核物理實驗仿真系統(tǒng)及其進行能譜測量實驗和強度測量實驗的方法
【專利摘要】一種核物理實驗仿真系統(tǒng)，包括模擬核放射源、模擬核輻射探測器和核電子學(xué)處理系統(tǒng)，所述的模擬核輻射探測器接收模擬核放射源發(fā)射出的仿核光脈沖和核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓，所述的核電子學(xué)處理系統(tǒng)接收與其電連接的模擬核輻射探測器發(fā)出的仿核電壓脈沖。核物理實驗仿真系統(tǒng)的核模擬放射源根據(jù)選擇不同的核輻射類型利用電子學(xué)方法產(chǎn)生具有對應(yīng)核輻射特征的光脈沖來仿真核放射源，模擬核輻射探測器接收光脈沖，根據(jù)選擇不同的實驗過程，對接收的光脈沖進行處理，產(chǎn)生核物理實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些核物理實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生仿核電壓脈沖，提供到后續(xù)的核電子學(xué)處理系統(tǒng)中進行分析和處理，供學(xué)習(xí)人員進行觀察和感受，核物理實驗仿真度更高，更加接近真實的核輻射實驗，實驗效果好，教學(xué)效果優(yōu)良。
【專利說明】核物理實驗仿真系統(tǒng)及其進行能譜測量實驗和強度測量實驗的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核物理實驗仿真實驗設(shè)備及仿真方法，具體地說，是一種核物理實驗仿真系統(tǒng)及其進行能譜測量實驗和強度測量實驗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真實的核物理實驗平臺由核放射源、核輻射探測器和核電子學(xué)處理系統(tǒng)構(gòu)成。由于放射源產(chǎn)生的核輻射易造成環(huán)境污染和人員傷害，現(xiàn)在很多高校和研究所正嘗試采用仿真技術(shù)來完成核物理實驗，目前的仿真方法包括兩種:一是純軟件仿真，即在計算機上通過相應(yīng)軟件來仿真核物理實驗過程，二是采用仿核信號發(fā)生器輸出模擬核輻射探測器輸出電信號，送入核電子學(xué)處理系統(tǒng)構(gòu)成硬件核物理仿真系統(tǒng)。
[0003]上述兩種仿真方法雖然能實現(xiàn)無放射源核物理實驗仿真，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與真實核物理實驗系統(tǒng)存在較大差異，無法給實驗操作者真實核物理實驗感受，難以達到親歷式核物理實驗教學(xué)效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對上述仿真技術(shù)的不足，設(shè)計了一種核物理實驗仿真系統(tǒng)及其進行能譜測量實驗和強度測量實驗的方法。
[0005]本發(fā)明的核物理實驗仿真系統(tǒng)，包括模擬核放射源、模擬核輻射探測器和核電子學(xué)處理系統(tǒng)，所述的模擬核輻射探測器接收模擬核放射源發(fā)射出的仿核光脈沖和核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓，所述的核電子學(xué)處理系統(tǒng)接收與其電連接的模擬核輻射探測器發(fā)出的仿核電壓脈沖。
[0006]優(yōu)選的是，所述的模擬核放射源包括依次串連的仿核單片機、驅(qū)動電路和發(fā)光二極管。
[0007]優(yōu)選的是，所述的仿核單片機連接有放射模式編碼開關(guān)，發(fā)光二極管上安裝有濾光片。
[0008]優(yōu)選的是，所述的模擬核輻射探測器包括模擬單片機、輸入電路、輸出電路和高壓檢測電路，所述的輸入電路包括感光二極管和與其相連的調(diào)理電路；所述的輸出電路包括D/A轉(zhuǎn)換器和與其相連的濾波成形電路；所述的高壓測量電路包括分壓電路和與其相連的A/D轉(zhuǎn)換器，調(diào)理電路、D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器都與模擬單片機相連。
[0009]優(yōu)選的是，所述的模擬單片機連接有檢測模式編碼開關(guān)，感光二極管上安裝有濾光片。
[0010]優(yōu)選的是，核電子學(xué)處理系統(tǒng)包括多道幅度分析系統(tǒng)、多道時間分析系統(tǒng)、復(fù)合測量系統(tǒng)。
[0011]利用核物理實驗仿真系統(tǒng)進行能譜測量實驗的方法，步驟如下:
[0012](I)模擬核放射源的仿核單片機產(chǎn)生偽隨機數(shù)Xp仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)Xr為基礎(chǔ)，產(chǎn)生指數(shù)分布抽樣Xe ;仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，產(chǎn)生高斯分布抽樣Xg;
[0013](2)仿核單片機讀取放射模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要產(chǎn)生的核放射源的編號Nxo,如果編號Nxtl為“產(chǎn)生本底輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)V，并利用新的偽隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ;如果編號Nxtl為“產(chǎn)生特定能量的核輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣Xe和高斯分布抽樣Xg計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)X/，利用偽隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ；
