子学各分支技术成就中发展的，同时也作出了自己的贡献。如核电子学中对脉冲幅度 和时间间隔的精密测量和甄别技术，对40年代雷达和电子计算机的发展提供了有益的 经验。在核电子学中还首先发展了纳秒脉冲技术，并在多道脉冲幅度分析技术基础上 发展出高速模-数转换技术等。核电子学的研究对象包括：①各种辐射探测器和与之相 应的电子电路或系统。②针对核信息的随机性、统计性或单次性等特点的电子学测量 技术，时间间隔（微秒到皮秒）、空间分辨（毫米到微米）。③配有在线电子计算机 的核电子系统，用于在核技术和高能物理实验中实时获取并处理巨量核信息，在实验 全过程中对整个系统工作的监测和控制。④核技术在工业、农业、军事、医学、生物 研究等方面应用时所需的各种辐射探测技术和电子技术。例如，20世纪70年代以后， 核医学诊断吸收了核电子学方法，使同位素扫描技术发展成γ照相机技术，又进而发展 成断层照相技术。
主放大器
计数器
前置放大器
信号处理
数据获取和处理
核电子学系统组成框图
探测器 前置放大器
能量信息 时间信息 位置信息
幅度分析 时间分析
探测器 前置放大器
线性放大 滤波成形
堆积判弃 基线恢复
时间检出
快放大器
幅度甄别
至
数
模数变换
据
获
取
和
处
时幅变换
理
系
时间数字变换
统
时间甄别
实验测量系统的组成
探测器
核电子学系统
• 辐射、电磁辐射、核（电离）辐射
• 该输出电流具有一定的形状，即有一定时间特性， 所以可用于时间分析；
• 如在输出电容上取积分电压信号，电压幅度正比
于E，可做入射粒子更能多量的测知量识。 可在《核辐射探测与测量方法》课中学习
核电子学的特点
– 处理的对象是宽度从纳秒量级到微秒量级的电脉冲信号。 – 处理的电脉冲信号在时间上和幅度上是随机变化的、即非
Q
e 0
t /0
hQ C
RC>>0 et / RC 能谱测量
输出回路
对后续h ' 电 QC路eRCt0/（0 输出回路）的RC选<<择时0，间测取量决于物理参数的测量
核辐射探测器输出信号小结
• 电离辐射探测器都能产生相应的输出电流，持续 时间在纳秒到微秒，在电路分析中，可把它等效 为电流源；
核辐射探测与测量
核辐射探测与测量方法
核电子学
核辐射探测系统=核辐射探测器+核电子学仪器
核电子学系统
探测器
核电子学
核辐射现象（天然放射性）发现于1896年。 核电子学形成于20世纪50年代。
核电子学是在不断吸收其他科学技术特别是电子 学各分支技术成就中发展的，同时也作出了自己 的贡献。如核电子学中对脉冲幅度和时间间隔的 精密测量和甄别技术，对40年代雷达和电子计算 机的发展提供了有益的经验。在核电子学中还首 先发展了纳秒脉冲技术，并在多道脉冲幅度分析 技术基础上发展出高速模-数转换技术等。
X射线成像技术 地铁、机场等地的安全检查
X射线行李安检系统
医学影像学
核成像技术通过对射线的利用，探测物体的内部组成 和结构，获得物体的图像，而不必破坏该物体。
大型集装箱检测系统
检测用核技术用核物理方法测量地下的矿藏和工业规模 材料的厚度、密度、重量、成分以及测量界面等等。
工业在线测厚仪
• 核技术应用已渗透到我们当代生活的方方 面面，深化了农业的绿色革命，促进了工 业的技术改造，推动了环保事业的发展， 提高了人类征服疾病的能力。
• 核电子学基础（上、下） 周志成编著 原子能出 版社
• 模拟电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高 等教育出版社
• 数字电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高 等教育出版社
成绩
• 平时 40%（作业、出勤情况、实验情况等） • 期末 60%
• 不得无故缺课，违反者按学校教务处规定处理。
小结（重点）
几种时变非线性电路 习题课
脉冲幅度分析
脉冲幅度分析、时间分析
时间分析
时间分析 计数设备
多道分析器
核电子学中的标准、 典型核电子学系统介绍
总结
实验课
预备知识
信号处理
数据获取 数据处理
其他参考书：
• 核电子技术原理 王芝英 主编 原子能出版社 • 核电子学（上、下） 王经瑾等编著 清华大学核
电子学专业讲义 • 核电子学概要 唐兆荣等编译 原子能出版社
������ 放射 性
放射性
• 在人们发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳 定的，它们会自发地蜕变，变成另一种核素，同时 放出各种射线。这样的现象称为放射性衰变。
核素：AX
摘自杨福家《原子核物理》
放射性衰变的种类
• Uncharged radiation
– Electromagnetic radiation (photons/ X rays, γrays) – Neutrons (slow/fast, (ultra-)cold/hot)
