基于CLYC探测器的高速核信号采集系统设计

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近年来,一种新的无机闪烁体材料Cs2Li YCl6:Ce(CLYC)被开发出来。它能够同时与伽马射线和中子发生相互作用,但二者的输出信号形状不同。通过输出信号的形状差异甄别入射粒子类型,使CLYC闪烁体具备了同时探测中子和伽马射线的能力。利用CLYC的n/γ双射线探测能力和较高的伽马射线能量分辨率,用于n/γ混合辐射场的测量,可以简化探测系统,提升便携性。目前国内对CLYC探测器的研究还处于起步阶段,常利用高采样率示波器采集CLYC探测器信号后再进行数据分析处理,该方式存在操作复杂、耗时长等缺陷。为此,本文设计了基于FPGA的高速双通道核信号采集系统。通过高速采样获得完整的信号波形数据,结合波形甄别算法甄别n/γ信号。在Am-Be中子源辐射场中开展了系统测试工作。本文所取得的研究成果如下:1、本文针对CLYC晶体和光电倍增管(PMT)组成的探测器前端设计了电流灵敏前置放大器,将PMT输出的电流脉冲信号放大,确保了探测器输出的核信号能稳定地传输到后端采集电路。2、本文根据核信号上升沿时间短、信噪比要求高的特点进行了高速双通道核信号采集系统设计。本文设计的高速双通道采集系统的电路噪声水平低,核信号识别算法能够在FPGA中准确识别核信号,并且保存了完整的核信号数据,核信号数据包能稳定传输到上位机。3、用CLYC探测器测量Am-Be中子源,用本文设计的高速双通道核信号采集系统采集探测器输出的核信号。使用电荷比较法分别对100MSPS通道、500MSPS通道采集的信号进行脉冲波形甄别(Pulse Shape Discrimination,PSD),其中100MSPS通道的n/γ信号甄别质量因子(Figure of Merit,Fo M)值为1.59,而500MSPS通道Fo M值为2.12。结果表明,两个采集通道都能实现CLYC探测器的n/γ信号甄别,500MSPS采集通道能够达到更好的甄别效果。
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