[0014](3)仿核單片機根據(jù)計算出的脈沖寬度W和仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T，輸出矩形電壓脈沖，矩形電壓脈沖經(jīng)驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管通過濾光片，發(fā)出含有所需的仿核光脈沖信號的光；
[0015](4)模擬核輻射探測器的感光二極管經(jīng)濾光片濾除環(huán)境雜散光，接收到模擬核放射源的發(fā)光二極管射出的仿核光脈沖信號，并送入調(diào)理電路，調(diào)理電路將仿核光脈沖信號處理成矩形電壓脈沖信號后送入模擬單片機的輸入端，模擬單片機利用內(nèi)部的定時器模塊對矩形電壓脈沖信號的脈沖寬度進行測量，獲得脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy ；
[0016](5)模擬核輻射探測器的模擬單片機經(jīng)高電壓測量電路的分壓電路和A/D轉(zhuǎn)換器，獲得核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓Vh對應(yīng)的光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)VHM，模擬單片機根據(jù)光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm確定比例常數(shù)Ktl ；
[0017](6)模擬單片機讀取檢測模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要對應(yīng)處理算法編號Nyci,如果編號Nyci為“能譜測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機將上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Ey;
[0018](7)模擬單片機將核輻射能量數(shù)據(jù)Ey送入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的矩形電壓脈沖信號，矩形電壓脈沖信號經(jīng)過成形濾波電路變成仿核電壓脈沖信號發(fā)送給核電子學(xué)處理系統(tǒng)進行展示或顯示。
[0019]利用核物理實驗仿真系統(tǒng)進行核輻射強度測量實驗的方法，步驟如下:
[0020](I)模擬核放射源的仿核單片機產(chǎn)生偽隨機數(shù)Xy仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)Xr為基礎(chǔ)，產(chǎn)生指數(shù)分布抽樣Xe ;仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，產(chǎn)生高斯分布抽樣Xg;
[0021](2)仿核單片機讀取放射模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要產(chǎn)生的核放射源的編號Nxo,如果編號Nxtl為“產(chǎn)生本底輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)V，并利用新的偽隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ;如果編號Nxtl為“產(chǎn)生特定能量的核輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\和高斯分布抽樣Xg計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的均勻分布的隨機數(shù)X/，利用新的均勻分布的隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ；
[0022](3)仿核單片機根據(jù)計算出的脈沖寬度W和仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T，輸出矩形電壓脈沖，矩形電壓脈沖經(jīng)驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管通過濾光片，發(fā)出含有所需的仿核光脈沖信號的光；
[0023](4)模擬核輻射探測器的感光二極管經(jīng)濾光片濾除環(huán)境雜散光，接收到模擬核放射源的發(fā)光二極管射出的仿核光脈沖信號，并送入調(diào)理電路，調(diào)理電路將仿核光脈沖信號處理成矩形電壓脈沖信號后送入模擬單片機的輸入端，模擬單片機利用內(nèi)部的定時器模塊對矩形電壓脈沖信號的脈沖寬度進行測量，獲得脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy ；
[0024](5)模擬核輻射探測器的模擬單片機產(chǎn)生偽隨機數(shù)Yr，并以上述偽隨機數(shù)Yr為基礎(chǔ)，構(gòu)造指數(shù)分布抽樣Ye ；
