Luận án tiến sĩ thiết kế, chế tạo hệ tách xung nơtron và gamma sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM PHAN VĂN CHUÂN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ TÁCH XUNG NƠTRON VÀ GAMMA SỬ DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Đà Lạt - 2019 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM PHAN VĂN CHUÂN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ TÁCH XUNG NƠTRON VÀ GAMMA SỬ DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 9.44.01.06 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ĐỨC HÒA TS NGUYỄN XUÂN HẢI Đà Lạt - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi thực hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Đức Hòa TS Nguyễn Xn Hải Bên cạnh đó, tơi nhận tham gia hỗ trợ thành viên nhóm nghiên cứu Các số liệu thực nghiệm kết nghiên cứu nêu luận án tổng hợp từ cơng trình nghiên cứu đăng tải tạp chí, kỷ yếu hội nghị khoa học – công nghệ không chép công trình Tác giả i LỜI CÁM ƠN Đề hồn thành luận án này, nhận hướng dẫn, động viên nhiều người Trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Đức Hịa, người Thầy tận tình hướng dẫn, động viên tơi suốt q trình học tập thực luận án Những nhận xét, đánh giá Thầy, đặc biệt định hướng nghiên cứu hướng giải vấn đề học q giá tơi khơng q trình thực luận án mà cho hoạt động nghiên cứu chuyên môn sau Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS Nguyễn Xuân Hải tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi nhiều suốt trình thực luận án, đặc biệt kiến thức thực nghiệm công bố khoa học Xin trân trọng cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Đà Lạt, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý – Trường Đại học Đà Lạt ủng hộ, động viên, tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hồn thành nhiệm vụ Tơi xin chân thành cảm ơn đến Anh/Chị Trung tâm đào tạo, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt tạo điều kiện, tận tình giúp đỡ nhiều trình thực nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Ngọc Sơn TS Trần Tuấn Anh – Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt việc giúp đỡ bố trí thí nghiệm đo kênh trao đổi chuyên mơn bổ ích cho luận án Cuối cùng, tơi xin cảm ơn đến người thân, bạn hữu xa, gần chia sẻ giúp đỡ suốt trình thực luận án Nghiên cứu sinh Phan Văn Chuân ii Lời cam đoan i Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt v Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ, đồ thị ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Hệ đo nơtron 1.1.1 Tổng quan hệ đo nơtron 1.1.2 Đo nơtron với ống đếm khí 1.1.3 Đo nơtron với đetectơ nhấp nháy 1.1.4 Hệ đo nơtron sử dụng kỹ thuật tương tự 1.1.5 Hệ đo nơtron sử dụng kỹ thuật số 1.2 Loại trừ ảnh hưởng gamma phổ đo nơtron 1.2.1 Loại trừ gamma ống đếm khí 1.2.2 Loại trừ gamma cho đetectơ nhấp nháy Một số phương pháp phân biệt xung nơtron/gamma đetectơ 1.3 nhấp nháy 1.3.1 Kỹ thuật phân biệt dựa vào thời gian vượt ngưỡng 1.3.2 Kỹ thuật phân biệt dựa vào độ dốc xung 1.3.3 Kỹ thuật phân biệt dựa vào diện tích xung 1.3.4 Phương pháp phân biệt dựa vào khớp với xung chuẩn 1.3.5 Phương pháp nhận dạng mẫu 1.3.6 Phương pháp phân biệt dùng biến đổi wavelet Đánh giá hiệu phân biệt dạng xung phương pháp 1.4 Kỹ thuật DSP công nghệ FPGA thiết kế, chế tạo hệ đo 1.5 nơtron Kết luận chương Chương THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết kế chế tạo đetectơ nhấp nháy đo nơtron – gamma sử dụng nhấp nháy lỏng EJ-301 2.1.1 Thiết kế vỏ đầu nhấp nháy EJ-301 2.1.2 Thiết kế vỏ đetectơ 2.1.3 Ống nhân quang 2.1.4 Tiền khuếch đại (TKĐ) 2.2 Xây dựng hệ đo nơtron sử dụng đetectơ EJ-301 iii 7 9 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 26 27 29 31 31 31 32 33 35 40 2.2.1 Xây dựng phần cứng hệ đo 40 2.2.2 Xây dựng phần mềm hệ đo 48 2.3 Xây dựng thuật toán phân biệt dạng xung nơtron/gamma 57 2.3.1 Phương pháp thời gian vượt ngưỡng 58 2.3.2 Phương