核衰变统计规律实验定标器的研制与测试

梁飞翔，曾健安，陈梓豪，杨秦月，唐 强

(中山大学 a.物理学院；b.物理学国家级实验教学示范中心，广东 广州 510275)

放射性材料与技术已经广泛地应用于核工业、医疗、探测等方面[1-3]. 学习核物质放射性不仅可以增强对核衰变统计规律的认知，而且对掌握辐射探测器的工作原理有重要的指导作用. 在高校核物理实验中，通过调节高压、阈值和放大倍数等参量测量辐射探测系统的性能[4]，频繁地调节操作会导致仪器性能变化甚至损坏. 本文研制了全数字化的定标器，采用数字电位器，配合数字显示，使得仪器操作非常简便，增强了定标器的耐用性和稳定性，更加适合本科生的实验操作. 数字信号相比于模拟信号而言，具有信号稳定、抗干扰能力强、无噪声积累等优点. 使用新型定标器β探头接收Sr90放射源的辐射信号，验证了放射性统计分布的规律.

1 系统设计

1.1 定标器硬件设计

定标器的功能硬件包括脉冲信号放大器、单道、定时计数器、前放供电电路和高压模块，与光电倍增管(PMT)辐射探测器组成完整的辐射计数系统，用于测量放射性强度. 定标器电路主要包含单片机、电源、高压模块、放大器、单道、D/A转换器、显示端(2个串口连接的电脑和显示屏)和用户输入端，如图1所示.

图1 定标器硬件电路图

系统采用高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM处理器STM32F103作为核心，利用芯片内的定时器和计数器实现核脉冲的计数和统计.

单次测量过程如下：Sr90放射源发生核衰变产生的β粒子被PMT俘获并且产生电流脉冲；……