[0025](6)模擬核輻射探測器的模擬單片機經(jīng)高電壓測量電路的分壓電路和A/D轉(zhuǎn)換器，獲得核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓Vh對應(yīng)的光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)VHM，模擬單片機根據(jù)光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm確定比例常數(shù)Ktl ；
[0026](7)模擬單片機讀取檢測模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要對應(yīng)處理算法編號Nyci,如果編號Nyci為“本底測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機將上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Ey ;如果處理算法編號Nyci為“Z塊鋁板吸收能譜測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機取一個確定常數(shù)DYZ，模擬核輻射探測器每接收一個仿核光脈沖，模擬單片機就用指數(shù)分布抽樣Ye與Dyz進行比較，如果Ye>DYZ，則該仿核光脈沖不進行處理，如果Ye<DYZ,則該仿核光脈沖進行處理，用上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)EY，Z為正整數(shù)；
[0027](8)模擬單片機將核輻射能量數(shù)據(jù)Ey送入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的矩形電壓脈沖信號，矩形電壓脈沖信號經(jīng)過成形濾波電路變成仿核電壓脈沖信號發(fā)送給核電子學(xué)處理系統(tǒng)進行展示或顯示。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:核物理實驗仿真系統(tǒng)的核模擬放射源根據(jù)選擇不同的核輻射類型利用電子學(xué)方法產(chǎn)生具有對應(yīng)核輻射特征的光脈沖來仿真核放射源，模擬核輻射探測器接收光脈沖，根據(jù)選擇不同的實驗過程，對接收的光脈沖進行處理，產(chǎn)生核物理實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些核物理實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生仿核電壓脈沖，提供到后續(xù)的核電子學(xué)處理系統(tǒng)中進行分析和處理，供學(xué)習(xí)人員進行觀察和感受。以利用發(fā)光二極管實際發(fā)射出的光脈沖的形式來模擬核放射，使核物理實驗仿真度更高，更加接近真實的核輻射實驗，實驗效果好，教學(xué)效果優(yōu)良。
[0029]仿核單片機和模擬單片機都可通過編碼開關(guān)調(diào)節(jié)模式，模擬多種不同類型的仿核輻射光脈沖，進行多種仿核電壓脈沖的模擬處理，功能多，適用范圍廣。
[0030]發(fā)光二極管和感光二極管都安裝有濾光片，濾除了環(huán)境雜散光，使發(fā)出和接收的光脈沖更加純正，提高了光脈沖發(fā)射和接收的效果，保證了仿核實驗的效果。
[0031]模擬核輻射探測器具有高壓檢測電路，接收核電子學(xué)處理系統(tǒng)的光電倍增管高電壓，并增加了光電倍增管高電壓對核輻射探測器輸出電壓脈沖幅度影響的處理算法，進一步提聞了仿真度，提聞了仿核實驗效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]附圖1為本核物理實驗仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明的核物理實驗仿真系統(tǒng)，如圖1所示，包括模擬核放射源、模擬核輻射探測器和核電子學(xué)處理系統(tǒng)。
[0034]模擬核放射源包括依次串連的仿核單片機、驅(qū)動電路和發(fā)光二極管，仿核單片機連接有放射模式編碼開關(guān)，發(fā)光二極管上安裝有濾光片。
[0035]模擬核輻射探測器包括模擬單片機、輸入電路、輸出電路和高壓檢測電路。
[0036]輸入電路包括感光二極管和與其相連的調(diào)理電路。
[0037]輸出電路包括D/A轉(zhuǎn)換器和與其相連的濾波成形電路。
[0038]高壓測量電路包括分壓電路和與其相連的A/D轉(zhuǎn)換器。
[0039]調(diào)理電路、D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器都與模擬單片機相連，模擬單片機連接有檢測模式編碼開關(guān)，感光二極管上安裝有濾光片。
[0040]核電子學(xué)處理系統(tǒng)包括多道幅度分析系統(tǒng)、多道具時間分析系統(tǒng)、復(fù)合測量系統(tǒng)等可以直接利用的現(xiàn)有核物理實驗分析設(shè)備。
[0041]模擬核放射源的仿核單片機根據(jù)選擇不同的核輻射類型，利用電子學(xué)方法使發(fā)光二極管產(chǎn)生仿核光脈沖來仿真核放射源，仿核光脈沖即為具有對應(yīng)核輻射特征的光脈沖，模擬核輻射探測器的感光二極管接收模擬核放射源的發(fā)光二極管發(fā)射出的仿核光脈沖。
[0042]模擬核輻射探測器與核電子學(xué)處理系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)電連接，接收核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓。模擬核輻射探測器根據(jù)不同的實驗過程，對接收的仿核光脈沖以及光電倍增管高電壓進行處理，產(chǎn)生核物理實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些核物理實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生仿核電壓脈沖。仿核對電壓脈沖具有真實核輻射探測器相近性質(zhì)，可以仿真實核輻射探測器輸出。