pháp độ dốc xung 59 2.3.3 Phương pháp diện tích 60 2.3.4 Phương pháp nhận dạng mẫu 62 2.4 Phương pháp phân biệt dạng xung dựa vào xung tham khảo 63 2.4.1 Xây dựng xung tham khảo nơtron gamma 63 2.4.2 Phương pháp xung tham khảo 64 2.4.3 Loại bỏ xung chồng chập 66 2.5 Đánh giá hệ đo 67 2.5.1 Đánh giá đetectơ 67 2.5.2 Đánh giá hệ đo nơtron DRS4 77 Kết luận chương 81 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 82 3.1 Kết thiết kế chế tạo đetectơ EJ-301 đo nơtron-gamma 82 3.1.1 Các tham số đetectơ: 82 3.1.2 Độ tuyến tính đetectơ: 84 3.1.3 Chuẩn lượng 85 3.1.4 Độ nhạy đetectơ: 86 3.1.5 Hiệu suất ghi đetectơ 86 3.1.6 Kết sử dụng phương pháp phân biệt dạng xung nơtron/gamma cho đetectơ EJ-301 87 3.2 Kết đạt phương pháp xung tham khảo đetectơ EJ301 91 3.3 Kết thực hệ đo nơtron nhanh gamma 94 3.3.1 Chương trình MCA_DRS4 94 3.3.2 So sánh hiệu phân biệt dạng xung 104 3.3.3 So sánh phổ nơtron/gamma đo với số nghiên cứu khác 104 KẾT LUẬN 106 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN 108 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADC Analog-to-Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự thành số AMP Amplifier Bộ khếch đại CFD Constant Fraction Discriminator Bộ phát ngưỡng CPR Correlation Pattern Recognition Phương pháp nhận dạng mẫu DBQC Discrimination on Phân biệt dựa phân cụm lượng based quantum clustering tử DC Direct Current Dòng điện chiều DCI Digital Charge Integration Phương pháp tích phân xung DFTM Discrete Fourier Transform Phương pháp biến đổi Fourier rời Method rạc DRS4 Domino Ring Sampler Vòng lấy mẫu theo hiệu ứng domino DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DWT Discrete Wavelets Transform Biến đổi wavelet rời rạc EEPROM Electrically Erasable ROM Bộ nhớ ROM xóa điện ENOB Effective number of bits Số bit hiệu dụng FFT Fast Fourier Transform Phân tích Fourier nhanh FFA Fast Filter Amplifier Bộ khuếch đại lọc nhanh FIFO First-In, First-Out Bộ đệm vào trước, trước FoM Figure of Merits Hệ số phẩm chất FPGA Field-Programmable Gate Array Mảng cổng lập trình FWHM Full Width at Half Maximum v Độ rộng nửa chiều cao GSPS Giga-Samples Per Second Tỉ mẫu giây HPGe High-Purity Germanium Đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HV High-Voltage Cao keVee keV electron equivalent keV tương đương LVDS Low-Voltage Differential Signaling LPƯHN MCA Tín hiệu vi phân điện áp thấp Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Máy phân tích đa kênh Multi Channel Analyzer MCA_DRS4 Multi Channel Analyzer DRS4 Máy phân tích đa kênh sử dụng mạch DRS4 MeVee MeV electron equivalent MeV tương đương MSPS Mega-Samples Per Second Triệu mẫu giây MWPC Multi-Wire Proportional Counter Ống đếm tỷ lệ đa dây OP-AMP Operational Amplifier Bộ khuếch đại thuật toán PGA Pulse Gradient Analysis Phân tích độ dốc xung PMT Photomultiplier Tube Ống nhân quang điện PSA Pulse Shape Analyzer Bộ phân tích dạng xung PSD Pulse Shape Discrimination Phân biệt dạng xung PSI Paul Scherrer Institute Viện nghiên cứu Paul Scherrer RAM Random-Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RMS Root Mean Square Giá trị hiệu dụng ROI Region-of-interest Vùng quan tâm vi RP Reference-Pulse Phương pháp xung tham khảo RPg Reference-Pulse gamma Xung tham khảo gamma RPn Reference-Pulse neutron Xung tham khảo neutron SCA Single Channel Analyzer Máy phân tích đơn kênh SFDR Spurious-Free Dynamic Range Dải động vùng nhiễu SEF Standard Event Fit Khớp với xung chuẩn SINQ Spallation Neutron Source SNR Signal-to-noise ratio TAC Time-to-Amplitude Converter TCT Threshold-Crossing Time Thời gian vượt ngưỡng TKĐ Preamplifier Tiền khuếch đại ToF Time of Flight Phương pháp thời gian bay USB Universal Serial Bus Giao diện nối tiếp đa UV Ultraviolet Tia tử ngoại VHDL WTM Nguồn nơtron tạo máy gia tốc hạt Tỉ số tín hiệu nhiễu VHSIC Hardware Description Language Wavelet Transform Method vii Bộ chuyển đổi thời