聊聊：核电子学系统测试中的问题与见解

以下为从原稿提取的辅助阅读文字；符号、公式及识别差异请以“图文原稿”为准。

本文较长，开卷有益，感恩关注！现在很多科技论文写的专业又凝练，让刚入行学者或非交叉型学者感到迷茫，所以在这里我掰开了揉碎了结合自身实践跟大家聊聊，讲一些个人见解和个人在实验开展过程中遇到的问题，以及在与其他单位晶体测试合作中遇到的问题和他人对核电子学系统的一些“误解”进行澄清。核电子学，可以通俗地理解为实现辐射探测技术的电子电路系统，传统的核电子学系统（也可称为核仪器系统）分为前端模拟端与后端数字端。后来为了打破分立器件的概念总结为探测器和读出电子学（detector and read-out circuit），又进入现代先进核电子学系统，ASIC（专用集成电路，芯片级模拟IC），早期ASIC和SOC、厚膜集成工艺、SIP工艺等差不多，通过高度集成化或者新材料工艺应用实现射频信号降公频干扰，后来演变为FPGA等嵌入式处理芯片与模拟电路集成在一块28nm工艺的芯片里面。其实在其他电子学领域早已变得很成熟并变为产品走进千万家。

编著

亥镉射物聖及探（第2版）

米

2际）陈伯显 张 智 杨祎罡〇编著

公众号，核衷科技

我的师兄长平（现中电科华东测量研究所）做的基于SIP工艺的前端读出“芯片”

5中国猿仪器行童协金2025年学木年会专刊文核心期刊

CNNC校电子学-与蒋测扒茅Nuclear Electronics & Detection Technology封面文章：丛子原玻需成吃油的的团恢设计作着：那哑家。丛有话”，你宾强，顾民，还涛，極十楼，杨倒

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公众号，核衷科抹

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印顧介阪课题组研制的厚膜集成工艺的前置放大器等器部件与核电子学与探测技术封面文章

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西北工业大学推出的几款半导体探测器用低功耗读出ASIC

在核电子学系统中，笔者认为模拟前端电路的设计复杂度要远高于数字处理部分，这本质是由核探测器输出信号的固有特性决定的。探测器输出的核脉冲信号具有高计数率，信号微弱、上升沿极快、信噪比低、事件随机出现的特点，全部能量、时间等物理信息都承载在连续模拟波形之中，这就要求模拟电路必须同时兼顾低噪声、高增益、宽频带、良好线性度与温度稳定性，任意一点寄生参数、电源干扰或布线缺陷都会造成脉冲畸变与系统能量分辨率恶化。

剪掉基线后多核事件同时进入示波器示意图

核辐射探测电子学特有的高计数率、多通道并行采集、辐射工作环境等条件，会进一步放大模拟电路的设计难度，模拟器件对温漂、工艺偏差、电磁串扰都极度敏感，需要大量仿真优化与实物调试，极度依赖设计经验；而数字电路受环境和器件参数波动的影响很小，不易出现性能劣化。整体来看，模拟电路是决定整套核电子学系统物理性能的核心瓶颈，也是整个系统中设计难度、调试成本最高的部分，笔者片面地说，数字端更多是完成数据读取、运算传输等后置处理工作，整体复杂度远不及模拟前端。近日，核衷科技得到了来自全国乃至世界各地高校与企业的广泛关注，很多单位晶体材料的测试与我们开展了合作。但凡是做过电子技术的同仁大抵都明晰，模拟电路的调试是最让人头疼的，所谓模拟电路就是通过搭建器件与线路实现信号的函数变换与I/V转换，最终在示波器上对点采样并显示电压波形。提到这个I/V转换在这里提一嘴，交流电流进来电路板（PCB）后已经是电压的概念了，PCB自带寄生电容电阻，U=I*R已经变成了电压。我们用示波器看的时候大多是纵坐标为伏特的电压曲线。那电流是不存在的吗？或者说如何直观的看到交变电流？我拿万用表的电流档位打过输入端点，确实是变化的安培值是示在屏幕上（单位A）。其实用示波器也可以看见，要求好一点的示波器可以调电压或者电流，电流档是一条变化幅度的直线，并不能直观的展示信号的变化或者携带的物质信息。这其实也是R-C电路的一个重要功能，积分，将实时的信号面积值积分为一个点的幅值信息，我认为这是一个伟大的发明，此时的C为焊盘的寄生电容，大概几个pF。对于图1-39，对于输出信号微弱的直流电流的核辐射探测器如电流电离室等，其前置放大器中通常采用I/V变换电路，图中所示的为电阻反馈式I/V变换的原理图，对于输入阻抗和放大倍数均为无穷大的理想运算放大器，可以认为运放的输入偏置电流Ib和被测电流Is的分流近似为0这样流过反馈电阻Rp的电流I近似等于被测电流Is，再考虑到极性关系，运算放大器的输出电压U=-IsRf。可以看出，即使被测的电流很小，只要所用的反馈电阻的阻值足够大，仍可得到较大的输出电压。为了提高对微弱电流测量的灵敏度，首先考虑的是增大反馈电阻。但是反馈电阻R。的增加会受到许多因素的限制，并不能无限制地增加，过大的反馈电阻其阻值的精度可能会降低，致使电路的稳定性差，噪声也大；采用过大的反馈电阻，使运算放大器处于近似开路放大状态，反馈变差，稳定性变坏，线性范围变小；过大的反馈电阻易与分布杂散电容、负载电容等耦合产生相位移，引发自激振荡，造成干扰；过大的反馈电阻使电路的响应时间或测量时间变长，t=R*C。

