文使用Z变换法,并在研究现有算法的基础上提出了改进算法,改善了现有梯形成形算法在误差累计过程中对成形结果造成的影响,使数字核谱仪的能量分辨率得到改善。
  本文在最后设计并实现了一套数字核谱仪系统,该系统由基本的探测器系统、数字化信号采集系统以及数字化核脉冲信号处理系统组成,能够实现脉冲信号的数据采集及成形、基线处理等功能,对理论得出的最优化数字核信号处理方案的可行性与合理性进行了验证。为核事故发生时,能够使用数字核谱仪测量核事故现场核辐射类型以及能量、时间等信息奠定坚实的基础。
[硕士论文] 郑占龙
材料科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,中子和中微子探测已经成为国际研究热点。通过中微子探测获得准确可靠的中微子混合角θ13对于佐证电荷宇称破坏定律和反物质的存在具有重要的意义。目前对中子和中微子进行探测的主要手段是采取闪烁探测器的方法。作为闪烁探测器的核心部件,同塑料闪烁体和晶体闪烁体相比,液体闪烁体由于其具有光产额高、光透过性好、易于制备大体积材料且形状不受限制等优点,受到越来越多的关注和应用。
  理想的液体闪烁体材料,应该具备高的光产额、大的衰减长度、快的荧光衰减时间、低的化学活性以及安全性好等特点。其中,溶剂作为液体闪烁体的主要组成部分,对液体闪烁体的各个性能都有很大的影响。目前,世界各地的许多国家都投入了巨大的财力致力于研究液体闪烁体溶剂的配方以提高液体闪烁体整体的性能。但是,对于单一的溶剂来说,总存在一定的缺陷和不足,比如光产额不高、光透过性不好、与盛装液体闪烁体的有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)材料兼容性不好等。当为解决这些问题加入第二溶剂时,又会有新的问题出现。因此,如何制备出一种综合性能良好的液体闪烁体成为了难点。另外,与液体闪烁体溶剂中的氢核相比,稀土金属钆对于中子具有非常大的捕获截面,因此常常把钆掺杂到液体闪烁体中去提高中微子的探测效率。
  本文首次采用偏三甲苯(Pseudocumene,PC)和线性烷基苯(Linear alkyl benzene,LAB)的混合溶剂作为液体闪烁体的基质,巧妙结合了两种溶剂的优缺点去实现液体闪烁体综合性能的优化。对混合溶剂的最佳配比进行了探究,以光产额、衰减长度和化学活性为参考依据,发现20%PC-80%LAB的混合溶剂综合性能较好。分别采用2,5-二苯基恶唑(2,5-Diphenyloxazole,PPO)和1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯(1,4-bis(2-Methylstyryl)benzene,bis-MSB)作为第一闪烁体和移波剂。对最佳的液体闪烁体配方进行了探究,并以之为研究对象进行了光产额、衰减长度、衰减时间以及和有机玻璃材料的兼容性测试。在这个工作的基础上,本文采用直接溶解法和溶剂萃取法两种方法对制备出的新型液体闪烁体进行了钆的掺杂,并对两种方法制备出的掺钆液体闪烁体进行了性能的比较。
  光产额是液体闪烁体非常重要的一项性能,光产额越高,液体闪烁体探测的能量分辨率就越高。因此,为了进一步地提高液体闪烁体的光产额,本文还设计合成了一种新型的移波剂,并与传统的移波剂bis-MSB进行了光学性能的比较,发现新型移波剂具有更高的光产额。为了深入研究移波剂发光过程中电荷的激发特性,本文还采用密度泛函理论对其进行了理论计算,以紫外吸收和荧光发射为依据,对适合的计算方法进行了筛选,对前线分子轨道能量带隙进行了计算,利用Multiwfn3.3.5的自然原子轨道法对新型移波剂和bis-MSB中甲氧基和甲基前线轨道的组分进行了分析。
[硕士论文] 张亚军
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着宽带无线通信技术的飞速发展,各种电子信号的信号频率范围越来越髙,载波传输频率也越来越髙,突发性和复杂性也在增加。基于传统频谱分析技术的测试设备已经难以应对高带宽、髙精度、实时性、多突发等检测挑战。本文基于全数字中频处理技术,设计并实现了一种具有髙带宽信号采样,实时数据处理的数字中频处理模块。
  论文首先论述了全数字中频处理技术,分析并探讨了宽带信号采样定理、数字下变频技术、重载系数匹配滤波器设计,重叠帧技术、快速傅里叶变换理论等。在此基础上,结合设计指标要求,设计了应用于实时频谱分析与调制域处理的中频处理模块。
  1.关于模拟信号高速采样模块,包括采样时钟逻辑设计、抗混叠滤波器设计和ADC采样数据接收逻辑设计。首先基于带通采样定理设计一种带通滤波器,然后在FPGA内部对ADC采样时钟进行配置,并对数字化的中频信号进行接收、处理与传递。
  2.针对不同信号测试需求,基于数字下变频技术,实现把信号从中频搬到零频;基于滤波降采样技术,在保证数据不失真的前提下,设计了具有可变抽取率的抽取滤波结构,获得满足不同分析带宽的多速率信号。
  3.双FIFO帧重叠方法。重叠帧技术是实时频谱分析中的关键技术之一,论文设计了基于双FIFO的固定重叠率重叠方法。基带信号经过加窗,即与时域窗函数系数相乘,以数据帧的格式送到实时FFT中进行频谱分析处理。