gian thành biên độ Ngôn ngữ mô tả phần cứng Phương pháp biến đổi wavelet DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thành phần phân rã số chất nhấp nháy hữu 15 Bảng 1.2 Một số phương pháp phân biệt dạng xung nơtron/gamma 18 Bảng 2.1 Các tham số R9420 [63] 34 Bảng 2.2 Các tham số quan trọng THS3202 37 Bảng 2.3 Các tham số linh kiện sử dụng mạch TKĐ 39 Bảng 2.4 Giá trị đọc tương ứng với điện áp hai chế độ điện áp vào 54 Bảng 2.5 Các tham số máy phát xung ORTEC 419 68 Bảng 2.6 Các tham số oscilloscope DPO7254C 68 Bảng 2.7 Kết khảo sát tham số TKĐ với hệ số khuếch đại khác 69 Bảng 2.8 Tốc độ đếm theo khoảng cách đến nguồn giá trị trung bình đường 71 Bảng 2.9 Biên độ xung tương ứng với lượng nguồn 22Na,137Cs 60 Co 75 Bảng 3.1 Kết khảo sát tham số đetectơ EJ-301 83 Bảng 3.2 Kết khảo sát tốc độ đếm hiệu suất ghi số nguồn gamma nơtron 86 Bảng 3.3 Bảng tham số khớp với số liệu đo từ nguồn 137 Cs 252 Cf theo biểu thức (1.2) 87 Bảng 3.4 Giá trị tham số (3.4) khớp cho bốn phương pháp 90 Bảng 3.5 So sánh tỉ lệ nơtron phân loại so với số kiện ghi nhận phương pháp 99 Bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết đếm nơtron gamma nguồn 252Cf 100 Bảng 3.7 Số đếm tổngvà tỉ lệ nơtron thu dòng nơtron 148keV từ kênh số lò PƯHN Đà Lạt 101 Bảng 3.8 So sánh tỉ lệ nơtron loại bỏ xung chồng chập đo phông .102 Bảng 3.9 Bảng so sánh giá trị FoM bốn phương pháp chương trình MCA_DRS4 so với cơng trình khác 103 viii (a) (b) Hình 3.27 So sánh phổ đo gamma từ: (a) Trong nghiên cứu này; (b) Trong nghiên cứu [81] Hình 3.28 so sánh phổ đo nguồn 252 Cf nghiên cứu phổ đo Majid Jalali cộng [81] Hình 3.28 Phổ đo nguồn 252Cf: (a) Trong nghiên cứu này, (b) Nghiên cứu Majid Jalali cộng [81] 105 KẾT LUẬN Nhiệm vụ luận án thiết kế chế tạo hệ tách nơtron gamma sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số Một nghiên cứu quan trọng luận án thiết kế, chế tạo đetectơ có tiền khuếch đại giải thuật phân biệt xung nơtron gamma từ đetectơ nhấp nháy với hệ điện tử lấy mẫu tần số cao kỹ thuật xử lý tín hiệu số Các kết đạt luận án gồm có: Đã thiết kế chế tạo thành công đetectơ đo nơtron gamma sử dụng nhấp nháy lỏng EJ-301 với đặc trưng chính: Tỉ số tín hiệu tạp âm độ tuyến tính cao, độ trơi mức DC nhỏ, thích hợp sử dụng hệ đo nơtron gamma Xung đetectơ phù hợp để ứng dụng phương pháp phân biệt dạng xung, phân loại ghi nhận đồng thời nơtron gamma đetectơ Khả phân biệt nơtron/gamma hệ đo sử dụng đetectơ tương đương số hệ đo khác giới [9,50,52] Do đó, đetectơ thích hợp cho hệ đo phổ nơtron gamma chất lượng cao Độ nhạy, hiệu suất ghi khả đo môi trường tốc độ đếm cao cho thấy đetectơ sử dụng để xây dựng hệ đo liều nơtron – gamma với dải liều rộng Đetectơ chế tạo với chi phí thấp mở khả ứng dụng rộng rãi hệ đo cảnh báo phóng xạ nơtron-gamma Đã đánh giá phát triển phương pháp phân biệt dạng xung nơtron/gamma dựa vào xung tham khảo với kết đạt được: Khả phân biệt nơtron/gamma cao so với phương pháp khác TCT, PGA, DCI CPR Đặc biệt, hiệu phân biệt phương pháp RP (FoM>7,0) vượt trội so với phương pháp khác vùng ngưỡng lượng thấp 200keVe Hiệu phân biệt phương pháp RP không phụ thuộc nhiều vào tỉ số tín hiệu tạp âm, RP áp dụng tốt hệ đo nơtron sử dụng đetectơ nhấp nháy lỏng Tỉ lệ phân loại xác nguồn gamma đạt 97,2% trường hợp chưa áp dụng giải thuật nhận dạng xung chồng chập 99% áp dụng giải thuật nhận 106 dạng xung chồng chập, phương pháp RP sử dụng hệ đo nơtron-gamma yêu cầu chất lượng cao Phương pháp RP dựa so sánh với xung tham khảo có giải thuật đơn giản Các giải thuật thực trực tiếp xung từ đetectơ nhấp nháy mà không cần hình thành lại xung, phương pháp RP có khả áp dụng cho hệ phân biệt nơtron/gamma kỹ thuật số có tốc độ đếm cao không yêu cầu cao tài nguyên phần cứng Đã xây dựng thành công hệ đo nơtron gamma kỹ thuật số sử dụng đetectơ EJ-301 mạch số hóa DRS4 với tính bật: Phần cứng hệ đo gồm đetectơ EJ301, số hóa-xử lý xung, nguồn