I/V变换电路原理，选自清华大学出版社《核电子学基础》霍雷著

那我们讲的“电流脉冲信号”的概念是什么？一般是用未积分变换的电压脉冲表征电流特性，展示光电转换后的初始特性，表征光电效应与器件响应物理发生原始过程。同时读取PMT阳极Anode输出信号（负极性）和CSA输出信号（正极性）可以看到，电荷前放充电过程完成时，发光过程差不多刚结束，对应了CSA的电路结构作用过程。

PMT阳极和CSA读出信号对比，集成与延迟线性放电过程中关键信号的波形

我们每收到一块新的晶体材料总要做那么几件事情，第一件事就是看这个晶体的光谱，绿光、蓝光、近红外（280-650nm）？甚至是Csl纯晶体的紫外快成份峰。这一步我们是为了更好的匹配光电转换器件。辐射探测本来就是个抽象的概念，要用电信号信息看见辐射信息，从而反映物质信息与相关参数，最重要的一步就是光电转换。这里的光有两个，一个是伽马光子，一个是闪烁光子。光是电磁波，伽马射线是高频电磁波，所以本质上都可以根据爱因斯坦和普朗克先生的理论进行“量子化”为光子，伽马光子与闪烁单晶发生物理作用进行能量沉积激发闪烁光子，后面G4仿真图展示了这一物理过程，产生了单晶“光产额”的概念，闪烁光子通过光电探测器转化成光电子输出为电流信号。我们常用的光电器件包括PMT/SiPM/APD/PIN等，选择合适的器件匹配不同的闪烁体这一步至关重要。

双发射峰纯CsI和LYSO对比X射线激发光谱与光产额

不同光电转换器件的光谱曲线与GAGG闪烁体的发光曲线

PMT和SiPM是常见的蓝绿光器件，SiPM近几年新型于其器部件小（n*n mm^2），供电压低（30V）、低成本（几百一片）等因素逐步取代PMT，除此之外其具有较高的QE（量子效率，也可通俗地理解为光电转换效率）。双碱光阴极的PMT用于蓝绿光晶体测试。也有些较贵的紫外光电管，受光面积小但成本贼高，让有需求者望而止步如UV glass / quartz / fused silica 石英窗：可透过更短波长，常用于200-400 nm 紫外探测Hamamatsu R11540 是增强UV灵敏度PMT，报道的响应范围为 185-760 nm,350 nm量子效率约40%。紫外晶体也少，所以市场小。目前看来下一步闪烁晶体的发展趋势要伸向近红外。荷兰和美国学者首次在 Journal of Luminescence 上提出了理论Instinct ER为1.5%的CsBal:Eu近红外晶体，材料的内部本征特性我不太懂，所谓本征特性，就是一个晶体赤裸着展示它最原始的特征。高分辨率一定是对应高光产额的，也就是单位能量吸收后的光子数，单位为ph/MeV。

