宽量程中子通量密度测量数字化处理系统设计

《宽量程中子通量密度测量数字化处理系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第35卷第1期核电子学与探测技术Vol．35No．12015年1月NuclearElectronics＆DetectionTechnologyJan．2015宽量程中子通量密度测量数字化处理系统设计1，2，31，31，3袁超，黄跃峰，李勇平(1．中国科学院上海应用物理研究所，上海201800;2．中国科学院大学，北京100049;3．中国科学院核辐射与核能技术重点实验室，上海201800)摘要:实时准确地测量反应堆的中子通量变化状况，对于确保反应堆的安全运行有着重要意义。基于模拟测量系统存在的一些不足，设计一种数字化的宽量程裂变室输出信号处理系统。该数字化信号处理系统将裂变室的脉冲

2、和坎贝尔两种工作模式相结合，利用高速ADC对裂变室输出脉冲信号数字化，在FPGA中运用数字信号处理算法实现两种工作模式的信号处理，并仿真了裂变室的输出脉冲信号导入任意波形信号发生器模拟中子信号源，用于对处理算法的初步验证。测试结果表明数字化处理系统线性度和性能良好。关键词:裂变室;宽量程;数字化;FPGA中图分类号:TL822+．6文献标志码:A文章编号:0258-0934(2015)01-0036-04反应堆从停堆状态到满功率运行，其对应变室输出信号处理系统的方案，并模拟裂变室的中子通量密度变化在十个数量级以上。通输出信号进行功能原理验证。常，将此宽量程测量范围分为三个测量通道1

3、原理与方法(源量程、中间量程和功率量程)相互叠加来完成。近年来，利用裂变室三种工作模式可以实裂变室三种测量模式所采用的信号处理方现宽量程测量中子通量密度的特点，宽量程中法不同:在较低的中子通量密度下采用脉冲计子通量密度测量的模拟电路测量系统已经在反数模式;在较高的中子通量密度下采用均方电应堆中得以应用［1］。裂变室宽量程中子测量压值计算;当中子通量密度进一步增大时，采用［2］电流模式测量。根据实际测量需求，下面重系统具有探测器数量少、良好的n/γ甄别能力点介绍前两种测量方法。等优点。传统的中子测量系统采用的模拟电路1.1脉冲计数模式技术存在着某些固有的缺陷和不足，例如电路裂变室在较

4、低中子通量的情况下，探测器结构复杂、难以实现先进的信号处理算法和长输出是以电流脉冲形式输出，通过对脉冲计数期运行漂移严重等。随着数字化技术的发展，即可获得中子通量密度的情况。但是输出的脉数字化中子测量系统可以很好地解决以上问冲信号不全是中子信号，还存在着α粒子和γ题。本项目重点针对裂变室脉冲模式和坎贝尔射线等的干扰，为了保证计数的准确性，需要对模式情况，设计数字化中子通量密度测量中裂干扰信号进行甄别。基于裂变室输出信号的特点，由于中子产生的电流脉冲幅度要比α粒子［3］收稿日期:2014－09－25和γ射线产生的脉冲幅度要大的多，可以设基金项目:国家自然科学基金(11305247)资

5、助。计一个幅度甄别模块将干扰粒子剔除，从而增作者简介:袁超(1988－)，男，安徽人，在读研究生，加计数的准确性。从事数字化裂变室宽量程中子测量技术研究。361.2坎贝尔模式当裂变室输出信号产生大量重叠时，通过脉冲计数已经不能反映中子通量的水平值了，这时需要用均方电压的方式测量中子通量密［4］度。N．Ｒ．Campbell等人最早在1945年提出运用坎贝尔理论应用在真空管和电路噪声的处理，其主要根据服从泊松分布的随机数基本特图1宽量程数字化中子测量系统性推导出来的，并将这种理论用于反应堆中子［4］通量密度测量的数字模型。根据文献推导可知，在任意t时刻产生的平均电压和均方差有:∞1－t

6、/ＲCv=nQ·∫edt=n·Q·Ｒ(1)C0∞22σs=nQ·∫v(t－τ)dτ=图2数字化信号处理系统设计图－∞n·Q2·Ｒ/2C(2)进行功能处理，裂变室探测器输出的脉冲很窄，式中:Q为脉冲的平均电荷;n为脉冲的平为能较完整的保存脉冲的信息，以及从成本、技均速率;Ｒ为前置放大器的输入电阻;C为裂变术等方面考虑，硬件选用AD9233芯片。AD9233是一款分辨率为12bit和最大采样率室电容、电缆电容和放大器输入电容之和。Ｒ、C是恒定不变的，裂变室脉冲平均电荷Q基本为125MSPS的模数转换器，650M输入带宽，也是恒定的，从式(2)看出，均方值与脉冲的平采用一个差分时钟输入来

7、控制所有内部转换周均速率成正比。中子通量密度测量系统中通过期，一个占空比稳定器(DCS)用来补偿较大的交流耦合，可以将直流信号去掉，测量均方电压时钟占空比波动，同时保持出色的ADC总体性值来算出中子通量密度以及反应堆功率的情能。电路设计中输入信号和时钟信号均采用差况，这种方法也叫均方电压法。通过公式(2)分输入，差分信号由输入AD8318的单端信号可知，均方差与中子计数率的计算系数中含有转换而来，差分信号电路设计如图3所示。Q2，而中子引起的脉冲电荷远大于α粒子和γA