ni máy tính kết nối với khối hệ nhỏ gọn, thích hợp để ứng dụng hệ quan trắc kiểm sốt phóng xạ, đo đánh giá đồng thời liều nơtron gamma với khả di động cao Phần mềm điều khiển đo thu nhận số liệu tích hợp bốn phương pháp phân biệt dạng xung nơtron/gamma: PGA, DCI, CPR RP có khả phân tách nhận diện nhanh xung nơtron/gamma với độ xác cao, đồng thời xây dựng phổ đo nơtron/gamma Các kết nghiên cứu luận án góp phần nghiên cứu, nội địa hóa hệ đo nơtron/gamma nói riêng đo ghi xạ nói chung với chi phí thấp chất lượng cao 107 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN Việc thiết kế xây dựng thành công hệ đo nơtron/gamma kỹ thuật số sử dụng đetectơ EJ-301 mạch số hóa DRS4 với phần mềm đo tích hợp thuật toán phân biệt nơtron/gamma cho phép đo xác định đồng thời nơtron/gamma đetectơ mở số khả nghiên cứu tiếp theo: 1) Chuyển giải thuật phân biệt dạng xung nơtron/gamma vào FPGA để tăng tốc độ nhận dạng xung hệ 2) Nghiên cứu ứng dụng khả đo đồng thời nơtron/gamma để xây dựng hệ cảnh báo phóng xạ nơtron-gamma phục vụ cơng tác kiểm sốt an tồn phóng xạ 3) Nghiên cứu giải thuật trí tuệ nhân tạo để nâng cao khả nhận diện xung nơtron/gamma tích hợp với phần cứng FPGA để làm hệ đo, cảnh báo thông minh Bản mạch DRS4 với lợi độ phân giải thời gian cung cấp kênh vào số hóa, phát triển thành hệ đo đa như: ứng dụng phép đo nơtron thời gian bay hệ đo trùng phùng kỹ thuật số chất lượng cao 108 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1) Phan Van Chuan, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Xuan Hai, Nguyen Ngoc Anh, Tuong Thi Thu Huong, Nguyen Nhi Dien, Pham Dinh Khang (2016), "The efficient neutron-gamma pulse shape discrimination with small active volume scintillation detector", Nuclear Science and Technology, Vol.6, No 3, pp 60-66 2) Phan Van Chuan, Nguyen Xuan Hai, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Ngoc Anh, Pham Dinh Khang, Dinh Tien Hung (2016), "Digital method comparision for discrimination of netrons and gamma-rays with scintillation detector”, Nuclear Science and Technology, Vol.6, No 4, pp 32-39 3) Phan Van Chuan, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Xuan Hai, Nguyen Duy Tan (2018), "Manufacture of a fast neutron detector using EJ-301 liquid scintillator", Science & Technology Development, Vol 21, No T2, p 76-81 4) Phan Van Chuan, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Xuan Hai, Nguyen Hoang (2018), "Development of a neutron/gamma pulse shape discrimination method for the fast neutron detector using EJ-301 liquid scintillator", Proceedings of Advances in Applied and Engineering Physics – CAEP V, pp 75-81 5) Phan Van Chuan, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Xuan Hai, Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Nhi Dien, Pham Dinh Khang (2018), “A scintillation detector configuration for pulse shape analysis”, Nuclear Engineering and Technology 50 pp 1426-1432; https://doi.org/10.1016/j.net.2018.07.009 6) Phan Van Chuan, Nguyen Xuan Hai (2019), “Evaluating four neutron-gamma discrimination methods with EJ-301scintillator”, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Volume 98, Issue 1, pp 75–84; https://doi.org/10.1007/s10470-018-1324-0 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G.F Knoll, Radiation detection and measurement, John Wiley & Sons, 2010 [2] R Nolte, Detection of Neutrons, in: Spring, 2010: pp 1–24 [3] A Peurrung, Recent developments in neutron detection, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 443 (2000) 400–415 doi:10.1016/S0168-9002(99)01165-1 [4] M Nakhostin, P.M Walker, Application of digital zero-crossing technique for neutron–gamma discrimination in liquid organic scintillation detectors, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 621 (2010) 498–501 [5] A.C Comrie, A Buffler, F.D Smit, H.J Wörtche, Digital neutron/gamma discrimination with an organic