[0043]核電子學(xué)處理系統(tǒng)可接收模擬核輻射探測器發(fā)出的仿核電壓脈沖，在核電子學(xué)處理系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)中進行不同的分析和處理，供學(xué)習(xí)人員進行觀察和感受。
[0044]實施例一:
[0045]利用核物理實驗仿真系統(tǒng)進行NaI (Tl)閃爍譜儀實驗(一種能譜測量實驗)
[0046]實驗原理:
[0047]核放射源出射的粒子與NaI (Tl)晶體發(fā)生作用，產(chǎn)生熒光，熒光經(jīng)光電倍增管放大，轉(zhuǎn)換成的電壓脈沖，通過對光電倍增管輸出電壓脈沖測量、統(tǒng)計分析得到對應(yīng)放射源的能譜。本實驗可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)能譜儀結(jié)構(gòu)和原理，并學(xué)會使能譜進行能譜測量。
[0048]實驗過程:
[0049]模擬核放射源的仿核單片機通過混合同余法，產(chǎn)生偽隨機數(shù))?，仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，用反函數(shù)法產(chǎn)生指數(shù)分布抽樣)?;仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)Xr為基礎(chǔ)，通過中心極限定理法產(chǎn)生高斯分布抽樣xg。
[0050]仿核單片機讀取放射模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要產(chǎn)生的核放射源的編號Nxtl,如果編號Nxtl為“產(chǎn)生本底輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\根據(jù)線性關(guān)系計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)X/，并利用新的偽隨機數(shù)X/，根據(jù)線性比例關(guān)系計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ;如果編號Nxtl為“產(chǎn)生特定能量的核輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\和高斯分布抽樣Xg之和，再根據(jù)線性比例計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的均勻分布的隨機數(shù)X/，利用新的均勻分布的隨機數(shù)X/，根據(jù)線性比例關(guān)系，計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T。
[0051]仿核單片機根據(jù)計算出的脈沖寬度W和仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T，在仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T對應(yīng)時刻把輸出端口拉高，在脈沖寬度W對應(yīng)時間后把仿核單片機輸出端口拉低，輸出矩形電壓脈沖，矩形電壓脈沖經(jīng)驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管通過濾光片，發(fā)出含有所需的仿核光脈沖信號的光。
[0052]模擬核輻射探測器的感光二極管經(jīng)濾光片濾除環(huán)境雜散光，接收到模擬核放射源的發(fā)光二極管射出的仿核光脈沖信號，并送入調(diào)理電路，調(diào)理電路將仿核光脈沖信號處理成矩形脈沖信號后送入模擬單片機的輸入端，模擬單片機利用內(nèi)部的定時器模塊對矩形脈沖信號的脈沖寬度進行測量，獲得脈沖寬度數(shù)據(jù)WY。
[0053]模擬核輻射探測器的模擬單片機經(jīng)高電壓測量電路的分壓電路和A/D轉(zhuǎn)換器，獲得核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓Vh對應(yīng)的光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm，模擬單片機根據(jù)光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm線性關(guān)系確定比例常數(shù)I。
[0054]模擬單片機讀取檢測模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要對應(yīng)處理算法編號Nyci,如果編號Nyci為“能譜測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機將上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Εγ。
[0055]模擬單片機將核輻射能量數(shù)據(jù)Ey送入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的矩形電壓脈沖信號，該矩形電壓脈沖信號幅度值與Ey成正比，脈沖信號寬度是確定值，矩形電壓脈沖信號經(jīng)過成形濾波電路變成仿核電壓脈沖信號發(fā)送給核電子學(xué)處理系統(tǒng)進行展示或顯示。