ET Enterprises 的9266QB 是2英寸端窗PMT，资料说明它是9266B 系列中“用于UV灵敏应用”的型号。

去年底我在某单位交流的时候，有老师给我纠正了一个概念：光产额和光输出，yield和output，并不是同一个概念。前者表示单位沉积能量产生的光子数，后者表示实际被探测系统“看到”的光信号强度。两个概念都重要，前者是晶体的参数，后者是晶体与优秀的光电探测器选型匹配度的体现。高额光输出意味着更多的光子转化为电子，在示波器上体现为更大的信号，进而体现为更好的信噪比，从而得到更佳分辨率的全能峰，大家就能发更高水平的文章。荷兰代尔夫特理工大学的 Dorenbos 就是这么干的，他把原来激光测距用的APD耦合CsBal:Eu，使闪烁体迈向1.×%的超高分辨率。因为APD的发光响应区延伸到了近红外区域，且QE值高达98%，使更多的光子转化为电子，加上本身晶体的光产额就高，实现了好的能谱测量。但由于APD的成本较高，目前尚未普及。谈谈我们能做的工作（光产额，t/PAS，能谱/PHS）光产额测试

去年年底到上海光源交流时，一位老师幽默地讲到：买了美某品牌的高纯锗没法用，老外只赚钱不售后，懂模拟核电子学的人还急缺！搞核电子学开发的学者真的是辐射探测用发光晶体学者的”上帝“，离之难存，真是命运共同体！首先还是感谢学者对核电子学行业的肯定和认可。团队通过多年摸索和学习做了一套又一套自己的国产化设备，仅就闪烁体探测器研究而言，实现了用电信号方式观测闪烁体的本征特性，像光产额测量、发光衰減时间测量（材料学者称其为寿命）、能谱测量（材料学者称其为PHS，幅值高度谱）。说来也很有意思，好比我要在四川说山东的方言，要转化为四川的方言，“捞”要转化为“豁”（骗人的意思），才显得我是个合格的同声传译外交官，这也是我们的定位——“桥梁”，将听得懂的白话，解决问题，过程不择手段。对于光产额的测量方法还是蛮多的，近期我跟硅酸盐所的某博交流很多，他日本留学归来，发给我一个日本那边做测量时候日本奈良科学技术研究所材料科学部 柳田贵之 教授给出的总结图，我觉得总结的很精确。总结来讲就是相对法和绝对法。

日本奈良柳田教授做新晶体光产额测量用到的三种方法

朋友与柳田教授（朋友害羞不露脸）

Method1是使用的PHS法相对测量闪烁体光产额，通过标定一个已知晶体的光产额，分析能谱的全能峰相对位置，这个方法在清华大学工程物理系张誉戈等人的文章 X射线成像闪烁体光产额测量技术与优化方法中有详细的提及，基于能谱的相对法光产额测量通过比较待测样品与参比样品间接探测放射源的能谱来确定光 产额。在具体操作中，通过拟合两者测得能谱的全能峰位置，计算这两个全能峰模数转换器（ADC）峰位的比值，从而得到光产额的比值，装置示意图见图。相关公式如下：Ysample=Yref* Psample/Pref * QEref/QEsample。

相对法光产额测量。（a）基于能谱的相对法光产额测量装置图；（b）基于能谱的相对法光产额测量示例，已知BGO的光产额，通过BG0与LYSO测得22Na能谱中511 keV全能峰的位置，计算得到LYSO的光产额为41 000 ph/MeV；（c）使用APD绝对法测得不同厂家、不同批次的Nal:TI晶体光产额。（d）～（f）基于X射线激发光谱的相对光产额测量装置示意图；（g）基于X射线激发光谱的相对光产额测量示例，已知LUAG的光产额，通过测量CsPbBr3与BGO在X射线激发下

的发射光谱，计算得到CsPbBr3的光产额为10 100 ph/MeV

这个方法的测量原理我大概的可以用口语化的不是很恰当的描述来详细解释一下，为什么可以用全能峰的位置来表征光产额的量：首先要明白什么是能谱？或者幅值高度谱PHS?PHS是实时的在一个时间窗内对射线在闪烁体内进行能量沉积后发生的所有的事件，包括全能峰事件，康普顿散射事件，合峰/重叠峰事件进行最大幅值提取，后在数字端DPP（数字脉冲处理）的DMCA（数字化多道）中进行数组的分类与存储，一般是2的10次方-14次方（1024-16384）个道址的分配，设定0-1024个道址代表多大幅值，对所有采到的幅值点进行数组分配，就是我们看到的Channel（道址）概念，后处理进行能量标定显示为能谱，但我们做幅值高度谱测试没有必要，因为峰形全部都是一致的，由电子学噪声、康普顿坪、全能峰构成。

