基于核探测器信号波形特征的故障诊断研究

核探测器是一种特殊的随机信号转换器,发生故障时,采用传统的人工方法很难及时有效地对故障进行诊断。本文提出了一种针对闪烁体探测器信号波形特征的在线智能故障检测与分类方法,通过分析闪烁体探测器不同故障时的输出信号变化特征,建立了相应的故障模型。使用小波包算法与支持向量机理论分解并提取特征向量,即可判断故障类型。以ST401闪烁体探测器为例,进行了模拟仿真实验。实验结果表明,基于信号波形特征的数字化方法能快速有效地对闪烁体探测器进行故障自动诊断。     

基于KNN改进算法的闪烁体探测器故障诊断

为研究核探测器的可靠性,本文提出了一种基于K近邻（KNN）算法的闪烁体探测器故障诊断方法。首先通过提取不同工况下的核脉冲信号的下降沿时间、信号幅值及能谱信号的能峰位置和低道址计数等特征参数,建立故障核信号统计特征信息库。通过修正权重因子,改变邻点距离计算方式等方法改进KNN算法建立闪烁体探测器故障诊断模型,并搭建故障数据采集验证系统,提取探测器输出信号的特征信息放入到模型中进行诊断实验。实验结果表明,该方法不仅能实现对探测器故障类别的智能诊断,而且能对不同故障的严重程度做出良好的判别。     

基于KNN改进算法的闪烁体探测器故障诊断

为研究核探测器的可靠性,本文提出了一种基于K近邻(KNN)算法的闪烁体探测器故障诊断方法。首先通过提取不同工况下的核脉冲信号的下降沿时间、信号幅值及能谱信号的能峰位置和低道址计数等特征参数,建立故障核信号统计特征信息库。通过修正权重因子,改变邻点距离计算方式等方法改进KNN算法建立闪烁体探测器故障诊断模型,并搭建故障数据采集验证系统,提取探测器输出信号的特征信息放入到模型中进行诊断实验。实验结果表明,该方法不仅能实现对探测器故障类别的智能诊断,而且能对不同故障的严重程度做出良好的判别。     

双端输出塑料闪烁体探测器的符合关联测试

利用双端信号输出的塑料闪烁体与灵敏度高、时间响应快的硅光电倍增管构成塑料闪烁体探测器探头,并与后端的数字化转换器等电子学系统搭建成塑料闪烁体探测器系统。为了研究不同数据处理方法对真事件探测效率和能量分辨率的优化,分别使用标准γ源60Co和137Cs对塑料闪烁体探测器系统进行测试。研究了关联事件的符合时间窗对探测器真事件探测效率的影响,分析了波形的积分长度与脉冲信号甄别(Pulse Shape Discrimination,PSD)开窗法对能谱能量分辨率的改进。结果表明,在关联事件的符合时间窗为15 ns时,真事件探测效率最佳,当波形积分长度为80 ns时,通过PSD开窗后能量分辨率由原来的53.38%优化为42.21%。     

基于BP神经网络的核探测器故障诊断方法研究

核探测器是核设施放射性监测的重要设备,为了保障该设备的持续稳定运行,本研究针对闪烁体探测器提出了一种基于BP神经网络的在线智能故障诊断方法。采用小波包变换将探测器输出信号从时域变换至频域后提取特征向量,将得到的特征向量作为BP神经网络故障诊断模型的输入,再通过误差梯度下降法对该模型的参数进行优化,最终利用最优的诊断模型完成故障类型的智能识别与分类,并将该方法与统计诊断方法和基于支持向量机的故障诊断方法进行横向的对比研究。研究结果表明,新方法的平均诊断准确率均优于上述两种方法。因此,该方法的应用能有效地提高核探测器的故障诊断准确率。     

