Luận Văn Thạc Sĩ: Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Tách Xung Neutron Và Gamma Sử Dụng Kỹ Thuật Xử Lý Tín Hiệu Số

• Tác giả: Phan Văn Chuân
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Đức Hòa
• Trường học: Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
• Đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ tách xung neutron và gamma bằng kỹ thuật xử lý tín hiệu số
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Lạt

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan các hệ đo nơtron
• 1.2. Đo nơtron với các ống đếm khí
• 1.3. Đo nơtron với các đetectơ nhấp nháy
• 1.4. Hệ đo nơtron sử dụng kỹ thuật tương tự
• 1.5. Hệ đo nơtron sử dụng kỹ thuật số
• 1.6. Loại trừ ảnh hưởng của gamma trong các phổ đo nơtron
• 1.6.1. Loại trừ gamma trong các ống đếm khí
• 1.6.2. Loại trừ gamma cho các đetectơ nhấp nháy
• 1.7. Một số phương pháp phân biệt xung nơtron/gamma trong đetectơ
• 1.7.1. Kỹ thuật phân biệt dựa vào thời gian vượt ngưỡng
• 1.7.2. Kỹ thuật phân biệt dựa vào độ dốc xung
• 1.7.3. Kỹ thuật phân biệt dựa vào diện tích đuôi xung
• 1.7.4. Phương pháp phân biệt dựa vào khớp với xung chuẩn
• 1.7.5. Phương pháp nhận dạng mẫu
• 1.7.6. Phương pháp phân biệt dùng biến đổi wavelet
• 1.8. Đánh giá hiệu quả phân biệt dạng xung của các phương pháp
• 1.9. Kỹ thuật DSP và công nghệ FPGA trong thiết kế, chế tạo hệ đo nơtron
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐETECTƠ NHẤP NHÁY ĐO NƠTRON – GAMMA
• 2.1. Thiết kế vỏ đầu nhấp nháy EJ-301
• 2.2. Thiết kế vỏ của đetectơ
• 2.3. Ống nhân quang
• 2.4. Tiền khuếch đại (TKĐ)
• 2.5. Xây dựng hệ đo nơtron sử dụng đetectơ EJ-301
• 2.5.1. Xây dựng phần cứng hệ đo
• 2.5.2. Xây dựng phần mềm hệ đo
• 2.5.3. Xây dựng các thuật toán phân biệt dạng xung nơtron/gamma
• 2.5.3.1. Phương pháp thời gian vượt ngưỡng
• 2.5.3.2. Phương pháp độ dốc xung
• 2.5.3.3. Phương pháp diện tích
• 2.5.3.4. Phương pháp nhận dạng mẫu
• 2.5.3.5. Phương pháp phân biệt dạng xung dựa vào xung tham khảo
• 2.5.3.5.1. Xây dựng xung tham khảo nơtron và gamma
• 2.5.3.5.2. Phương pháp xung tham khảo
• 2.5.3.5.3. Loại bỏ các xung chồng chập
• 2.5.4. Đánh giá hệ đo
• 2.5.4.1. Đánh giá đetectơ
• 2.5.4.2. Đánh giá hệ đo nơtron DRS4
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả thiết kế và chế tạo đetectơ EJ-301 đo nơtron-gamma
• 3.1.1. Các tham số cơ bản của đetectơ
• 3.1.2. Độ tuyến tính của đetectơ
• 3.1.3. Chuẩn năng lượng
• 3.1.4. Độ nhạy của đetectơ
• 3.1.5. Hiệu suất ghi của đetectơ
• 3.1.6. Kết quả sử dụng các phương pháp phân biệt dạng xung nơtron/gamma cho đetectơ EJ-301
• 3.2. Kết quả đạt được của phương pháp xung tham khảo trên đetectơ EJ-301
• 3.3. Kết quả thực hiện trên hệ đo nơtron nhanh và gamma
• 3.3.1. Chương trình MCA_DRS4
• 3.3.2. So sánh hiệu quả phân biệt dạng xung
• 3.3.3. So sánh phổ nơtron/gamma đo được với một số nghiên cứu khác
• KẾT LUẬN
• NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế hệ tách xung

