射线测量仪器概述及应用

从辐射探测器输出的信号经过放大以后，用各种电子学线路进行分析和记录。目前许多核辐射仪器采用了计算机进行数据的采集、分析和储存。由射线探测器、电子学仪器和控制与分析软件组成完整的射线测量仪器，如图7-16所示。

图7-16　射线测量仪器原理

直流高压电源（high voltage supply）供给探测器必需的高压或偏压，其稳定性是最重要的指标。

前置放大器（preamplifier）是安置在紧靠探头的放大器，其主要用途是对来自探测器的输出脉冲进行功率放大，以便将脉冲信号无衰减地输送到距离较远的主放大器中。此外，前置放大器的输入阻抗高，输出阻抗低，起着阻抗变换的作用。如果探测器产生的信号太小，前置放大器可适当进行电压放大。此外，它必须具有分辨时间短（＜1μS）、低噪声和强的抗干扰能力。

线性脉冲放大器（linear pulso amplifier）又称主放大器，是一种精密的脉冲电压放大器，其功能是对于输入的脉冲无畸变地放大同样的倍数。一个通用的线性脉冲放大器的放大倍数应该是在较宽的范围内可调，并能接受和输出“+”和“-”极性的信号。

单道脉冲幅度分析器（single channel analyzer，SCA）简称单道，它有一个上甄别器（阈VH）、一个下甄别器（阈VL），只有幅度超过甄别阈的脉冲才能通过该甄别器。从上、下甄别器输出的脉冲进入反符合电路，结果只有幅度V介于VL和VH之间的脉冲（如脉冲2）才被记录，幅度V＞VH（如脉冲1）或V＜VL。（如脉冲3）的脉冲都不被记录。V=VH-VL称为道宽，它是脉冲通过的“窗口”。如果固定道宽，令VL由0逐步增至Vmax，测定每一个VL值下通过“窗口”的脉冲数，就得到脉冲数目随脉冲幅度的分布，即脉冲幅度谱或能谱。

多道脉冲幅度分析器（multichannel analyzer，MCA）可以视为由许多单道并置而成，前一个的上甄别阈与后一个的下甄别阈重合，犹如在脉冲通过的路径上放置了许多的并置的“门”，脉冲依其幅度大小通过不同的“门”，这样就得到一张脉冲计数随“道数”或“道址”的分布，即脉冲幅度分布。若事先对仪器进行刻度，建立起道数与能量的关系，就成为一张能谱图。现代多道脉冲幅度分析器的道数可以是1024，2048，4096，8192，甚至16 384。道数目的选取应与探测器的能量分辨率相适应。

模拟－数字转换器（analog-to-digital converter，ADC）将线性脉冲放大器送来的模拟信号（即幅度可连续变化的信号）转换成数字信号，可以大大简化多道脉冲幅度分析器的电路，提高其可靠性。脉冲甄别、成形及放大电路主要用在一些简单的辐射测量仪器和便携式仪器上。

脉冲甄别器（pulse discriminator）用来过滤掉脉冲幅度小于某一数值（甄别阈）的脉冲，特别是噪声。

脉冲成形器（pulse shaping circuit）将进来的脉冲形状改造（整形）成高度和形状整齐划一（例如准方脉冲）的形状，这对于脉冲的计数是必要的，对于计数率表电路尤为必要。对由G-M计数器和定标器或计数率计组成的计数装置而言，成形后的脉冲幅度只要稍加放大（＜10倍）就可以了。因此，本模块常常附带有一个放大器。(www.xing528.com)

定标器（scaler）实际上是一个计数器，即记录在给定时间内接收到的脉冲数目。自动定标器可以预设计数时间、两次测量间的时间间隔、总计数，由一个石英振荡器发出的时钟信号控制。

计数率表是一个将单位时间接收到的脉冲数转换成与之成正比或与其对数值成正比的平均电流的电路。计数率表电路是一个积分电路，显然，对于输入脉冲进行整形是必要的。电流值可以用表头直接读出，也可以输送到记录仪上记录下来。计数率表常用于反应堆、加速器、60Co源、X光机现场的剂量监督，也用在备有放射性测量探头的高效液相色谱仪中。

将辐射探测器、前置放大器、主放大器、ADC、MCA、标准脉冲发生器、CPU、储存器及相关的软件组合起来，就构成一台多道能谱仪。

标准脉冲发生器用于产生标准脉冲，加入到主放大器的输入端，用来测量仪器的“活时间”，即扣除了死时间后的有效计数时间。CPU用于整个仪器的控制，还能进行一些简单的运算。储存器用来储存测量到的能谱，供以后读出、分析、显示和打印。对于复杂的能谱，需要用专用软件来进行谱的解储，称为解谱。

图7-17　27m3同轴Ge（Li）探测器的效率刻度曲线（1mL液体源，距探头65mm）

多道能谱仪可用做多路定标器（multiscaler，MSC）。使用时用时序脉冲依次打开多道脉冲幅度分析器的各道，记录每道的输出。此时道数与时间相对应，计数一道数曲线就是衰变曲线。

在进行放射性核素的能谱和活度测量之前，需要对装置进行能量刻度和效率刻度。通常先固定样品的几何位置，然后在相同的几何位置下测量活度已知的标准样品的γ谱，作道数-能量曲线和效率-能量曲线。标准样品的衰变纲图已经多家实验室比对测量得到公认。

常用的γ标准源包括56Co、75Se、82Br、110mAg、133Ba、152Eu、154Eu、169Yb、182Ta、180mHf、192Ir和226Ra，用户可以根据感兴趣的能量范围和标准源供货情况选择。