scintillator at energies between MeV and 100 MeV, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 772 (2015) 43–49 [6] M Flaska, M Faisal, D.D Wentzloff, S.A Pozzi, Influence of sampling properties of fast-waveform digitizers on neutron− gamma-ray, pulse-shape discrimination for organic scintillation detectors, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 729 (2013) 456–462 [7] R Aryaeinejad, J.K Hartwell, D.F Spencer, Comparison between digital and analog pulse shape discrimination techniques for neutron and gamma ray separation, in: Nucl Sci Symp Conf Rec 2005 IEEE, IEEE, 2005: pp 500– 504 [8] M Amiri, Discrimination of neutron and photon signals, (2012) [9] C.S Sosa, M Flaska, S.A Pozzi, Comparison of analog and digital pulseshape-discrimination systems, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 826 (2016) 72–79 doi:10.1016/j.nima.2016.03.088 [10] C Payne, P.J Sellin, M Ellis, K Duroe, A Jones, M Joyce, G Randall, R 110 Speller, Neutron/gamma pulse shape discrimination in EJ-299-34 at high flux, in: 2015 IEEE Nucl Sci Symp Med Imaging Conf NSS/MIC 2015, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2016 [11] A Masuda, T Matsumoto, H Harano, Y Tanimura, Y Shikaze, H Yoshitomi, S Nishino, S Kurashima, M Hagiwara, Y Unno, Time-of-Flight Measurements for Low-Energy Components of 45-MeV Quasi- Monoenergetic High-Energy Neutron Field from 7Li(p,n) Reaction, IEEE Trans Nucl Sci 62 (2015) 1295–1300 [12] E Bayat, N Divani-Vais, M.M Firoozabadi, N Ghal-Eh, A comparative study on neutron-gamma discrimination with NE213 and UGLLT scintillators using zero-crossing method, Radiat Phys Chem 81 (2012) 217–220 doi:10.1016/j.radphyschem.2011.10.016 [13] F.D Brooks, A scintillation counter with neutron and gamma-ray discriminators, Nucl Instruments Methods (1959) 151–163 [14] Y Kaschuck, B Esposito, Neutron/γ-ray digital pulse shape discrimination with organic scintillators, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 551 (2005) 420–428 [15] G Liu, M.J Joyce, X Ma, M.D Aspinall, A digital method for the discrimination of neutrons and γ rays with organic scintillation detectors using frequency gradient analysis, IEEE Trans Nucl Sci 57 (2010) 1682– 1691 doi:10.1109/TNS.2010.2044246 [16] D Takaku, T Oishi, M Baba, Development of Neutron-Gamma Discrimination Technique using Pattern-Recognition Method with Digital Signal Processing, in: Prog Nucl Sci Technol., 2011: pp 210–213 [17] A.A Naqvi, M.M Nagadi, K Rehman, S Kidwai, Performance comparison of NE213 detectors for their application in moisture measurement, Appl Radiat Isot 53 (2000) 745–754 [18] M.J Safari, F.A Davani, H Afarideh, S Jamili, E Bayat, Discrete Fourier Transform Method for Discrimination of Digital Scintillation Pulses in Mixed 111 Neutron-Gamma Fields, IEEE Trans Nucl Sci 63 (2016) 325–332 [19] W Bo, Z Xue-Ying, C Liang, G Hong-Lin, M Fei, Z Hong-Bin, J YongQin, Z Yan-Bin, L Yan-Yan, X Xiao-Wei, Digital pulse shape discrimination methods for n-γ separation in an EJ-301 liquid scintillation detector, Chinese Phys C 39 (2015) 116201 [20] F Pino, L Stevanato, D Cester, G Nebbia, L Sajo-Bohus, G Viesti, The light output and the detection efficiency of the liquid scintillator EJ-309, Appl Radiat Isot 89 (2014) 79–84 doi:10.1016/j.apradiso.2014.02.016 [21] S.D Jastaniah, P.J Sellin, Digital techniques for n/γ pulse shape discrimination and capture-gated neutron spectroscopy using liquid scintillators, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 517 (2004) 202–210 [22] S.D Ambers, M Flaska, S.A Pozzi, A hybrid pulse shape discrimination technique with enhanced performance at neutron energies below 500 keV, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 638 (2011) 116–121 [23] A.C Comrie, A Buffler, F.D Smit, H.J Wörtche, Digital neutron/gamma discrimination with an organic scintillator at energies