用气体脉冲电离室对能量为1MeV的射线进行测量， 分析输出电压信号幅度的量级（设脉冲电离室的分 布电容为10pF）。
V ne E e 1MeV / 30eV *1.6*1019C 0.5mV
CC
10 pF
电离室
正比计 数管
闪烁探测器
半导体探 测器
法诺因子F
0.2
同左
1
Ge: 0.13
• Charged particulate radiation
– Fast electrons and positrons (e-/e+or βparticles) – Heavy charged particles (A≥1, protons, αparticles,
fission fragments)
– 计量测量仪表与安全防护 – 电子学的辐照损伤的研究
核电子学的研究对象和内容
• 核辐射探测器的输出信号
• 处理和分析核辐射探测器给出的电信号。用电子 学方法对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等 参量的获取、处理和分析，可以获得核辐射的能 量、电荷量、时间、空间等各种性质。
核电子学与普通的电子学到底有那些不同？
核电子学范畴
广义讲，泛指核科学领域的各种电子学方法： – 核辐射探测器电子学 • 核物理物理基本研究 – 粒子电子学 • 高能基本粒子的基础研究 – 加速器电子学 • 高频振荡、磁场稳定、参数控制 – 核反应堆
核心：对• 核自信动号控进制行、测电量子与模分拟析与的设电计子技术，即大量常用的对 核电辐子––射仪同核探器位医测 、素学器装应电的置用子信以仪仪号及表器作 与放计大算、机处相理配、合分的析实和验记测录 量所系采统用。的各种
辐射
• 辐射充满着整个空间
E.g. background radiation
Nobel Prize in Physics 2006 J. C. Mather and G. F. Smoot, USA
电磁波
核（电离）辐射
• 电离辐射：10 eV -10 MeV • 主要来源于原子核或核外电子的某些过程
核电子学系统的组成
• 探测器输出脉冲幅度在mV-V之间，对于小 的信号需要放大，是否选择放大器与所使 用的探测器有关
• 探测器输出脉冲波形与输出回路的时间常 数有关，对于不同实验目的的实验测量系 统，如能量测量、计数测量或时间测量， 电子学插件的选用也不同
典型的核电子学系统
探测器
高压电源
核电子学系统
核电子学 Nuclear Electronics
在核辐射探测技术和电子技术基础上发展起来的电子学与核科学间的一门交叉学 科。核电子学形成于20世纪50年代。其内容包括：核科学、高能物理和核技术中有关 核辐射和粒子探测的电子技术；核爆炸和外层空间的辐射对电子系统的效应和抗辐射 的加固技术；核技术应用中所需的核电子技术。核辐射现象（天然放射性）发现于 1896年。1926年H盖革等发明了能探测单次辐射的GM计数管，使核物理实验得到了电 子技术的支持，从而促成了核物理学和高能物理学上一系列重要的发现。1931年卢瑟 福实验室制成包括放大器、甄别器、计数器和电源的成套电子仪器，是核物理实验中 早期的有力工具。第二次世界大战开始后，围绕核武器的研制，核电子学得到更大发 展，逐渐形成了一门学科。1949年，R.L.霍夫斯塔特发明了闪烁计数器，推动了核γ谱 学和相应测量仪器γ谱仪的发展。50年代中、后期，高能加速器出现，物理学家开始寻 找新的基本粒子。60年代中期，核电子仪器的晶体管化几乎已全部实现。1968年和 1970年，卡尔帕克先后发明了多丝室和漂移室探射器，它们的信号丝数可达数万。因 此要求有快、准、稳的电子读出电路。这种由大型快速电子电路计算机组成的系统在 70年代中出现大规模集成电路等器件后才得以实现。这种全电子式探测器在高能物理
核辐射
• 也称为电离辐射、射线，泛指原子或原子核的某些 过程（如核衰变或核裂变等）放出的粒子，或由加 速器加速的离子或核反应产生的各种粒子，包括 （4He2+）、3He、p、d、t等重带电粒子，重离子和 裂变碎片，e+、e-（射线）等轻带电粒子，X、射 线，中子等。
• 包括：高能电磁波：X、γ射线； 粒子：带电粒子、中性粒子等。
平均电离能W 探33 e测V 器可同等左效为一个电30流0eV源，
Байду номын сангаас
Si: 0.12 3eV
电流脉冲中包（不含同的气体时间特性和（第电一打荷拿信极上息接与收到探一测个光器种类有关
20-40eV之间
电子所损耗的入射粒子的能量
）
）
倍增系数A
1
102-104
~105
1
1MeV能量所产 3×104 电子 ~107电 生的电荷对数 离子对 子离子