伽马光子垂直入射过程、能量沉积以及闪烁光子的产生

姑且将所有发生的射线作用情况称之为事件，示波器中的一个信号就是一个事件，简单来讲，能谱记录的过程为闪烁体产生的光子变成电子，电子变成示波器中的信号，理想可以理解为能量守恒，光能变成电能，光电器件阳极输出的信号为原始电流脉冲信号，前文提过可用电压脉冲表征电流信号特性，在每个时刻的幅值表示此时的发光强度，对整个过程进行记录，就是对信号进行积分得到整个信号的面积，这个面积大致和晶体的光产额呈正相关的关系。电流信号通过CSA（电荷灵敏前置放大器）的反馈大电阻（200M2）电容（10nF）充分积分充放电，使电流信号的整个面积变成电荷信号的幅值极大值（正极性信号），该幅值极大值能表征发光强度全过程，即与光产额参数呈正相关。当然这是理想情况，不同的光电器件与不同的晶体在不同光长处的QE不同，因此需要乘此系数QE2/QE1进行换算（前文有提到）。

模拟前端读出电子学的方框图（https://doi.org/10.1007/s41365-025-01640-4）

需要强调的是，不是所有的信号都可以表征光产额，因为我们选择的是能谱的全能峰位道址的变化表征相对产额，所以必须是表征全能峰事件的电信号，由此，柳田教授给出的Method2应运而生。所以求全能峰事件的电流信号面积也是与光产额呈正相关，公式同上，只需要把峰位道址变成S面积即可。

BGO闪烁体获得的数字化信号脉冲形状示例

闪烁光产额评估的实验装置

上述我在文章 Study on CeBr3 Scintillation Detectors Used in Gamma-Ray Spectroscopy Measurements 10.1109/TNS.2025.3624451（伽马射线能谱测量的CeBr3闪烁探测器研究）中详细的展示了物理过程（欢迎引用），左图为我测了3000多例混合源核脉冲事件（CSA输出信号）的提取，使用matlab同时放在同一面中，设置上升沿触发，混合源为Cs137与Co60，中图为最大值提取后的密度图和幅值分布直方图，此时就可以看出CeBr3晶体具有较好的能量分辨率，右为Cs137能谱图/幅值高度谱图。值得一提的是左图，研究提取了每个脉冲信号的幅值，并将高密度亮线的最小幅度校准为由137Cs释放的662keV伽马射线的能量。三个高计数密度的相对位置（较亮的线）与137Cs和60Co混合源释放的三种伽马射线能量（662keV,1.17MeV,1.33MeV）相吻合，进一步验证了幅值与全能峰位能量的正相关性。亮线位置处信号表征的事件即为全能峰事件。所以Method2还是很麻烦的，但对于一些比较复杂的晶体，如长拖尾（700us）的钽酸盐蓝光晶体，若是没有合适的成形时间谱仪，CR微分无法记录单全能峰事件全部光产额，出来的能谱无法表征晶体的发光特性，其实这时候也没法表征能谱特性了，只能用这种方法（PHA）pulse height area 求得面积，得到光产额的完整信息。

左 3000多例混合源核脉冲事件的提取，使用matlab，混合源为Cs137与Co60，中 为最大值提取后的密度图和幅值分

布直方图，右为Cs137能谱图

对于上述的光产额测量方法，均为相对光产额测量，需要一个标准样来测量绝对产额值后得到相对的产额，绝对产额值得测量方法为Method3X射线激发光谱测量绝对光产额，具体的这个可以测得应该挺多的，但是好像电信号测量更利于发高水平文章。清华大学工程物理系张誉戈等人的文章 X射线成像闪烁体光产额测量技术与优化方法 中提及了更详细的光产额的电子学信号测量方法，欢迎阅读DOI:10. 37188/CJL.20240310。

内际时间/友光寿命/友光衰减时间/Decay time发光时间的测量方法我总结有两种，一种是绝对测量，用X射线仪器打得到负指数函数曲线，再就是我们依然用电信号表征。对于晶体寿命的测量目前主要还是用PMT和SiPM来做，PMT阳极信号输出电流脉冲可以表征器件与晶体（探测器）的光衰减特性，SiPM的fast通道也可以，阳极读出不行，因为SiPM自己的结电容还是不小（48pF，因为供电电压小，结电容基本不会掉，因为PN结不怎么变），会有充放电的积分现象产生。fast读出FWHM大约几个ns，响应时间特别快，基本囊括了所有的晶体，但对于1-2个ns甚至ps级的超快氟化物晶体或某晶体的快成份测量，还是老老实实的用X射线打去吧，或者用TOF-PET飞行时间符合测量装置来做，能做的单位还是蛮多的吗，我们没有时间谱仪，但有合作需求可以做，本身设备全都是国产化的（自信）。

