【摘要】：實際核脈沖信號的產(chǎn)生必須借助于探測器和放射源。而在實際情況中,有些探測器過于昂貴,經(jīng)費很難支撐其購買。還有放射源的使用往往受到場地等的限制,而且有些實驗使用的放射源對實驗者的身體健康帶來很大的影響。因此尋找一種產(chǎn)生核脈沖信號的方法和技術(shù)來替代探測器和放射源的使用是十分必要的。為了避免購買昂貴的探測器和放射源對人體的傷害,本文提出了一種可以仿真不同類型探測器和放射源的蒙特卡洛虛擬探測器,此虛擬探測器由蒙特卡洛方法模擬仿真射線與虛擬探測器作用的物理過程,產(chǎn)生具有物理意義的核脈沖信號的幅度信息。本文先闡述了核事件本身因其隨機(jī)性而在探測上表現(xiàn)的統(tǒng)計漲落,即核脈沖信號在時間上呈泊松分布,在幅度上服從高斯分布,信號形狀滿足指數(shù)模型。這為虛擬探測器的研究奠定了理論實踐基礎(chǔ)。然后在闡述了本文研制的蒙特卡洛虛擬探測器由上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)2部分組成,上位機(jī)系統(tǒng)主要包括Qt界面、蒙特卡洛模擬及Qt界面對蒙特卡洛Geant4程序修改、調(diào)用和運行的方法,此上位機(jī)系統(tǒng)可以對各種探測器進(jìn)行選擇,并能修改相關(guān)探測器、放射源和屏蔽體的參數(shù)。能產(chǎn)生核數(shù)字脈沖信號并通過USB串口傳遞到硬件系統(tǒng)部分。此上位機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶對時間間隔不同的需求,設(shè)計了三種模式的時間間隔,即時間間隔為0、時間間隔固定,時間間隔參數(shù)用戶自己設(shè)定和時間間隔服從指數(shù)分布(時間上呈泊松分布)。此外,它還提供了一些簡單的常規(guī)脈沖信號產(chǎn)生模塊,比如正余弦、方波、三角波等脈沖信號。下位機(jī)系統(tǒng)主要由USB串口通信電路、電源、FPGA芯片及其支撐電路和數(shù)據(jù)處理程序、DAC、低通濾波器等組成。在本文中以NaI(Tl)探測器為例來說明蒙特卡洛虛擬探測器的研制。然后在示波器上對其產(chǎn)生的核脈沖信號進(jìn)行了幅度、形狀和3種時間間隔的分析。對幅度分析結(jié)果表明蒙特卡洛虛擬探測器產(chǎn)生的核脈沖信號幅度跟其射線能量之間存在線性關(guān)系,從而說明蒙特卡洛模擬獲取到的能譜服從什么分布,則核脈沖信號的幅度也服從這樣的分布。對形狀分析結(jié)果說明時間常數(shù)越小,核脈沖信號下降越快和核脈沖信號寬度越窄,且形狀滿足指數(shù)模型。對3種時間間隔分析說明本文設(shè)計的蒙特卡洛虛擬探測器能基本實現(xiàn)3種模式下核脈沖之間的時間間隔,即核脈沖信號無時間間隔、核脈沖信號之間的時間間隔固定和核脈沖信號之間的時間間隔服從指數(shù)分布。最后使用其產(chǎn)生的核脈沖信號對工作室研制的多道脈沖幅度分析器(MCA)進(jìn)行了線性度和能譜兩方面的測試,結(jié)果表明工作室研制的MCA性能良好,由此得出本文研制的蒙特卡洛虛擬探測器具有較好的線性度和能夠?qū)Χ嗟肋M(jìn)行線性度和能譜方面的測試,此外產(chǎn)生的核脈沖信號幅度不但能反映全能峰部分幅度信息(高斯分布),還能反映康普頓平臺和向后反散射峰等幅度信息,因此具有反映射線在實際探測器中與物質(zhì)發(fā)生各種相互作用的物理意義。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL81
【圖文】：

圖 1-1 蒙特卡洛虛擬探測器原理框圖容脈沖信號的產(chǎn)生必須借助于探測器和放射源。探測器過于昂貴，經(jīng)費很難支撐其購買。還有場地等的限制，而且有些實驗使用的放射源對很大的影響。因此尋找一種產(chǎn)生核脈沖信號的器和放射源的使用是十分必要的。為了避免購源對人體的傷害，本文提出了一種蒙特卡洛虛號，該核脈沖信號具有反映射線在實際探測器的物理意義。思路為：首先確定探測器類型，放射源類型， Q（t跨平臺的 C++圖形用戶界面庫）打開蒙特狀、材料、放射源能量和其位置等設(shè)置。然后后獲取到能量沉積并進(jìn)行高斯展寬，然后把展

測器系統(tǒng)由 4 部分組成（1）探測器（2）器（4）多道脈沖幅度分析器（MCA）。模擬探測器的輸出脈沖形狀，本文使用了，如圖 2-3（Belli F et al.,2008；Poenaru 1989）。探測器當(dāng)做電源，它的負(fù)載用集成測器和連接設(shè)備總的電阻。電容C代表著 G R, 2008；Knoll G F,1989）�；墓綄D 2-3 進(jìn)行描述（Nikl M，20τiitTiRCtTieuTeCQTut = *=()*()()初始電壓，即當(dāng) t=Ti時的輸出電壓；u(著時間t呈指數(shù)衰減；τ =RC代表著時間常知，核脈沖信號可以表示為指數(shù)信號，初始成正比，因此可以代表核脈沖信號幅度。來表示，時間常數(shù)τ 跟探測器類型和放射

圖 3-1 串口配置圖3.讀或?qū)懘�。讀或?qū)懘诔绦蛉缦拢篞ByteArray buf;buf = serial->readAll();quint64 fd= serial->write(buff,600);//寫串口4.關(guān)閉串口。關(guān)閉串口程序如下：serial->clear();serial->close();//關(guān)閉串口serial->deleteLater();以上模塊的程序繼承自 QSerialPort 串口類，而 QSerialPort 串口類繼承自QIODevice 類，圖 3-2 表示它們之間的關(guān)系示意圖。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2774636