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碲锌镉探测器的数字核信号处理系统设计
  • ISSN号:0253-3219
  • 期刊名称:《核技术》
  • 时间:0
  • 分类:TL82[核科学技术—核技术及应用]
  • 作者机构:[1]成都理工大学地学核技术重点实验室,成都610051, [2]西北工业大学航空学院,西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金(N0.41474150)、国家863计划项目(No.2012AA061803)、地学核技术四川省重点实验室开放基金(No.gnzds2014006)
中文摘要:

设计了完整的碲锌镉(CdZnTe, CZT)探测器数字核信号处理系统,包含了低功耗偏压电源、低噪声电荷灵敏放大器、数字梯形多道脉冲幅度分析器及数字上升时间甄别器。在考虑探测器与后端数字多道优化匹配前提下设计了低噪声电荷灵敏放大器;数字多道脉冲幅度分析器(Digital Multi-Channel Pulse Height Analyzer, DMCA)通过高速模数转换器将模拟核信号离散化后,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)中实现数字核脉冲信号处理;FPGA芯片中以快慢双通道梯形成形器为核心,针对碲锌镉探测器空穴收集不完全的问题,设计了数字上升时间甄别模块,有效消除了空穴拖尾效应,显著提升碲锌镉探测器的能量分辨率。从实验结果可知,针对西北工业大学提供的4 mmx4 mmx2 mm 的准半球结构碲锌镉探测器对241Am的分辨率最佳可达3.6%,对137Cs的分辨率可达0.96%。

英文摘要:

Background:CdZnTe (CZT) detector has excellent detection efficiency and resolution toward gamma ray at room temperature. It is a beneficial supplement to HPGe and scintillator detectors. Digital multi-channel analyzer (DMCA) plays significant role for high resolution spectrometer of CZT.Purpose: This study aims to overcome the effect of “hole tailing” for CZT detector by implementing digital nuclear signal processing system. Methods: A low noise charge sensitive amplifier is designed by considering optimal matching of detector and digital multi-channel analyzer. High speed analog-digital converter transforms the analog signal to discrete digital sequence signal. Digitized signals are processed by Field Programmable Gate Array (FPGA) chip in the DMCA. In this FPGA chip, fast-slow dual channel trapezoidal shaper and digital rise time discriminator are designed to overcome the problem of charge trapping of CZT detector. Digital rise time discriminator could eliminate the effect of “hole tailing” and improve the energy resolution of CZT detector.Results:For the 4mmx4mmx2.5mm capture plus structure of CZT detectors offered by Northwestern Polytechnical University, the best resolution is up to 3.6% for241Am source, and up to 0.96% for137Cs source.Conclusion:The optimal matching of each unit circuit in the whole digital nuclear signal processing system could improve the energy resolution for CZT detecting system. Digital multi-channel analyzer with rising time discriminator has significant advantage for CZT detecting system.

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期刊信息
  • 《核技术》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院上海应用物理研究所 中国核学会
  • 主编:朱德彰
  • 地址:上海800-204信箱
  • 邮编:201800
  • 邮箱:LHB@sinap.ac.cn
  • 电话:
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-3219
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1342/TL
  • 邮发代号:4-243
  • 获奖情况:
  • 2000年中科院优秀期刊奖,中国中文核心期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:7912