PXIe-X1048高速数字化仪助力核素识别项目研究

核素识别是提高放射性监测性能的关键要素，在核技术应用中扮演着至关重要的角色。

核素识别是基于辐射的特性进行核素检测和分析，通过测量辐射能量、强度和时间特性等波形特征参数，来确定核素的种类和活度。其中涉及到的液体闪烁体探测器系统需要对中子与伽马射线(n/γ)甄别，剔除伽马信号后，对中子信号的波形特征进行记录。

01 中子与伽马射线(n/γ)甄别难点

 伽马射线与中子事例率表现差异

中子和伽马射线具有不同的能量和与物质相互作用的方式，其中伽马射线的电离作用会产生大量电子-空穴对，导致高事例率¹，而中子通常会表现出较低的事例率，除非发生特定条件下的核反应，因此，在设计中子和伽马射线甄别系统时，需要根据不同的要求选择合适的数据采集系统，并确保能够处理不同事例率下的数据。

 实现对高事例率数据实时波形脉冲甄别与筛选

中子与伽马射线的甄别中由于中子与周围环境的非弹性散射²、慢化中子的辐射俘获³等原因，存在中子的场合几乎都伴随着大量的伽马射线本底[1]，且中子探测器对伽马射线格外灵敏，这就导致伽马射线谱中相当大的波动和噪声的快速测量难度极高，不仅需要去除噪声、背景减除、特征提取，还要避免低计数通道信息的丢失。

02 打破“数据孤岛”，实现“信号互联”

中子与伽马射线（n/γ）甄别电子学系统用于闪烁体探测器对中子及伽玛射线进行探测，探测器信号经过光电倍增管放大后接入中子与伽马射线（n/γ）甄别电子学系统，进行液闪信号在线测量和信号预处理，获得液闪信号的波形特征参数，从而实现信号中子与伽玛射线分辨及中子信号的波形特征记录。

在采样率量化精度指标为14bit@500MSPS、事例率为单通道最高100kHz的严苛指标下，针对某科研客户面临的中子与伽马射线(n/γ)甄别难题，中科采象采用“高精度、高速连续实时采集技术”、“基于PXIe平台的数据读出和系统同步技术”等关键技术，利用PXIe-X1048高速、高精度采集卡等产品，研制一套中子与伽马射线（n/γ）甄别电子学系统，解决某单位中子与伽马射线(n/γ)甄别难题，助力核素识别项目研究。

高事例率数据采集储存能力

中子与伽马射线（n/γ）甄别电子学系统采用高速PCIe总线技术，配合高效率自定义PCIe驱动及高速固态硬盘，实现了100k/s以上事例率数据采集存储。

核素数据采集分析性能高效

500M数采模块（PXIe-X1048）：多通道波形数字化，实现信号调理、波形采集，支持在线分析、在线参数及触发判选等实时处理算法，采样率支持500MSPS，量化精度14bit。

时钟触发模块：全局授时及同步触发处理，实现多通道同步采集、全局符合触发处理及多机箱级联扩展，系统内通道间同步精度好于10ps（RMS）。

SSD磁盘阵列：8TB，5GB/s读写速度。

万兆网卡：1GB/s传输速度。

PCIe接口：PCIe Gen3x8高速数据读取。

自研自定义数字脉冲处理算法

基于FPGA的数字脉冲处理算法技术，实现数字恒比定时、信号脉冲幅度分析、高事例率脉冲波形甄别、实时能量数字转换，解决高本底条件下的数据处理问题。

灵活模块化仪器技术及强大软件功能

灵活模块化仪器技术，适配多种应用需求和场景，大幅度降低客户硬件成本。

软件功能强大，适用于Win/Linux操作系统，人机界面友好，使用方便，具备实时监控和数据存储能力，提高客户软件使用便捷性，加快客户产品化进程推进。

 多样化专业增值服务

中科采象针对硬件产品提供3年质保服务计划，同时提供系统试用、系统集成、Labview对接、算法定制等服务。

本次与中科采象的合作，某单位成功解决了核素识别项目中面临的中子与伽马射线(n/γ)甄别难题，为中子与伽马射线(n/γ)甄别提供了有效的解决方案，为核素识别项目提供重要技术支撑，实现提质增效。

专业名词释义

1.事例率：是指在一定时间内发生事件的频率。

2.非弹性散射：高能快中子射入物质，与构成物质的原子核（靶核）发生作用时，先被靶核吸收形成复合核，而后再放出较低能量的中子。

3.辐射俘获：中子被核吸收，而核通过释放伽马射线的形式将多余的能量放出而重新达到相对稳定的状态。

注：[1] G.F.Knoll.Radiation Detection and Measurement[M]. thirde. , New York,Wiley, 2000.

声明：本平台部分图文参考来源于网络，如图文涉及版权和其他问题，请于30日内联系本平台修改或删除！