between MeV and 100 MeV, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 772 (2015) 43–49 doi:10.1016/j.nima.2014.10.058 [24] T.L Johnson, Y Lee, K.A Lowry, S.G Gorbics, Recent advances in Bonner sphere neutron spectrometry, in: Proc Top Conf Theory Pract Radiat Prot Shield., 1987 [25] B D’Mellow, M.D Aspinall, R.O Mackin, M.J Joyce, A.J Peyton, Digital discrimination of neutrons and γ-rays in liquid scintillators using pulse gradient analysis, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc doi:10.1016/j.nima.2007.04.174 112 Equip 578 (2007) 191–197 [26] C.C Lawrence, M Febbraro, T.N Massey, M Flaska, F.D Becchetti, S.A Pozzi, Neutron response characterization for an EJ299-33 plastic scintillation detector, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 759 (2014) 16–22 doi:10.1016/j.nima.2014.04.062 [27] J Černý, Z Doležal, M.P Ivanov, E.S Kuzmin, J Švejda, I Wilhelm, Study of neutron response and n-γ discrimination by charge comparison method for small liquid scintillation detector, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 527 (2004) 512–518 doi:10.1016/j.nima.2004.03.179 [28] S Singkarat, D Boonyawan, G.G Hoyes, U Tippawan, T Vilaithong, N.S Garis, H Kobus, Development of an encapsulated scintillating fiber detector as a 14-MeV neutron sensor, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 384 (1997) 463–470 [29] K Banerjee, T.K Ghosh, S Kundu, T.K Rana, C Bhattacharya, J.K Meena, G Mukherjee, P Mali, D Gupta, S Mukhopadhyay, Variation of neutron detection characteristics with dimension of BC501A neutron detector, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 608 (2009) 440–446 [30] A Yamazaki, K Watanabe, A Uritani, T Iguchi, N Kawaguchi, T Yanagida, Y Fujimoto, Y Yokota, K Kamada, K Fukuda, T Suyama, A Yoshikawa, Neutrongamma discrimination based on pulse shape discrimination in a Ce:LiCaAlF6scintillator, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 652 (2011) 435– 438 doi:10.1016/j.nima.2011.02.064 [31] K Kamada, U Enokido, S Ogawa, Neutron-gamma discrimination employing pattern recognition of the signal from liquid scintillator, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 426 (1999) 633–637 doi:10.1016/S0168-9002(98)01373-4 [32] R.F Lang, D Masson, J Pienaar, S Röttger, Improved pulse shape 113 discrimination in EJ-301 liquid scintillators, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 856 (2017) 26–31 [33] H Singh, R Mehra, Discrete Wavelet Transform Method for High Flux n-y Discrimination With Liquid Scintillators, IEEE Trans Nucl Sci 64 (2017) 1927–1933 [34] E Ronchi, P.A Söderström, J Nyberg, E Andersson Sundén, S Conroy, G Ericsson, C Hellesen, M Gatu Johnson, M Weiszflog, An artificial neural network based neutron-gamma discrimination and pile-up rejection framework for the BC-501 liquid scintillation detector, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 610 (2009) 534–539 doi:10.1016/j.nima.2009.08.064 [35] C Fu, A Di Fulvio, S.D Clarke, D Wentzloff, S.A Pozzi, H.S Kim, Artificial neural network algorithms for pulse shape discrimination and recovery of piled-up pulses in organic scintillators, Ann Nucl Energy 120 (2018) 410–421 [36] T.J Langford, C.D Bass, E.J Beise, H Breuer, D.K Erwin, C.R Heimbach, J.S Nico, Event identification in 3He proportional counters using risetime discrimination, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 717 (2013) 51–57 [37] E Technology, EJ-301, EJ-309 Datasheet, Eljen Technol (2016) [38] J.B Birks, F.W.K Firk, The theory and practice of scintillation counting, Phys Today 18 (1965) 60 [39] Eljen Technology, Neutron detector, Eljen Technol (2013) [40] Model 458 Pulse-Shape Analyzer, (n.d.) https://www.ortec-online.com//media/ametekortec/ /552-mnl.pdf [41] D Mazed, S Mameri, R Ciolini, Design parameters and technology optimization of 3He-filled proportional counters for