[0056]實施例二:
[0057]利用核物理實驗仿真系統(tǒng)進行Y射線吸收實驗(一種強度測量實驗)
[0058]實驗原理:
[0059]Y射線通過物質(zhì)時，與物質(zhì)發(fā)生相互作用，發(fā)生光子被吸收現(xiàn)象，從而產(chǎn)生輸出射線強度低到輸入射線強度，射線強度隨物質(zhì)厚度的衰減服從指數(shù)規(guī)律。本實驗主要驗證窄束Y射線在物質(zhì)中的吸收規(guī)律。
[0060]實驗過程:
[0061]先在模擬核放射源和模擬核輻射探測器之間放置一個鋁板，模擬Y射線穿透的實驗，但鋁板的中心有透光圓孔，透光圓孔要保證仿核光脈沖的通過。
[0062]模擬核放射源的仿核單片機通過混合同余法，產(chǎn)生偽隨機數(shù))?，仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，用反函數(shù)法產(chǎn)生指數(shù)分布抽樣)?;仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)Xr為基礎(chǔ)，通過中心極限定理法產(chǎn)生高斯分布抽樣xg。
[0063]仿核單片機讀取放射模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要產(chǎn)生的核放射源的編號Nxtl,如果編號Nxtl為“產(chǎn)生本底輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\根據(jù)線性關(guān)系計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)X/，并利用新的偽隨機數(shù)X/，根據(jù)線性比例關(guān)系計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ;如果編號Nxtl為“產(chǎn)生特定能量的核輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\和高斯分布抽樣Xg之和，再根據(jù)線性比例計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的均勻分布的隨機數(shù)X/，利用新的均勻分布的隨機數(shù)X/，根據(jù)線性比例關(guān)系，計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T。
[0064]仿核單片機根據(jù)計算出的脈沖寬度W和仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T，在仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T對應(yīng)時刻把輸出端口拉高，在脈沖寬度W對應(yīng)時間后把仿核單片機輸出端口拉低，輸出矩形電壓脈沖，矩形電壓脈沖經(jīng)驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管通過濾光片，發(fā)出含有所需的仿核光脈沖信號的光。
[0065]模擬核輻射探測器的感光二極管經(jīng)濾光片濾除環(huán)境雜散光，接收到模擬核放射源的發(fā)光二極管射出的仿核光脈沖信號，并送入調(diào)理電路，調(diào)理電路將仿核光脈沖信號處理成矩形脈沖信號后送入模擬單片機的輸入端，模擬單片機利用內(nèi)部的定時器模塊對矩形脈沖信號的脈沖寬度進行測量，獲得脈沖寬度數(shù)據(jù)WY。
[0066]模擬核輻射探測器的模擬單片機通過混合同余法，產(chǎn)生偽隨機數(shù)Yp并以上述偽隨機數(shù)\為基礎(chǔ)，用反函數(shù)法構(gòu)造指數(shù)分布抽樣Ye。
[0067]模擬核輻射探測器的模擬單片機經(jīng)高電壓測量電路的分壓電路和A/D轉(zhuǎn)換器，獲得核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓Vh對應(yīng)的光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm，模擬單片機根據(jù)光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm線性關(guān)系確定比例常數(shù)I。
[0068]模擬單片機讀取檢測模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要對應(yīng)處理算法編號Nyci,如果編號Nyci為“本底測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機將上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)K0得核輻射能量數(shù)據(jù)Ey ;如果處理算法編號Nyci為“ I塊鋁板吸收能譜測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機取一個確定常數(shù)Dyi,模擬核福射探測器每接收一個仿核光脈沖,模擬單片機就用指數(shù)分布抽樣Ye與Dyi進行比較，如果Ye>DY1，則該仿核光脈沖不進行處理，如果Ye〈DY1，則該仿核光脈沖進行處理，用上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Εγ。用上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Ey ;如果處理算法編號Nyci為“2塊鋁板吸收能譜測量”對應(yīng)二進制編號，上述常數(shù)Dyi換成DY2，后續(xù)步驟相同；如果處理算法編號Nyci為“3塊鋁板吸收能譜測量”對應(yīng)二進制編號，上述常數(shù)Dyi換成DY3，后續(xù)步驟相同。