  4.幅相计算逻辑设计。实时FFT处理技术是实时频谱分析的核心技术,论文首先介绍了快速傅里叶变换理论,设计并采用FFT流水线结构,实现对数据实时处理,利用CORDIC算法得到信号的幅相信息。
  5.根据项目设计要求,本文设计了可重载系数的匹配滤波器,对调制信号进行抽取、匹配滤波,使信道信噪比最大化,实现对信号的调制域预处理。
  在MODELSIM逻辑功能仿真基础上,论文对上述设计的各个部分进行了硬件平台功能测试,对理论值和实际值进行对比分析,验证了所设计的宽带频谱分析中频处理模块以及匹配滤波器模块的各个功能基本满足指标需求。
[博士论文] Mohamed Selemani Mazunga
核科学与技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:长中子计数器具有较好的平坦中子注量能量响应,它作为一个中子计量传递仪表被广泛应用到各个中子辐射场的中子注量率监测。长中子计数器的探头是由慢化体和热中了灵敏的3He或BF3计数器组成,它具有探测效率高,抗Υ射线能力强和测量长期稳定的特点。现行的长中子计数器在入射中子能量高于5MeV时,探测器的注量能量响应快速下降,主要是由于3He的(n,p)核反应截面或BF3的(n,α)核反应截面随着能量的增加而下降引起的。这样导致长中子计数器不适用于能量大于几个MeV的辐射场的监测。另外一个问题是如果采用的慢化体太大,当重量超过50kg时就不便于携带。
  本论文针对以上的问题,研究的目的是改善高能中子的能量响应函数,并且考虑长中子计数器具有可携带性。为了改善探测器的响应函数,基于原始的设计,做了几种研究变化,即采用了中子能量补偿技术,解决高能响应不理想的问题,设计了三种类型的长中子计数器。
  其一是设计了一种拓宽高能中子应用范围的长中子计数器,即拓宽型长中子计数器。该技术是在慢化体衬有Pb和Cr金属材料,基于金属(n,xn)的增值核反应,提高高能中子的响应,对低能中子在热中子计数器前衬有小块圆柱形聚乙烯材料,使中子能量在几个keV到150MeV范围内具有平坦的响应函数,拓宽型长中子计数器可以应用到高能中子源的中子注量测量。
  其二是设计了一个小型长中子计数器,即在慢化体内插入1.5cm厚的Cr层,探头的慢化体可以缩小到Φ15×35cm,但中子能量范围缩减在几个keV到20MeV内具有平坦的响应函数,这样探测头设计具有可携带性。
  其三是设计了一个改善型长中子计数器,即在慢化体内插入W材料,中子能量在几个keV到20MeV范围内具有平坦的响应函数。为了掌握探头的角响应,分别计算了入射能量为1keV、1MeV和14MeV角响应影响,结果表明,散射对长中子计数器影响不大。
  为了验证设计的可行性,基于以上的三种研究成果,以拓宽型长中子计数器为基础,研制了一款称之为FDS-LC的长中子计数器。该计数器采用的是BF3正比计数管,通过实验的测试,结果表明,计算结果与实验结果一致性小于7.8%。FDS-LC将作为标准的计量传递仪表,用于HINEG的注量率或源强监测。本论文的创新性归纳起来如下:
  (1)在理解长中子计数器的测量原理基础上,对中子注量能量补偿性原理进行了系统性研究,根据高原子序数材料的(n,xn)反应阈值不同,提出了采用多种高原子序数材料组合式探头设计,以适用于不同中子参考辐射场的测量需求。
  (2)重点研究了以W、Pb和Cr等金属补偿优化方法,实现了高能中子响应的增加,改进了现行长中子计数器的设计,为中子计量传递提供了保证,具有重要的应用推广价值。
  (3)论文提出的能量补偿技术,根据不同中子辐射场的需求,模拟计算了三种类型的长中子计数器及部分实验测试。结果表明,设计的长中子计数器可以为中子计量传递及溯源提供科学依据。
[硕士论文] 王杨
电子信息材料与元器件 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,关于β-Ga2O3日盲紫外探测技术的研究发展迅猛。β-Ga2O3的禁带宽度为4.9eV,具有高的透光率、化学稳定性好、机械强度高等特点,是一种很好的日盲紫外敏感材料。由于金-半-金(Metal-Semiconductor-Metal,简写为MSM)型器件具有制备简单、响应度高以及与CMOS良好的工艺兼容性等优点,故本论文以MSM为器件基本结构,采用分子束外延技术生长了β-Ga2O3薄膜,并制备了日盲紫外探测器。论文具体内容如下:
  论文首先研究了金-半接触特性对器件性能的影响,对比研究了Ti/Au电极与Au电极对器件性能的影响,在未对电极进行退火处理的情况下,与采用Au电极的器件相比,采用Ti/Au电极的器件性能更优,为此,论文选用Ti/Au作为金属电极材料制备氧化镓 MSM日盲紫外探测器。在此基础上,为了探索金-半界面特性对器件性能的影响,论文进一步研究了电极的快速退火处理对氧化镓MSM器件性能的影响,并探讨了其影响机制。论文分别在400℃、500℃、600℃、700℃下对Ti/Au电极进行快速退火处理,测试了退火后器件的I-V特性、时间响应特性,并利用二次离子质谱(SIMS)和X射线光电子能谱(XPS)技术分析了界面微观特性。研究结果表明:经快速退火后,Ti原子扩散进入氧化镓表层与O结合生成TiO2,一方面,降低了界面的金-半接触势垒高度,另一方面,也导致界面附近氧化镓薄膜中产生了更高浓度的氧空位,提高界面势垒处的载流子浓度,使器件的光电流和暗电流都随着电极退火温度的升高而增大,从而提高了器件的光响应度。然而,也正是因为界面氧空位浓度的增加,由于氧空位对电子的陷阱效应,导致了器件更加严重的持续光电导效应(persistent photo-conductivity,简写为PPC),器件响应速度变差。