thermal neutron detection and spectrometry applications, Radiat Meas 47 (2012) 577–587 [42] R Chandra, G Davatz, H Friederich, U Gendotti, D Murer, Fast neutron 114 detection with pressurized 4He scintillation detectors, J Instrum (2012) C03035 doi:10.1088/1748-0221/7/03/C03035 [43] R Chandra, G Davatz, H Friederich, U Gendotti, D Murer, Fast neutron detection with pressurized 4He scintillation detectors, J Instrum (2012) doi:10.1088/1748-0221/7/03/C03035 [44] N.P Hawkes, N.J Roberts, Digital dual-parameter data acquisition for SP2 hydrogen-filled proportional counters, Radiat Prot Dosimetry 161 (2013) 253–256 [45] Z.H Cho, I.S Ahn, C.M Tsai, Computer algorithms and detector electronics for the transmission X-ray tomography, IEEE Trans Nucl Sci 21 (1974) 218–227 [46] LIQUID SCINTILLATORS, Eljen Technol (n.d.) https://eljentechnology.com/products/liquid-scintillators [47] S Marrone, D Cano-Ott, N Colonna, C Domingo, F Gramegna, E.M Gonzalez, F Gunsing, M Heil, F Käppeler, P.F Mastinu, Pulse shape analysis of liquid scintillators for neutron studies, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 490 (2002) 299–307 [48] T Yanagida, K Watanabe, Y Fujimoto, Comparative study of neutron and gamma-ray pulse shape discrimination of anthracene, stilbene, and pterphenyl, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 784 (2015) 111–114 [49] Á Horváth, K Ieki, Y Iwata, J.J Kruse, Z Seres, J Wang, J Weiner, P.D Zecher, A Galonsky, Comparison of two liquid scintillators used for neutron detection, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 440 (2000) 241–244 doi:10.1016/S0168-9002(99)00797-4 [50] E Bayat, H Afarideh, F.A Davani, N Ghal-Eh, A quality survey on different shielding configurations of gamma ray detector used with a portable 115 PGNAA system, Radiat Phys Chem 120 (2016) 7–11 doi:10.1016/j.radphyschem.2015.11.012 [51] K Gul, A.A Naqvi, H.A Al-Juwair, Relative neutron detector efficiency and response function measurements with a 252Cf neutron source, Nucl Instruments Methods Phys Res A 278 (1989) 470–476 [52] S.A Pozzi, M.M Bourne, S.D Clarke, Pulse shape discrimination in the plastic scintillator EJ-299-33, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 723 (2013) 19–23 [53] Y Oyama, S Tanaka, K Tsuda, Y Ikeda, H Maekawa, A small spherical NE213 scintillation detector for use in in-assembly fast neutron spectrum measurements, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 256 (1987) 333–338 [54] A.N Vasil’ev, From luminescence non-linearity to scintillation nonproportionality, IEEE Trans Nucl Sci 55 (2008) 1054–1061 doi:10.1109/TNS.2007.914367 [55] C Guerrero, D Cano-Ott, M Fernández-Ordóđez, E González-Romero, T Martínez, D Villamarín, Analysis of the BC501A neutron detector signals using the true pulse shape, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 597 (2008) 212–218 doi:10.1016/j.nima.2008.09.017 [56] D Cester, G Nebbia, L Stevanato, F Pino, L Sajo-Bohus, G Viesti, A compact neutron-gamma spectrometer, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 719 (2013) 81–84 doi:10.1016/j.nima.2013.04.032 [57] C Guerrero, D Cano-Ott, M Fernández-Ordóđez, E González-Romero, T Martínez, D Villamarín, Analysis of the BC501A neutron detector signals using the true pulse shape, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 597 (2008) 212–218 [58] H Sakai, A Uritani, Y Takenaka, C Mori, T Iguchi, New pulse-shape 116 analysis method with multi-shaping amplifiers, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 421 (1999) 316–321 doi:10.1016/S0168-9002(98)01259-5 [59] M.D.A S Yousefi, L Lucchese, Neutron and Gamma Ray Pulse Shape Discrimination with Polyvinyltoluene, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A 49 I (2013) 15–19 doi:10.1016/j.nima.2013.07.071 [60] S Yousefi, L Lucchese, M.D Aspinall, Digital discrimination of neutrons and