基于特征峰匹配的核素识别算法的研究(3)
2.1 γ射线探测器
γ 能谱测量中，根据射线探测器能量分辨率的强弱,可以分为三大种类：低能量分辨率的无机闪烁探测器，其中最主要代表就是 NaI( Tl )探测器；中等能量分辨率的常温化合物半导体探测器，主要代表是 CZT 探测器；高能量分辨率的半导体探测器，典型代表是 HPGe 探测器。自从 1948 年能谱仪诞生后的半个多世纪内，NaI(Tl)闪烁探测器一直是 γ 射线和X 射线能谱探测中应用最广的探测器，其 662keV 处的能量分辨率为 8%左右，且能量线性较差、温度漂移显著，但其能量探测范围广、光输出额高，因此可用于一般单个核素的识别。加上加工操作不难、价格低廉的优势，NaI(Tl)探测器仍然是便携式 RID 仪器的重要选择。1970 年 HPGe 探测器研制成功。它可常温保存，但必须在液氮温度下工作。同轴型 HPGe 探测器的能量分辨率为 0.13%～0.15%（1.33MeV），具有超高能量分辨率和大有效体积，因此成为高性能测量领域中最常用的探测器。HPGe 探测器工作时需要笨重的液氮制冷设备，不适合于野外便携应用。近年来发展的机械(电)制冷技术，使 HPGe 在小型化的道路上迈出了一大步，但价格不便宜、体积不小、功耗限不低制了其在便携式系统中的应用。
CZT 探测器可在常温下使用，体积小，探测装置简单，特别适于便携式测量。其它半导体探测器以及 NaI 探测器相比，CZT 探测器的显著优点是兼有宽的禁带和低的电离能，这使它在常温下具有很好的能量分辨率，同时高的原子序数提高了光电峰的本征效率。随着 CZT 晶体制备技术的提高和方法的改进以及探测器电极的特殊设计，其性能和晶体的尺寸不断得到改善和提高。目前用于科学研究的 CZT 探测器能量分辨率（662keV）达到 1％，商用探测器能量分辨率达到 2％左右，已经明显优于 NaI 探测器。eV 公司最新的报道中 1cm×1cm×1cm 的 CZT 探测器能量分辨率达到了 1.3%，其能谱如图所示。
2.1 1cm3的 CZT （碲锌镉）探测器γ能谱图
但是 CZT 晶体始终无法突破体积的限制，目前最大的晶体也只有几个 cm3。小体积 CZT 探测器的效率随能量增高下降很快，当能量由 100keV 增加到 1MeV时，效率降低 100 倍。在便携式 RID 应用中，单独的 CZT 探测器还无法完全替代 NaI(Tl)探测器，一般采用 NaI(Tl)作为主探测器配以小体积 CZT 辅探测器的设计方案。在袖珍式仪器应用中，CZT 探测器已经成为首选。2000 年和 2001 年，Delft 大学陆续报道了两种新型的闪烁探测器 LaCl3(Ce)和 LaBr3(Ce)。该两种探测器具有闪烁输出高、能量分辨率好、闪烁响应快和能量线性一致的优点，它们的出现打破了以往能谱测量应用中 γ 射线探测器的格局。其中性能更优异的 LaBr3(Ce)在各项性能上均超过了 NaI(Tl)，并且在有效体积和能量分辨率的综合性能上超过了 CZT。LaBr3(Ce)和 NaI(Tl)、CZT 探测器的能谱对比如图所示：
2.2 CZT 和 LaBr3(Ce)（溴化镧：铈）探测器的能谱对比图，226Ra 能谱
目前法国的 Saint-Gobain 公司已经可以生产出商业用的大体积 LaCl3(Ce)和LaBr3
(Ce)探测器。LaBr3(Ce)是目前研究的热点，有望解决以往便携式式 RID仪器中能量分辨率、晶体有效体积和系统体积三者的矛盾。
2.2 数字化多道脉冲幅度分析器
多道脉冲幅度分析技术是核辐射能谱测量中最常用的方法。他的基本原理是：粒子入射到探测器的灵敏体积内产生电流脉冲信号，经过收集、成形电路处理后输出幅度与能量成线性关系的电压脉冲信号，再对脉冲幅度按能量进行分类得到输入粒子的能谱信息。
70 年代中期，用数字滤波器进行核信号处理的思想已被提出，认为数字与模拟多道系统的区别在于 ADC 所处的位置和其性能指标的不同：模拟多道系统中 ADC 位于信号流的最后阶段，而数字多道中ADC 在信号流的早期阶段就对脉冲波形进行连续采样；模拟多道系统对 ADC的 DNL 指标要求很高，而数字多道则要求 ADC 具备更快的转换速度。鉴于当时数字信号处理硬件的水平，数字化多道的理论和实现并未引起广泛关注。90 年代初高速高精度 ADC 的出现和 DSP、FPGA 等高性能数字信号处理器件的发展，使对核脉冲信号的数字处理具备了条件。95 年以后，Ortec、Canberra 等核仪器厂商陆续推出了数字多道产品，其性能已达到或超过了模拟多道系统。目前数字多道的研究包括两个主要方向：数字化信号处理方法的研究以及数字多道系统组成原理和实现的研究。
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