  在金-半接触特性研究基础上,为了提高器件的光响应度,论文研究了掺In氧化镓薄膜(InxGa1-x)2O3的光电性能。为此,论文首先探索了薄膜的掺铟量与In源温度的关系,并利用EDS、AFM、XPS、紫外可见光谱等来表征薄膜的性质。EDS测试结果显示:当基片温度固定为760℃时,In源温度为700℃时,In源含量为11.5%,这说明:可以通过控制In源温度对(InxGa1-x)2O3薄膜中的In含量进行有效调控。为了研究不同In源温度所制备(InxGa1-x)2O3薄膜的性质,论文研究了其MSM光电导器件的I-V特性、时间响应特性以及紫外光谱响应,测试结果显示:当In源温度低于600℃时,器件性能未发生显著变化,当In源温度为650℃时,器件的性能明显改善,但当In源温度为700℃时,器件综合性能反而变差,暗电流为9.8mA,光电流为10.3mA,虽然响应度达到7.1×104A/W,但光暗电流比仅为1。AFM分析结果显示:当In源温度为700℃时,薄膜表面出现凸起的类似球状物形貌;经XPS分析得知薄膜表面In析出形成In2O3相,这表明:(InxGa1-x)2O3薄膜存在严重的晶相分离,从而导致器件性能变差。
  由于In的高挥发性,薄膜中的In含量不仅与In源温度有关,而且受基片温度影响,为了减弱薄膜的晶相分离程度,论文通过大量实验对基片温度和In源温度进行优化,优化的基片温度和In源温度分别为560℃和600℃,利用此条件下生长的(InxGa1-x)2O3薄膜所研制MSM探测器综合性能较好,暗电流为424pA,光电流为1.06μA,光暗电流比为2.5×103,响应度为73.6A/W,展现出了较好的日盲紫外光电探测的器件性能。
[博士论文] Muhammad Abdul Wasaye
核科学与技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:Monte Carlo simulation has been widely used in particle transport theory.Theaccuracy of Monte Carlo simulation of particle transport depends on the accuracy ofphysical processes used in the simulation.Previously some efforts have been done touse accurate and efficient methods to describe the Monte Carlo simulation of electrontransport in general purpose electron transport codes but still there is need to improvethe efficiency and accuracy of physical models used in Monte Carlo electron transportcodes.In Monte Carlo simulation of electron transport, electron bremsstrahlung andmultiple elastic scattering are the most time consuming and complicated phenomena.Therefore, in this work, accurate and efficient methods for electron bremsstrahlung andmultiple scattering have been developed and implemented in a general purpose MonteCarlo Program for Nuclear and Radiation Simulation called SuperMC.Focusing onthese aspects the main research and innovative work of this dissertation are followings.