Việc thiết kế hệ tách xung nơtron và gamma là một nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực vật lý hạt nhân. Hệ thống này cần phải có khả năng phân biệt chính xác giữa xung neutron và xung gamma, điều này đòi hỏi sự kết hợp giữa các công nghệ hiện đại và các phương pháp xử lý tín hiệu. Các hệ thống tách xung hiện nay thường sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu số để cải thiện độ chính xác và hiệu suất. Việc áp dụng công nghệ xử lý tín hiệu số (DSP) cho phép thực hiện các thuật toán phức tạp nhằm phân tích và phân biệt các loại xung khác nhau. Theo nghiên cứu, việc sử dụng các phương pháp tách xung như phân tích tần số và nhận dạng mẫu đã cho thấy hiệu quả cao trong việc phân biệt giữa tín hiệu neutron và tín hiệu gamma.

1.1. Các phương pháp tách xung

Các phương pháp tách xung hiện nay bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau, từ kỹ thuật phân biệt dựa vào thời gian vượt ngưỡng đến kỹ thuật phân biệt dựa vào diện tích đuôi xung. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống. Ví dụ, phương pháp thời gian vượt ngưỡng cho phép phân biệt tốt giữa xung neutron và xung gamma trong các điều kiện nhất định, trong khi phương pháp diện tích có thể cung cấp độ chính xác cao hơn trong các ứng dụng khác. Sự phát triển của các kỹ thuật xử lý tín hiệu số đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải thiện hiệu suất của các hệ thống tách xung này.

II. Chế tạo hệ tách xung

Quá trình chế tạo hệ tách xung nơtron và gamma bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc lựa chọn vật liệu cho đến lắp ráp các thành phần của hệ thống. Việc lựa chọn đetectơ nhấp nháy như EJ-301 là một trong những quyết định quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phát hiện và phân biệt các loại bức xạ. Các kỹ thuật chế tạo hiện đại cho phép tối ưu hóa thiết kế của đetectơ, từ đó nâng cao hiệu suất ghi nhận. Hệ thống cần được thiết kế sao cho có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, đồng thời đảm bảo tính di động và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng công nghệ FPGA trong thiết kế cũng giúp cải thiện khả năng xử lý tín hiệu và giảm thiểu độ trễ trong việc phân tích dữ liệu.

2.1. Thiết kế phần cứng

Thiết kế phần cứng cho hệ tách xung bao gồm việc lựa chọn các linh kiện điện tử phù hợp, như ống nhân quang và tiền khuếch đại. Các linh kiện này cần phải được tối ưu hóa để đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Việc lắp ráp các thành phần cũng cần được thực hiện cẩn thận để tránh các lỗi có thể xảy ra trong quá trình hoạt động. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa thiết kế phần cứng có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống, từ đó nâng cao khả năng phân biệt giữa tín hiệu neutron và tín hiệu gamma.

III. Đánh giá hiệu quả hệ tách xung

Đánh giá hiệu quả của hệ tách xung là một bước quan trọng để xác định khả năng hoạt động của hệ thống. Các chỉ số như độ nhạy, độ tuyến tính và hiệu suất ghi của đetectơ cần được kiểm tra và phân tích kỹ lưỡng. Việc sử dụng các phương pháp phân biệt dạng xung như phương pháp nhận dạng mẫu và phân tích tần số đã cho thấy khả năng phân biệt tốt giữa xung neutron và xung gamma. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng hệ thống có thể đạt được độ chính xác cao trong việc phân biệt các loại bức xạ, từ đó mở ra nhiều ứng dụng trong nghiên cứu và công nghiệp.

3.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hệ tách xung có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau. Các tham số như độ nhạy và hiệu suất ghi được đánh giá cao, cho thấy rằng hệ thống có khả năng phân biệt tốt giữa tín hiệu neutron và tín hiệu gamma. Việc áp dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu số đã giúp cải thiện đáng kể khả năng phân tích và nhận dạng các loại xung khác nhau. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa các phương pháp phân biệt để nâng cao hiệu quả của hệ thống.