核電子學習題解答

-.z.習題解答第一章緒論1、核信息的獲取與處理主要包括哪些方面的？①時間測量。核信息出現(xiàn)的時間間隔是測定核粒子的壽命或飛行速度的根本參數(shù)，目前直接測量核信息出現(xiàn)的時間間隔已到達皮秒級。②核輻射強度測量。核輻射強度是指單位時間內(nèi)核信息出現(xiàn)的概率，對于低輻射強度的測量，要求測量儀器具有低的噪聲本底，否則核信息將淹沒于噪聲之中而無法測量。對于高輻射強度的測量，由于核信息十分密集，如果信號在測量儀器中堆積，有可能使一局部信號喪失而測量不到，因此要求儀器具有良好的抗信號堆積性能。對于待測核信息的輻射強度變化范圍很大的情況(如核試驗物理診斷**號強度變化范圍可達105倍)，如測量儀器的量程設(shè)置太小，高輻射強度的信號可能飽和；反之，如量程設(shè)置太大，低輻射強度的信號又測不到，因此對于這種場合的測量則要求測量儀器量程可自動變換。③能譜測量。輻射能譜上的特征是核能級躍遷及核同位素差異的重要標志，核能譜也是核輻射的根本測量內(nèi)容。準確的能譜測量要求儀器工作穩(wěn)定、能量分辨力到達幾個電子伏特，并具有抑制計數(shù)速率引起的峰位和能量分辨力變化等性能。④位置測量。根本粒子的徑跡及空間位置的準確測定是判別根本粒子的種類及其主要參數(shù)的重要手段。目前空間定位的精度可到達微米級。⑤波形測量。核信息波形的變化往往反映了*些核反響過程的變化，因此核信息波形的測量是研究核爆炸反響過程的重要手段，而該波形的測量往往是單次且快速(納秒至皮秒級)的。⑥圖像測量。核輻射信息的二維空間圖像測量是近年來開展起來的新技術(shù)。輻射圖像的測量方法可分為兩類：第一種是利用輻射源進展透視以攝取被測物體的圖像；第二種是利用被測目標體的自身輻射(如裂變反響產(chǎn)生的輻射)以反映目標體本身的圖像。圖像測量利用計算機對攝取的圖像信息進展處理與重建，以便更準確地反映實際和提高清晰度。CT技術(shù)就是這種處理方法的代表。2、抗輻射加固主要涉及哪些方面？抗輻射加固的研究重點最初是尋找能減弱核輻射效應(yīng)的屏蔽材料，后來在電路上采取*些抗輻射加固措施，然后逐漸將研究重點轉(zhuǎn)向?qū)ζ骷目馆椛浼庸獭?、核電子學的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括哪些方面？核電子可應(yīng)用于核與粒子物理根本研究、核輻射探測器電子學、核反響堆電子學、加速器電子學、同位素應(yīng)用儀表、核醫(yī)學電子儀器以及劑量測量儀器等。第二章核輻射探測器及其輸出信號1、簡述核電子學的根本測量過程。最根本的測量過程如下：2、簡述核輻射探測器輸出信號特點。核電子學信號的特點是隨機性〔時間、幅度〕、信號弱，但跨度大〔μV~幾十伏〕、速度快。3、簡述核輻射探測器的主要類型及其工作原理。氣體探測器它根據(jù)帶電粒子通過氣體時，引起氣體的電離來探測輻射粒子。早期這種探測器曾得到廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)點是制備簡單，性能可靠，本錢低廉，使用方便，因而目前仍在應(yīng)用。隨著探測器技術(shù)不斷開展，在高能物理和重粒子物理實驗中這種探測器已獲得新的應(yīng)用。閃爍探測器它根據(jù)射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的熒光現(xiàn)象來探測射線粒子。它比氣體探測器探測效率高得多，從而被廣泛使用，在不少儀器中閃爍探測器已取代了氣體探測器。半導體探測器這是二十世紀六十年代以來迅速開展起來的一種新型探測器。主要優(yōu)點是：能量分辨率高。線型范圍廣，體積小。是近年來開展極為迅速的一種核輻射探測器件。4、核輻射探測器的根本性能指標包括哪些？探測效率；靈敏度；靈敏度；輸出信號幅度和波形；能量分辨率；線性響應(yīng)；穩(wěn)定性5、畫出脈沖電離室、半導體探測器、閃爍探測器的等效電路。