[0069]模擬單片機將核輻射能量數(shù)據(jù)Ey送入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的矩形電壓脈沖信號，該矩形電壓脈沖信號幅度值與Ey成正比，脈沖信號寬度是確定值，矩形電壓脈沖信號經(jīng)過成形濾波電路變成仿核電壓脈沖信號發(fā)送給核電子學(xué)處理系統(tǒng)進行展示或顯示。
【權(quán)利要求】
1.一種核物理實驗仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬核放射源、模擬核輻射探測器和核電子學(xué)處理系統(tǒng)，所述的模擬核輻射探測器接收模擬核放射源發(fā)射出的仿核光脈沖和核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓，所述的核電子學(xué)處理系統(tǒng)接收與其電連接的模擬核輻射探測器發(fā)出的仿核電壓脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的模擬核放射源包括依次串連的仿核單片機、驅(qū)動電路和發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的仿核單片機連接有放射模式編碼開關(guān)，發(fā)光二極管上安裝有濾光片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的模擬核輻射探測器包括模擬單片機、輸入電路、輸出電路和高壓檢測電路，所述的輸入電路包括感光二極管和與其相連的調(diào)理電路；所述的輸出電路包括D/A轉(zhuǎn)換器和與其相連的濾波成形電路；所述的高壓測量電路包括分壓電路和與其相連的A/D轉(zhuǎn)換器，調(diào)理電路、D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器都與模擬單片機相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的模擬單片機連接有檢測模式編碼開關(guān)，感光二極管上安裝有濾光片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)，其特征在于，核電子學(xué)處理系統(tǒng)包括多道幅度分析系統(tǒng)、多道時間分析系統(tǒng)、復(fù)合測量系統(tǒng)。
7.一種利用權(quán)利要求1所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)進行能譜測量實驗的方法，其特征在于，步驟如下: (1)模擬核放射源的仿核單片機產(chǎn)生偽隨機數(shù)Xp仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)&為基礎(chǔ)，產(chǎn)生指數(shù)分布抽樣Xe;仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，產(chǎn)生高斯分布抽樣Xg; (2)仿核單片機讀取放射模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要產(chǎn)生的核放射源的編號Nxtl,如果編號Nxtl為“產(chǎn)生本底輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)X/，并利用新的偽隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ;如果編號Nxtl為“產(chǎn)生特定能量的核輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣Xe和高斯分布抽樣Xg計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)X/，利用偽隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ； (3)仿核單片機根據(jù)計算出的脈沖寬度W和仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T，輸出矩形電壓脈沖，矩形電壓脈沖經(jīng)驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管通過濾光片，發(fā)出含有所需的仿核光脈沖信號的光； (4)模擬核輻射探測器的感光二極管經(jīng)濾光片濾除環(huán)境雜散光，接收到模擬核放射源的發(fā)光二極管射出的仿核光脈沖信號，并送入調(diào)理電路，調(diào)理電路將仿核光脈沖信號處理成矩形電壓脈沖信號后送入模擬單片機的輸入端，模擬單片機利用內(nèi)部的定時器模塊對矩形電壓脈沖信號的脈沖寬度進行測量，獲得脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy ； (5)模擬核輻射探測器的模擬單片機經(jīng)高電壓測量電路的分壓電路和A/D轉(zhuǎn)換器，獲得核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓Vh對應(yīng)的光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm，模擬單片機根據(jù)光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm確定比例常數(shù)Ktl ； (6)模擬單片機讀取檢測模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要對應(yīng)處理算法編號Nyci,如果編號Nyci為“能譜測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機將上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Ey; (7)模擬單片機將核輻射能量數(shù)據(jù)Ey送入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的矩形電壓脈沖信號，矩形電壓脈沖信號經(jīng)過成形濾波電路變成仿核電壓脈沖信號發(fā)送給核電子學(xué)處理系統(tǒng)進行展示或顯示。
8.一種利用權(quán)利要求1所述的核物理實驗仿真系統(tǒng)進行核輻射強度測量實驗的方法，其特征在于，步驟如下: (1)模擬核放射源的仿核單片機產(chǎn)生偽隨機數(shù)I，仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，產(chǎn)生指數(shù)分布抽樣Xe;仿核單片機以所述的偽隨機數(shù)&為基礎(chǔ)，產(chǎn)生高斯分布抽樣Xg; (2)仿核單片機讀取放射模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要產(chǎn)生的核放射源的編號Nxtl,如果編號Nxtl為“產(chǎn)生本底輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的偽隨機數(shù)Xr，，并利用新的偽隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ;如果編號Nxtl為“產(chǎn)生特定能量的核輻射”對應(yīng)二進制編號，則通過指數(shù)分布抽樣\和高斯分布抽樣Xg計算出仿核光脈沖的脈沖寬度W，重新獲取新的均勻分布的隨機數(shù)X/，利用新的均勻分布的隨機數(shù)X/計算仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T ； (3)仿核單片機根據(jù)計算出的脈沖寬度W和仿核光脈沖的產(chǎn)生時間T，輸出矩形電壓脈沖，矩形電壓脈沖經(jīng)驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管通過濾光片，發(fā)出含有所需的仿核光脈沖信號的光； (4)模擬核輻射探測器的感光二極管經(jīng)濾光片濾除環(huán)境雜散光，接收到模擬核放射源的發(fā)光二極管射出的仿核光脈沖信號，并送入調(diào)理電路，調(diào)理電路將仿核光脈沖信號處理成矩形電壓脈沖信號后送入模擬單片機的輸入端，模擬單片機利用內(nèi)部的定時器模塊對矩形電壓脈沖信號的脈沖寬度進行測量，獲得脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy ； (5)模擬核輻射探測器的模擬單片機產(chǎn)生偽隨機數(shù)I，并以上述偽隨機數(shù)I為基礎(chǔ)，構(gòu)造指數(shù)分布抽樣Ye ; (6)模擬核輻射探測器的模擬單片機經(jīng)高電壓測量電路的分壓電路和A/D轉(zhuǎn)換器，獲得核電子學(xué)處理系統(tǒng)發(fā)出的光電倍增管高電壓Vh對應(yīng)的光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm，模擬單片機根據(jù)光電倍增管高電壓數(shù)據(jù)Vhm確定比例常數(shù)Ktl ； (7)模擬單片機讀取檢測模式撥碼開關(guān)的狀態(tài)，獲得所要對應(yīng)處理算法編號Nyci,如果編號Nyci為“本底測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機將上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)K0得核輻射能量數(shù)據(jù)Ey ;如果處理算法編號Nyci為“Z塊鋁板吸收能譜測量”對應(yīng)二進制編號，模擬單片機取一個確定常數(shù)Dyz,模擬核福射探測器每接收一個仿核光脈沖,模擬單片機就用指數(shù)分布抽樣Ye與Dyz進行比較，如果Ye>DYZ，則該仿核光脈沖不進行處理，如果Ye〈DYZ，則該仿核光脈沖進行處理，用上述脈沖寬度數(shù)據(jù)Wy乘以比例常數(shù)Ktl得核輻射能量數(shù)據(jù)Εγ，Z為正整數(shù)； (8)模擬單片機將核輻射能量數(shù)據(jù)Ey送入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的矩形電壓脈沖信號，矩形電壓脈沖信號經(jīng)過成形濾波電路變成仿核電壓脈沖信號發(fā)送給核電子學(xué)處理系統(tǒng)進行展示或顯示。
【文檔編號】G01T1/36GK104316954SQ201410507764
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】楊喜峰, 王殿生, 劉超卓, 周偉, 劉金玉, 李代林 申請人:中國石油大學(xué)(華東)
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