  Firstly, a fast and accurate algorithm for the Monte Carlo simulation of electronbremsstrahlung based on SuperMC has been developed.Efficient and accurate methodshave been used by which the angular distribution and energy of emitted bremsstrahlungphotons are sampled.A discussion of the sampling efficiency and accuracy of this newly developed algorithm is given.Photon energy is sampled according to scaled energyloss differential cross sections (DCSs) tabulated by Seltzer and Berger (1983).A novelhybrid model for photon angular distribution by low as well as high energy incidentelectrons has been developed.The model uses Tsai full form of angular distributionfunction with atomic form factors for high energy incident electrons, while for electrons with kinetic energy less than 500 keV, a simple, efficient and accurate analyticaldistribution function has been proposed.The later uses adjustable parameters determined from the fitting of numerical values of the shape functions tabulated by Kisselet al.(1983).The efficiency of sampling photon energy is at least 80%.Our angularsampling algorithm for high energy electron bremsstrahlung based on Tsai distributionfunction is more efficient (sampling efficiency at least 70%) in the useful photon energyrange than the sampling technique proposed by Alex F.Bielajew et al.(1989)
  Secondly, an efficient and accurate model has been developed based onGoudsmit-Saunderson theory of multiple elastic scattering for angular distribution of electrons andpositrons.Differential cross sections of electrons and positrons by neutral atoms havebeen calculated by using Dirac partial wave program ELSEPA.The Legendre coefficients are accurately computed by using Gauss-Legendre integration method.Finally, a novel hybrid method which combines rejection sampling and fitting function forsampling angular distribution has been developed.The model uses efficient rejection
  sampling method for low energy electrons (< 500 keV) and larger path lengths (103mean free paths).For small path lengths, a simple, efficient and accurate analytical distribution function has been proposed.The later uses adjustable parameters determinedfrom the fitting of Goudsmith-Saunderson angular distribution.The efficiency of rejection sampling algorithm is at least 50% for electron kinetic energies less than 500 keVand longer path lengths (> 500 mean free paths).Monte Carlo Simulation results are
  then compared with measured angular distributions of Ross et.al (2008).Comparisonshows that our results are in good agreement with experimental measurements.