改善CeF_3闪烁探测器输出特性的方法研究

常用的CeF3闪烁探测器,由于闪烁体发光与光电器件光谱响应不完全匹配,使得探测器的主要输出特性——输出幅度和脉冲波形形状发生明显变化,较难依据相似性通过探测器输出复原得到辐射源的真实特征。本工作针对这种不完全匹配情况,分析比较了几种改善闪烁探测器输出的方法,提出了在CeF3无机闪烁体与光电器件光阴极之间加移波膜片耦合的方法。原理分析和实验测量结果表明:采取移波膜片耦合方法可使传统CeF3闪烁探测器输出特性得到明显改善,输出幅度增加50%以上,脉冲时间响应前沿由传统方式的12ns变化到移波方式的约3ns。     

数字化波形实时甄别技术研究现状

波形甄别是一种根据闪烁探测器信号形状差异来判别粒子种类的核物理诊断技术,在混合辐射场测量中起着重要作用。本文对波形甄别技术的发展趋势作了概述,并详细介绍了数字化波形实时甄别技术的研究现状。     

基于波形分辨算法的氡探测器数据采集系统设计

设计了一种基于波形分辨算法的氡探测器数据采集系统,使用了一种新型液体闪烁体探测器作为氡传感器,设计实现了性能优良的小型低功耗硬件平台,并在硬件平台上实现了波形分辨与级联衰变识别算法。使用²³²Th扩散源产生的²²⁰Rn气体对数据采集系统进行了测试,并确定了波形分辨算法与级联衰变提取算法的最佳参数,测试结果显示,数据采集系统可以有效实现氡事例的挑选。设计实现的小型化低功耗数据采集系统,有效发挥了新型液体闪烁体探测器的优势,在氡探测领域具有较好的应用前景。     

闪烁探测器信号波形识别的人工神经网络实现

根据闪烁探测器中激发荧光的快、慢成分的差异,定义了代表信号波形的三个特征物理量:即信号幅度、信号在上升时间段的积分以及中频段的频谱积分.研究了人工神经网络对不同波形的识别方法.用计算机模拟了实际情况下的信号波形,用神经网络对这些信号波形进行识别,得到了较好的识别结果并进行了讨论.     

用于脉冲堆裂变总数测量的闪烁体探测器研制

采用波形积分法研制了用于脉冲堆裂变总数测量的闪烁体探测器,采用脉冲峰和脉冲坪信号分路引出的设计,同时测量裂变率相差较大的脉冲峰和脉冲坪。该探测器具有线性电流大、测量范围宽的特点,在测量小产额脉冲时更具优势。该裂变总数测量方法与其他方法获得的结果一致。     

直径30 cm的等高圆柱形载钆液闪探测性能

载钆液闪探测器是高能物理及核物理实验中重要的粒子探测工具。通过研制得到了一台大体积的直径为30 cm等高圆柱形载钆液闪探测器,载钆液闪溶液的载钆量为0.5%wt;利用252Cf中子源进行了中子与γ分辨性能实验测试,结果表明,直径30 cm等高圆柱形载钆液闪的中子与γ分辨性能较差;利用飞行时间技术通过符合测量的方法,分别测量了中子与伽马分辨谱中的中子与γ信号的时间分布,两者峰位之间的时间差为2 ns;利用252Cf裂变电离室的裂变碎片信号作为开门信号,通过符合测量的方法,获得了直径30 cm等高圆柱形载钆液闪的中子俘获时间分布实验数据,中子俘获平均时间为11μs。对于较大体积条件下,载钆液闪的中子与γ分辨性能较差的物理现象,通过实验给出了合理解释和分析。     

基于MPD-4电子学插件的液体闪烁体中子光响应特性实验研究

中子光响应函数是液体闪烁体探测器的重要参数,准确的光响应函数和探测阈值是精确确定中子探测效率的基础。近年来,专门用于液体闪烁体中子探测器的高集成度新型电子学插件（Mesytec公司的MPD-4）广泛应用于中子探测系统中,该电子学插件集成了脉冲高度（PH）、脉冲形状甄别（PSD）和恒比定时（CFD）测量功能,且1个NIM插件即可实现4路探测器的同时测量。对于同一中子探测器,利用这一电子学系统与传统电子学系统对中子的光响应函数进行了实验比对,结果表明,两套系统得到的中子光响应函数具有明显的差异。因此,在使用MPD-4电子学系统进行中子探测的实验中,需对光响应函数进行重新标定。     