pp14-17第三章核電子學電路根底1、畫出矩形脈沖電壓作用下RC電路的脈沖響應(yīng)曲線。2、簡述微分電路與耦合電路的區(qū)別。3、畫出電流脈沖作用于RC并聯(lián)電路的輸出電壓波形。4、說明電容負載對微分電路輸出的影響。5、說明輸入脈沖邊沿對微分電路輸出的影響。第四章核電子學中的噪聲習題根據(jù)核探測器輸出信號的特點，說明核電子學與一般電子學的區(qū)別。核電子學中遇到的噪聲主要有哪幾類？產(chǎn)生的原因分別是什么？對于幅度分析和時間分析，哪些噪聲最重要？信噪比的定義。半導體探測器主要存在哪些噪聲源？閃爍探測器的噪聲主要來源是什么？為什么正比計數(shù)器在測量低能射線的能譜方面有獨特的優(yōu)點？結(jié)型場效應(yīng)管噪聲來源有哪些？表示系統(tǒng)噪聲性能有哪幾種方法？各有什么意義？輸入端的噪聲電壓是否就是等效電壓，為什么？設(shè)探測器反向電流ID=10-8A,后級電路頻寬為1MHz，計算散粒噪聲相應(yīng)的均方值和相對于ID計算常溫下(T=300K)5M?電阻上相應(yīng)的均方根噪聲電壓〔頻寬設(shè)為1MHz〕。解：求矩形脈沖通過低通濾波器，RC=T,RC=5T,RC=T/5的輸出波形及頻譜。能譜測量系統(tǒng)的噪聲為什么通常折合到前置放大器的輸入端去考慮？"噪聲線寬〞與"等效噪聲能量〞的關(guān)系如何？噪聲線寬FWHMNE=2.355ENE13、以下圖是兩個反響放大器，假設(shè)運放的開環(huán)增益A→∞，則兩者的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)均為100，現(xiàn)假設(shè)A=1000，試計算它們的閉環(huán)放大倍數(shù)。14、A為理想運放，A→∞，寫出以下電路輸出噪聲的表達式?！布僭O(shè)電路中電阻、電容無噪聲〕(1)(2)同上15、A為理想運放，A→∞，考慮電阻R1和R2的熱噪聲，分別寫出、以及R1、R2噪聲對輸出端噪聲的奉獻；又由于這四個噪聲源在統(tǒng)計上是獨立無關(guān)的，因此總的輸出噪聲的均方值為這四個噪聲均方值之和，請寫出。分別考慮電流、電壓噪聲、電阻熱噪聲的奉獻，應(yīng)用疊加原理；虛斷、虛短分析。16、假設(shè)電容C、電阻R1、R2沒有噪聲，試寫出如下電路輸出噪聲的表達式。17、畫出電阻熱噪聲的兩種表示〔電壓噪聲源和電流噪聲源〕及其等效電路?！车谖逭滦盘柵c噪聲的分析方法習題給出沖擊函數(shù)、階躍函數(shù)的定義及相互關(guān)系證明如下公式〔2〕(3)(4)(5)記(6)(7)即對于以下圖RC并聯(lián)電路，設(shè)輸入沖擊電流ii(t)=δ(t)，分別用時域法和頻域法求解系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)，證明它們是一對傅立葉變換。根據(jù)運用傅里葉變換的性質(zhì)求電容/電感的阻抗。電路圖如以下圖所示，其中R1=4KΩ，R2=1KΩ,C=1000pF，輸入信號vi(t)如以下圖所示，求輸出信號vo(t)。50100150vi(t)t(us)1v記t1=50us，t2=100us，t3=150us令則當時當時分析實際系統(tǒng)的頻域特性時常利用哪個函數(shù)作為輸入？為什么？解：δ函數(shù)，其頻譜為17、串聯(lián)的多級時不變線系統(tǒng)，在交換各級位置時具有什么特性？應(yīng)注意哪些問題？8、簡述坎貝爾定理9、表達拉斯變換的定義10、在電子學中，傅里葉變換和拉氏變換分別用于系統(tǒng)的何種分析？為什么？11、根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，請問什么情況下系統(tǒng)是穩(wěn)定的，什么情況下系統(tǒng)是不穩(wěn)定的？