  The results showed that the proposed algorithm provides accurate and efficient methods for sampling energy and direction of bremsstrahlung photons and angulardistribution of multiple scattering.Hybrid model provides very accurate treatment ofbremsstrahlung photon angular distribution by low as well as high energy incident electrons.It is worth mentioning that the approaches used for sampling energy and directionof bremsstrahlung photons and angular distribution of multiple scattering can be usedfor a wide range of incident electron energies and materials and hence suitable for general purpose Monte Carlo simulations.
  Keywords: Monte Carlo; Electron transport; SuperMC; Bremsstrahlung; Differentialcross section; Multiple scattering
[硕士论文] 张俊
电子与通信工程 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:高功率微波(High Power Microwave,HPM)成为新时期发展的新型科技热点受到越来越多关注,无论是在军用上还是民用上都具有巨大的前景。军事方面,HPM武器作为新时代电子战的大杀器,在现代电子战中占有举足轻重的作用,已成为在电子战中对敌方电子指挥系统进行不可恢复损伤打击的新型概念武器;民用方面HPM源可用于远距离无中继站设备服务如远距离定位等。本文围绕高功率接收天线、高功率电磁屏蔽及高功率多路接收机的辐射源目标定位等方面进行了深入研究与实测;此文研究、仿真、加工并测试了基于高功率的无源浪涌防护器件测试夹具及多频带螺旋收发天线。主要工作如下:
  1、HPM检测系统及屏蔽性能研究。针对高功率脉冲信号特性设计最优接收电小天线,以满足传输系统最大下行功率要求;基于等效传输线理论和数值仿真,定量对比分析开有孔缝形式的腔体屏蔽效能,实现最优屏蔽效果;完成多路HPM检测系统信号一致性测试,以用于后续对有用信号提取;此外,研究设计了一款高功率浪涌防护器件的测试夹具,结合等效电路理论分析了渐变位置处的电容电感效应,并采取轴向错位法提高了脉冲信号在夹具内传输性能。
  2、基于HPM无源定位算法研究。基于传统四站时差三维定位算法,通过对几何稀释精度来定量误差分析,并提出多种改进型算法消除定位模糊、提高定位精度。通过对多路检测系统接收到的HPM信号实现对HPM信号源的精确定位。
  3、基于电磁带隙结构多带收发天线设计。通过周期单元结构局部自谐振、互谐振使得超宽带螺旋天线成为多带可调天线(中心频点依次为2.4GHz及其二次谐波,三次谐波处),同时,EBG结构的同相反射特性能够实现低剖面定向辐射效果,较无背腔结构时天线增益提高了4dBi左右。这为多频带天线的设计提供了新的理论指导。
[硕士论文] 梁益珩
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:作为电子测量基本仪器的一种,频谱分析仪在国防电子、无线监测、RFID以及民用通信测量领域有着广泛的应用。近年来,随着射频技术的高速发展,传统的频谱分析仪的局限性愈加明显,实时频谱分析仪应运而生。得益于强大的数据处理能力和多样化的图形显示功能,实时频谱分析仪可以应对诸多随时间变化的射频信号测量的挑战。
