基于FPGA的虚拟放射源系统
2020年电子技术应用第9期
邹风华，王 柱，钱秋妃，徐跃明，董俊岐
武汉大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉430072
摘要： 核物理实验、放射医学等领域都离不开放射源及其探测。利用DAC、FPGA以及直接数字合成技术构建虚拟放射源系统，能够灵活选择放射源和探测器的种类，也能设置放射源与探测器的相对距离和角度。根据某种放射源的实验谱线按照一定的频率发射幅度信号，通过网口传输进入FPGA数字处理平台。FPGA接收幅度信号并进行处理，从而得到具有特定探测器特征的脉冲信号。采用14位数模转换芯片LTC1667将FPGA得到的数字信号转化为模拟信号。使用脉冲幅度分析仪对该脉冲信号进行采集和分析，并通过相应软件获得能谱。结果表明，虚拟化的放射源代替实物放射源和探测器不仅可以达到相似的效果，而且更加具有灵活性、方便性和安全性。
中图分类号： TP274.2
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200178
中文引用格式： 邹风华，王柱，钱秋妃,等. 基于FPGA的虚拟放射源系统[J].电子技术应用，2020，46(9)：102-105.
英文引用格式： Zou Fenghua，Wang Zhu，Qian Qiufei，et al. Virtual radiation source system based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：102-105.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200178
中文引用格式： 邹风华，王柱，钱秋妃,等. 基于FPGA的虚拟放射源系统[J].电子技术应用，2020，46(9)：102-105.
英文引用格式： Zou Fenghua，Wang Zhu，Qian Qiufei，et al. Virtual radiation source system based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：102-105.
Virtual radiation source system based on FPGA
Zou Fenghua，Wang Zhu，Qian Qiufei，Xu Yueming，Dong Junqi
School of Physics and Technology，Wuhan University，Wuhan 430072，China
Abstract： Nuclear physics experiments,radiation medicine and other fields are inseparable from the radiation source and its detection. By using DAC, FPGA and direct digital synthesis(DDS)technology to build a virtual radiation source system,the types of radiation source and detector can be flexibly selected, and the relative distance and angle between radiation source and detector can be set. According to the experimental spectral line, the amplitude signal is transmitted at a certain frequency,and it enters the FPGA digital processing platform through the network port. FPGA receives the amplitude signal and processes it to get the pulse signal with specific detector characteristics. The 14 bit digital-to-analog conversion chip LTC1667 is used to convert the digital signal from FPGA to analog signal. Pulse amplitude analyzer is used to collect and analyze the pulse signal and obtain the energty spectrum through the corresponding software.The results show that the virtual radiation source can not only achieve the similar effect, but also have more flexibiliy,convenience and safe.
Key words : FPGA；virtual radiation source；direct digital synthesis；pulse signal
0 引言
核电子学系统开发、核物理实验教学、放射医学等相关领域的教学和职业培训，都要求投入大量资金用于购买放射源和探测器[1-3]。例如高纯锗探测器，虽然我国在研制高纯锗探测器方面已取得一定进展，但是还不能达到产业化的标准，市场上使用的大部分高纯锗辐射探测器需要向ORTEC公司采购。据统计，我国每年进口高纯锗探测器数百台，价值数亿元。其次，电离辐射技术在医学、工业、农业、国防等领域都有广泛的应用，发挥着至关重要的作用，然而它是一把双刃剑，如果长时间接触核辐射，可能吸收不必要的辐射剂量。人类应该利用电离辐射造福人类，并尽量避免和减少电离辐射可能引起的对人的健康危害[4]，所以辐射防护措施是必要的。由于电离辐射看不见，摸不着，无色无味的特点，容易让人忽视它的存在，给辐射防护带来一定的困难。
针对以上问题，本文通过上位机软件、嵌入式软件和硬件电路，开发虚拟放射源系统。FPGA运算处理能力强以及可以无限次编程，适合处理数据。通过Qt软件实现了归一化、脉冲幅度信号产生。通过Quartus II软件与硬件电路协同设计，实现了脉冲堆积、直接数字合成、特定脉冲信号产生。通过以太网模块与上位机模块之间进行通信。本文试图把该系统做好使之能够代替实物放射源和探测器，从而节省放射源和探测器的购买成本、放射性管理和辐射防护的投入，提高学习和培训效率。
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作者信息:
邹风华，王 柱，钱秋妃，徐跃明，董俊岐
(武汉大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉430072)
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