12、分析隨機過程常用的統(tǒng)計量包括哪些？13、描述噪聲的重要函數(shù)有哪些？分別給出什么信息？14、什么叫平穩(wěn)隨機過程？15、什么叫各態(tài)歷經(jīng)隨機過程？16、自相關(guān)函數(shù)及功率譜密度函數(shù)的定義17、寫出自相關(guān)函數(shù)的根本性質(zhì)18、寫出噪聲通過線性系統(tǒng)H(w)后，輸出噪聲功率譜密度及均方值與輸入噪聲功率譜之間的關(guān)系。并舉例說明。19、什么叫白噪聲？第六章前置放大器習題在核電子學中為什么通常要把放大器分成前置放大器和主放大器兩局部？前置放大器可分為哪幾類？分別適用于什么場合？簡述前置放大器的作用為什么電壓靈敏前置放大器一般只適用于穩(wěn)定性要求不高的低能量分辨率？為什么電荷靈敏前置放大器常用于高能量分辨率能譜儀系統(tǒng)？為何要附加反響電阻？為何電流靈敏前置放大器主要用于時間測量系統(tǒng)？電荷靈敏前置放大器噪聲包括哪些噪聲？寫出a,b,c噪聲的表達式。電荷靈敏前置放大器的電路有哪三個種類？阻容反響式電荷靈敏前放電路的特點?！矃⒁娊滩碾娐穲D〕低噪聲電荷靈敏前置放大器主要元件選擇原則脈沖光反響式電荷靈敏前置放大器工作原理漏反響電荷靈敏前置放大器工作原理電荷靈敏放大器的主要性能指標包括哪些？什么是零電容噪聲和噪聲斜率？前放輸出信號的上升時間tR0和哪些因素有關(guān)？噪聲的測量的方法有哪兩種？分別寫出兩種方法的測量步驟。畫出電壓靈敏前放的等效電路。為什么電壓靈敏前放穩(wěn)定性較差？電流靈敏前放可應(yīng)用于哪四個方面？為什么？簡述電流靈敏前放的根本要求。低噪聲電流靈敏前放有哪兩種實現(xiàn)方式？畫出電荷靈敏+成形網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖，分析其電流增益。畫出電壓電流變換器+成形網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖，分析其輸入阻抗。證明電荷靈敏前置放大器輸出幅度的穩(wěn)定性滿足如下關(guān)系(1)記(2)25、假設(shè)輸入電流為Q，利用復(fù)頻域分析法求如下電荷靈敏前置放大器的輸出電壓。,26、以下圖中(1)、〔2〕、〔3〕分別為電壓靈敏、電荷靈敏和電流靈敏前置放大器的原理圖。假設(shè)開場時所有電容器上的電壓均為零，輸入兩種探測器電流、波形如下圖的和。分別畫出兩種輸入情況下電路〔1〕、〔2〕的輸出電壓和〔3〕的輸出電流的波形。i(t)=Qδ(t)I(s)=QA=1T=20nsi(t)=同圖(a)(c)i(t)=Qδ(t)27、一個用于輻射測量的放大電路，第一級為電荷靈敏前置放大器，第二、三級是主放大器的前半局部電路。電流源代表鍺鋰Ge(Li)半導體探測器的輸出信號，77K時半導體鍺的平均電離能，被測輻射是1.3MeV的γ射線。假設(shè)信號來到之前Cf兩端電壓為零。〔1〕估計γ射線進入處于77K半導體探測器產(chǎn)生的電流脈沖的電荷量Q?！?〕定量畫出的波形。28、如下圖為電荷靈敏放大器的原理圖，運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A=5000，且與頻率無關(guān)。輸出脈沖幅度可表示為：。試問：A變化1%，VOM變化多少？Ci因探測器電容的變化而改變1%，VOM變化多少？(1)(2)29、設(shè)運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A有限，與頻率無關(guān)。請準確推導運放輸入、輸出波形和的表達式，注明其幅度和時間常數(shù)。根據(jù)米勒定理，原電路可等效為30、*電荷靈敏放大器的零電容噪聲為0.7KeV，噪聲斜率為0.03KeV/pF?