  论文在实时频谱分析系统的架构基础上,面向现代宽带通信信号的测试提出了软件实现多种调制信号的高精度解调流程。同时论文对实时频谱分析仪多种图形显示技术进行研究,扩展了原先仪器单幅图、二维的信号显示方法,使仪器能够在多域上对被测信号特征变化过程进行检测和分析。论文主要成果如下:
  1、针对实时频谱分析系统高速化的特点,采用PLX公司提供的软件开发包对基于PCI Express DMA的上位机传输驱动软件进行了设计,解决了传统仪器数据传输接口速度慢的问题,实现了数据的稳定和高速的传输,为软件的实时显示和连续数据处理提供了保障。
  2、为实现对16QAM、M-PSK、M-APSK通信信号的多域分析,论文通过幅值平方算法、CMA自适应均衡算法和改进的双模载波恢复算法对被测信号进行连续处理,消除了定时误差、信道失真以及频率、相位偏差,实现对被测信号的高精度解调分析,并经过了仿真验证和实际测试。
  3、面对信号的强突发性和瞬变性,论文紧密结合国内外仪器显示技术的发展研究了包括数字余辉、三维频谱密度、光谱图和三维瀑布图的几种波形显示技术。通过Windows底层图形显示驱动技术,将数据进行压缩并设置颜色等级,生动直观地区分信号一段时间内的变化细节,提高了实时频谱分析仪的实用性。
  4、结合实时频谱分析仪的多窗口联合测试特性,论文对底层绘图库的窗口子类化和多窗口动态布局技术进行了探讨,并通过该技术实现了对实时频谱分析软件的底层窗口子控件的封装和多测试窗口的布局。同时,论文对调制域分析中的眼图显示技术和大数据量符号表显示技术进行了研究,为实时频谱分析仪的数字调制分析提供了工具和手段。
  本论文最终完成了整个数据处理和图形显示模块的设计,并在实时频谱分析仪硬件平台上进行了实际测试验证,实现了主要功能和测试指标。
[硕士论文] 刘翎箭
核科学与技术 南华大学 2017(学位年度)
摘要:随着核能的大力发展,环境辐射监测越来越受到重视。γ射线探测作为一种重要辐射监测技术,在辐射防护、核医学及核技术应用领域有着重大意义。而闪烁体探测器则是探测γ射线最常用的检测器件之一。为扩大闪烁体探测器的应用范围,对闪烁体探测器中耦合晶体的光电器件提出了新的要求。比如紧凑的结构、低的功耗、大的机械强度、极低的噪声以及对磁场不敏感等,相比于硅二极管、光电倍增管,硅光电倍增管更满足这些条件。硅光电倍增管是近年来兴起的一种由大量工作在盖革模式下的雪崩二极管集成的新型光子探测器。具有体积小,工作电压低,对磁场不敏感,单光子分辨能力强等优点。本工作应对上述要求建立了一套基于硅光电倍增管的γ闪烁谱仪系统,对硅光电倍增管耦合不同闪烁晶体探测γ射线进行了详细的研究。
  本文利用蒙特卡罗软件Geant4构建了探测模块几何结构,定义了相关的物理过程,对LaBr3:10%Ce3+,NaI(TI)闪烁晶体耦合SiPM测量γ射线能谱进行了细致的模拟,计算结果以Tree数据模型的形式保存在Root文件中。作为一种有效的粒子输运模拟方法,蒙特卡罗方法存在着计算机时较长的不足,为此本文研究了重要性采样这种减小方差技巧在γ射线监测模拟计算中的应用效果。本文设计了硅光电倍增管的前置适配电路,经电路结构及元器件参数优化有较好的响应输出。数字化谱仪采用插件式能谱仪进行信号的滤波整形及采集处理。对152Eu,137Cs标准源在多种实验环境下的γ能谱特性响应进行测量研究。实验结果与修正后的模拟结果相符合,验证了封装闪烁晶体的材料及晶体本身光学参数在模拟程序中设置的可靠性与合理性。并与传统光电倍增管为光电器件的闪烁体探测装置进行对比,对谱仪温度响应、磁场特性、抗辐照、探测效率、能量线性及能量分辨率等性能指标重点进行了讨论。该套系统结构紧凑、功耗低、不受环境磁场影响、测量γ射线能量分辨率较好、适用于便携式、狭小空间固定式仪表应用。
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