gamma-rays in liquid scintillators using wavelets, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 598 (2009) 551–555 [61] F Pollastrone, M Riva, D Marocco, F Belli, C Centioli, Automatic pattern recognition on electrical signals applied to neutron gamma discrimination, Fusion Eng Des 123 (2017) 969–974 doi:10.1016/j.fusengdes.2017.03.009 [62] N.A Lurie, G Shirane, J Skalyo Jr, Temperature dependence of the zerosound elastic constants of crystalline xenon, Phys Rev B (1974) 2661 [63] H.P K.K., PHOTOMULTIPLIER TUBE R9420, Hamamatsu (2014) [64] H.P KK, Photomultiplier Tubes: Basics and Applications, dition 3a, 2007 [65] TexasInstruments, THS3202 Datasheet, (2010) [66] P.W Nicholson, Nuclear electronics, John Wiley & Sons, New York, 1974 [67] L Stevanato, D Cester, G Nebbia, G Viesti, Neutron detection in a high gamma-ray background with EJ-301 and EJ-309 liquid scintillators, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 690 (2012) 96–101 [68] TexasInstruments, ADS5474 Datasheet, (2007) [69] Dual 14-bit High-Speed ADC and Xilinx Virtex-5 Processing Engine XMC1131, (n.d.) https://usermanual.wiki/Document/XMC1131.1677307666.pdf [70] Wideband Digital Receiver/Digitizer Module XMC-1151, (n.d.) http://ww1.prweb.com/prfiles/2012/09/17/4750064/XMC-1151.pdf [71] S Bartknecht, H Fischer, F Herrmann, K Königsmann, L Lauser, C Schill, 117 S Schopferer, H Wollny, Development of a GS/s high-resolution sampling ADC system, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 623 (2010) 507–509 [72] ADX2-EVM-800/14, (n.d.) https://spdevices.com/adx-adc-interleaving- ip/adx2-evm-800-14 [73] S Ritt, DRS4, Channel, GSPS Switched Capacitor Array, Paul Scherrer Inst (2008) https://www.psi.ch/drs/DocumentationEN/DRS4_rev09.pdf [74] H Kubo, M Aono, R Paoletti, Development of the readout system for CTA using the DRS4 waveform digitizing chip, (2011) [75] S Ritt, DRS4 Evaluation Board User’s Manual, Paul Scherrer Inst (2014) https://www.psi.ch/drs/DocumentationEN/manual_rev50.pdf [76] H Kim, C.-T Chen, A Ronzhin, E Ramberg, S Los, P Murat, S Majewski, W.W Moses, W.-S Choong, H Frisch, A study on the optimal sampling speed of DRS4-based waveform digitizer for time-of-flight positron emission tomography application, in: Nucl Sci Symp Med Imaging Conf (NSS/MIC), 2012 IEEE, IEEE, 2012: pp 2469–2471 [77] H Spieler, Analog and digital electronics for detectors, Proc 2003 ICFA Sch Instrumentation, Itacuruca, Brazil (2003) [78] IEEE Nuclear and Plasma Sciences Society, IEEE Standard Test Procedures for Amplifiers and Preamplifiers Used With Detectors of Ionizing Radiation, IEEE Std 301-1988, IEEE 1988 (1989) doi:10.1109/IEEESTD.1989.101065 [79] G Dietze, H Klein, GAMMA-CALIBRATION OF NE 213 SCINTILLATION COUNTERS G DIETZE and H KLEIN PhysikalischTechnische Bundesanstalt, D-3300 Braunschweig, Fed Rep Germany, Nucl Instruments Methods 193 193 (1982) 549–556 [80] Y Lotfi, S.A Moussavi-Zarandi, N Ghal-Eh, E Pourjafarabadi, E Bayat, Neutron-gamma discrimination based on quantum clustering technique, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip (2019) 118 [81] M Jalali, A Mohammadi, Gamma ray attenuation coefficient measurement for neutron-absorbent materials, Radiat Phys Chem 77 (2008) 523–527 119 ... HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM PHAN VĂN CHUÂN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ TÁCH XUNG NƠTRON VÀ GAMMA SỬ DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ Chuyên ngành: Vật lý. .. điểm hệ xử lý tín hiệu số khả biến đổi xung số mà không làm tăng thêm nhiễu tín hiệu Mơ hình tiêu biểu cho hệ đo nơtron sử dụng kỹ thuật DSP cơng nghệ FPGA trình bày hình 1.13 Tín hiệu sử dụng kỹ. .. thiết kế, chế tạo hệ đo nơtron Kỹ thuật xử lý tín hiệu số cơng nghệ mảng linh kiện lập trình có vai trị quan trọng thiết kế hệ đo nơtron kỹ thuật số Khả xử lý mềm dẻo, cho phép thực giải thuật phức