，F(xiàn)有兩種探測器和它連用，兩種探測器的電容分別為10pF和150pF，試分別計算系統(tǒng)的總噪聲。C1=10pFC2=150pF31、如下圖的放大電路，跨導放大器輸入量為電壓，輸出為電流，跨導G=10mA/V；電路R、C參數(shù)如下圖，輸入電流沖擊?！?〕推導出波形的表達式，并確定其幅度和時間常數(shù)。〔2〕帶入電路參數(shù)，計算輸出電壓上升時間的數(shù)值〔〕?！?〕探測器電容變化而使Ci變化時，tR也隨之變化，電荷靈敏放大器的上升時間斜率這一技術(shù)指標定義為，單位是ns/pF，即輸入電容每增加1pF，輸出上升時間增加多少ns。試推導與電路參數(shù)的關(guān)系式〔設(shè)是Ci的微小變化〕，并計算出的數(shù)值。32、阻容〔Rf，Cf〕反響電荷靈敏放大器輸出電壓的變動范圍可用坎貝爾〔Campbell〕定理計算。假設(shè)每一個探測器電流脈沖的電荷量均為Q，單個脈沖輸出幅度，設(shè)，則探測器和前放間直接耦合的電荷靈敏放大器，其輸出電壓的變動范圍為，其中是輸出電壓的平均值：；是輸出電壓的均方根偏差〔標準偏差〕，。輸出電壓的變動范圍隨機不確定，99%的概率在范圍內(nèi)。對于探測器和前放間交流耦合的電荷靈敏放大器，輸出電壓的變化范圍為；現(xiàn)令，，，庫侖，試估算直接耦合和交流耦合電荷靈敏放大器的輸出電壓變動范圍。直流輸出電壓動態(tài)范圍交流輸出電壓動態(tài)范圍第七章譜儀放大器習題簡述濾波成形的含義。給出理論上最正確濾波器的頻率響應(yīng)并加以證明，并說明最正確濾波器輸出波形的特點。證明由白化濾波器和匹配濾波器構(gòu)成串聯(lián)濾波系統(tǒng)是最正確濾波系統(tǒng)。試分析CR-RC濾波器的最正確信噪比。用于幅度信息處理系統(tǒng)中的濾波成形電路需要滿足哪些方面的要求？試述極零相消的原理。說明彈道虧損的原因。峰堆積和尾堆積對輸出信號幅度會帶來什么樣的影響和譜形畸變"給定計算率n,峰持續(xù)時間tw，計算峰堆積的概率，并加以分析。在交流耦合系統(tǒng)中，雙極性輸入脈沖信號在什么條件下可以防止基線偏移和漲落？為什么？減少堆積影響的方法有哪些？(CR)-(RC)m和(CR)2-(RC)m濾波成形電路輸出信號波形的形狀和幅度的特點。單極性和雙極性成形各適用于什么情況下的測量？采用具有共扼復(fù)數(shù)極點的有源濾波器有何意義？有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別以及有源濾波器的特點。什么叫模擬展寬器？畫出模擬展寬器的原理圖及輸出波形；簡述模擬展寬器的技術(shù)指標;什么叫采樣保持器"什么叫基線恢復(fù)器"作用是什么"基線恢復(fù)器的種類有哪些"畫出無源和有源CD恢復(fù)器的原理圖;畫出無源和有源CDD基線恢復(fù)器的原理圖,并簡述其工作原理.使用基線恢復(fù)器應(yīng)注意哪些問題"第八章脈沖幅度分析器習題簡述脈沖幅度甄別器的功能；對于脈沖幅度甄別器，當輸入信號過窄時，即使幅度到達甄別閾，輸出脈沖也只能上升到不大的數(shù)值，因而不能被后級記錄下來。為什么？在核電子儀器中，常用哪種電路作為脈沖幅度甄別器？什么叫能譜曲線？簡述脈沖幅度甄別器的主要特性單道脈沖幅度甄別器的作用是什么？畫出單道脈沖幅度甄別器的原理圖。第九章時間信息的獲取和處理習題核電子學中的定時器由哪些局部組成？什么叫時間檢出電路什么叫符合測量什么叫波形甄別什么叫時間信息變換時間電路定時誤差的主要原因有哪些？時間游動的含義時間晃動的含義時間漂移的含義什么叫觸發(fā)比前沿定時的優(yōu)點和缺點什么叫過零定時過零定時電路的優(yōu)缺點恒比定時的概念及其特點什么叫ARC定時？試比擬前沿觸發(fā)、過零觸發(fā)、恒比觸發(fā)、ARC定時觸發(fā)的特點符合測量系統(tǒng)的最小分辨時間取決于哪些因素？脈沖波形甄別的方法有哪些？時間信息變換的方法有哪些？各有什么特點？第十