深度次临界刻棒电子学实现方法研究

为实现深度次临界刻棒计算所需数据的有效采集,研究并设计了深度次临界刻棒电子学的总体架构及关键模块,通过堆上试验对关键模块特性进行了测试。结果表明,所设计的深度次临界刻棒电子学能够有效测量经过约200 m电缆传输后的探测器信号,脉冲信号波形宽度稳定,信噪比水平良好;所测得的高压坪特性曲线可以为探测器高压选取提供有效参考;所测得的甄别特性曲线稳定,能有效获取探测器信号中的中子成分。      

用于脉冲n/γ混合场中n、γ甄别的新型探测器的研究

以塑料闪烁体和聚合物基复合材料为探测介质,开展用于脉冲n/γ混合场中n、γ甄别的新型探测器的研究。采用闪烁体探测器+契仑科夫探测器联合探测的方法,通过对n、γ产生的荧光和契仑科夫辐射的相关性测量,以实现n、γ的甄别,并给出脉冲中子的通量。利用蒙特卡罗方法计算了塑料闪烁体最佳厚度、n和γ在塑料闪烁体产生的次级电子能谱。同时利用模拟结果确定契仑科夫探测器探测介质的折射率,使得只有光子生成的次级电子可以在其中产生信号。     

新型放射性气溶胶总β测量组合探测器设计

安全壳内放射性气溶胶总β测量为壳内污染情况及一回路系统承压边界有无破坏、泄漏提供判断依据。对β射线敏感的塑料闪烁体对γ也敏感,γ本底扣除是总β测量中的难题。新型组合探测器用塑料闪烁体作为总β测量主探测元件,BGO作为γ测量从探测元件。根据两种闪烁体光衰减时间差可实现它们各自输出信号的甄别与计数,参照BGO中产生的脉冲计数扣除塑料闪烁体中γ本底。本工作推导出探测器中两种闪烁体对γ绝对探测效率的计算公式,用蒙特卡罗方法模拟,确定γ分别在BGO与塑料闪烁体中引起脉冲数的比例。结果表明,该组合探测器能使γ本底降低约1个数量级。     

用于在线测量反应堆内热中子相对通量密度分布的闪烁体光纤探测器研究

闪烁体光纤探测器采用双探头甄别中子信号,利用252 Cf裂变源对探测器系统进行了测试,并与3 He计数管的计数进行了对比。在启明星1#上进行了热中子相对通量密度分布的测量,结合Geant4得到的不同能量段的中子转化率及MCNPX模拟得到的反应堆中子能谱,对探测器进行了相对效率刻度,测试结果与固体核径迹探测器测得的裂变率分布进行了对比。测量结果表明,闪烁体光纤探测器对于252 Cf中子源的响应基本符合点源的衰减趋势,与3 He计数管的测量结果符合较好。在启明星1#热区测得的热中子相对通量密度分布与固体核径迹探测器测量到的结果一致,快区测得的热中子相对通量密度分布与3 He计数管的测量结果及MCNPX的模拟结果符合较好。测量结果为闪烁体光纤探测器的研究提供了较好的实验依据。     

新型超快光电辐射探测器研制

针对超快脉冲辐射测量的需求,开发了一种具有超快时间响应、大线性电流输出的新型光电探测器件——超快大电流光电管。利用脉冲氙灯、飞秒激光器对该光电探测器件的最大线性电流输出、时间响应等特性参数进行了实验测量。同时,利用该探测器件与超快闪烁体耦合构成的超快脉冲辐射探测器对亚纳秒脉冲X射线源时间谱进行了测量。结果表明,该光电探测器件对脉冲的响应前沿为251ps、半高宽小于500ps,在其典型电压下具有3A以上线性电流输出,对于亚纳秒脉冲X射线束等脉冲辐射场的测量是一较为理想的探测器件。