[发明专利]采用粒子事件读出方式的数字化反康普顿能谱测量系统

说明书

本发明属于反康普顿能谱测量技术领域，具体涉及采用粒子事件读出方式的数字化反康普顿能谱测量系统，包括依次连接的反康普顿探测器阵列、探测器信号模拟预处理电路、粒子模式数字脉冲处理器、上位机。本发明实现离线测量过程重现与多模式数据分析的问题；基于粒子事件读出方式的数字脉冲处理器，采用时间戳的数字反符合判别器，实现了符合时间谱测量功能和粒子事件可视化读出功能；实现了反康普顿测量过程离线重现功能。

技术领域

本发明属于反康普顿能谱测量技术领域，具体涉及采用粒子事件读出方式的数字化反康普顿能谱测量系统。

背景技术

反康普顿能谱测量系统已在环境保护、地质勘探、医疗卫生、国防军工等领域得到了广泛的应用，因此如何实现低本底反康普顿能谱测量、保证测量结果的真实性与可靠性、真是成为核仪器技术领域研究的热点，低本底反康HPGeγ谱仪正是这一技术的应用结果。

入射γ射线与探测器晶体作用时可发生康普顿散射，若散射光子逃逸出晶体则入射γ射线只有部分能量沉积在探测器中，形成康普顿坪，同时降低了全能峰的效率。在低水平放射性核素的能谱测量中，康普顿本底的统计涨落提高了位于康普顿坪上的全能峰的最小可探测活度，因此需要设计相应的反康普顿能谱仪。

当前，通用的反康普顿能谱测量系统主要由1个主探测器和若干个反康普顿探测器组成，上述系统中的反康普顿探测器通常基于模拟电路构成延迟和门控发生器，为主探测器提供反符合测量的门控信号，从而获得反康谱顿γ能谱。

传统的基于硬件反符合测量原理实现的反康测量系统只能以谱线方式输出测量结果，无法准确获知每次符合事件的发生时间，无法完整记录康普顿散射过程，无法实现粒子信息可视化测量，无法完整保存康普顿散射粒子事件信息，无法排除突发异常对输出结果干扰，无法实现测量过程离线条件多模式重现的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供采用粒子事件读出方式的数字化反康普顿能谱测量系统，解决了传统的基于硬件反符合测量原理实现的反康测量系统存在的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

采用粒子事件读出方式的数字化反康普顿能谱测量系统，包括依次连接的反康普顿探测器阵列、探测器信号模拟预处理电路、粒子模式数字脉冲处理器、上位机；

所述的反康普顿探测器阵列，包括高纯锗主探测器即HPGe探测器、符合探测器即NaI探测器，所述的符合探测器包括环形符合探测器和塞子符合探测器；

所述的探测器信号模拟预处理电路，包括符合探测器预处理电路和主探测器预处理电路；所述的符合探测器预处理电路包括依次连接的七路独立的PMT前置放大器、七路低噪声信号放大器、七路定时甄别器；所述的主探测器信号调理电路包括相互连接的高纯锗模拟信号前端处理电路和高速ADC转换电路；所述的七路独立的PMT前置放大器与反康普顿探测器阵列的符合探测器连接；高纯锗模拟信号前端处理电路与高纯锗主探测器连接；

所述的粒子模式数字脉冲处理器即FPGA，主要包括七路符合探测器时间信息提取模块、高纯锗能量时间信息提取模块、粒子事例数据包处理模块、时间戳发生器和基于以太网和USB3.0的高速数据通信接口；所述的七路符合探测器时间信息提取模块、粒子事例数据包处理模块、高速数据通信接口依次连接，时间戳发生器分别与七路符合探测器时间信息提取模块、高纯锗能量时间信息提取模块连接；高纯锗能量时间信息提取模块还与粒子事例数据包处理模块连接；

上位机主要包括参数配置模块、粒子事件信息接收模块、符合/反符合测量模块、谱线显示模块；上位机与粒子模式数字脉冲处理器的高速数据通信接口连接。

具体的，所述的反康普顿探测器阵列中，环形符合探测器包围在最外侧，内部依次为塞子符合探测器、高纯锗主探测器，高纯锗主探测器输出1路主探测器信号；环形符合探测器出光面与6个光电倍增管耦合，输出6路符合探测器信号，塞子符合探测器的出光面与1个光电倍增管耦合，输出1路信号符。