安森美SiPM快通道读出电路示意图和响应信号图

特别的提一下，APD（单光子雪崩光电二极管）不行，一个是自身结电容到了3nF，就算是供电压后降到了几个pF（因为APD供的电压还是很大的，400-500V，工作在击穿电压附近），但是奈何增益小，只有100倍左右，PMT和SiPM能到10的6次方倍，都可以不接前置放大器直接读出信号进行谱学读出。此时APD出来的脉冲基本上和基线坐一桌了，但是吧，倒是有个方法，接TIA（跨阻放大器），反馈电阻尽量小，减少充电积分造成的电流信号特征过分展宽失真。

PD和TIA的电路图

我们主流的测试方法是用PMT的阳极端读出，将晶体耦合在受光端面进行测量，得到阳极电流脉冲信号后用示波器直接读出电流信号的下降时间（正极性信号，幅值90%-10%），下降时间/2.2或者（e=2.71）（有文献佐证）即为衰减时间常数，需要注意的是，此时为探测器的衰减时间常数，还需要减去PMT光电子渡越过程产生的时间涨落。时间涨落信息在PMT数据手册上有，为T.T.S.Typ（FWHM）（ns）参数。

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PMT与晶体封装，阳极信号读出，三种光电转换器件的工作原理

溴化铈晶体时间分辨率测试

特别的，提一下波越时间和渡越时间涨落的区别PMT渡越时间通常指系统响应从一个特定状态（如输入阶跃变化）开始，到系统输出第一次达到设定值或者稳态附近的时间。它是一种时间指标，用于描述系统对输入信号的响应速度，本质上，他是一个信号的时间延迟，平移，不影响信号脉宽和幅度大小，描述的是光电子什么时候到达目标。而 渡越时间涨落（overshoot）则不是时间，而是幅值上的偏移，反映超出稳态值的程度，他影响晶体的本征发光特性，所以需要减掉典型统计涨落值，整个器件完成光电读出的过程称为

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Chatgpt-image-2直观总结二者的区别

前几天老师从百宝箱里掏出了一个低增益但响应时间快（1-2ns）的小管子，成功的将测量时间宽度延展到快晶体区，很多单位热情的寄来晶体，正在开展测试，效果极佳。

滨松官网H1269OPMT

特别的，光电读出第一级放大器CSA（电荷灵敏前置放大器）和 TIA（跨阻放大器）本质上都把电流信号转换为电压信号，电路结构也类似，都是运放加反馈网络，但它们的关键区别并不在于反馈电阻的大小，而在于反馈网络中起主导作用的元件不同：TIA 以反馈电阻为核心，直接实现电流到电压的即时转换，输出电压始终跟随输入电流变化，属于典型的跨阻放大；而CSA 以反馈电容为核心，输入电流先在电容上进行积分，输出电压反映的是累计电荷量，本质上是一个积分器，同时并联的超大电阻（通常为MS2到G2级）并不是用来设定增益，而是提供缓慢的泄放路径，用于复位电容上的电荷并决定系统时间常数，因此可以理解为CSA是“积分＋慢复位”，而TIA 是“直接放大”，前者测的是总电荷，后者测的是瞬时电流。

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Chatgpt-image-2直观总结二者的区别

能谱/PHS

能谱的测量主要是看晶体对特征伽马射线全能峰的能量分辨率应，实现核素识别，常用的几个源Am- 241（a/y）、Cs-137、Co-60、Eu-152（v）。前端模拟电路通过改良核脉冲信号的信噪比输入后端进行s-K滤波、峰值保持、泄放等步骤进行快速ADC采集在时间窗内实现脉冲高度涨落。目前我们的前端读出和后端DMCA（数字化多道脉冲幅度甄别器）都是自己手搓的，已实现产业化，适配美国阿美泰克奥泰克软件和国内各高校有良好的合作，口碑较好，基本上寄过来成熟的晶体就能测。晶体的能量分辨率跟他的尺寸、厚度、耦合封闭性有很大关系，这在前端信号示波器读取时候就能看出来。就说这个避光，避光没做好全是噪声，或者正弦市电底噪一直在跳，光学串扰，搭个暗室，或者做个壳子进行严格的避光，再不济盖个毯子，效果就能很好。封装通过使用反射材料覆盖闪烁体除出光面 以外的其他表面来实现。常见的封装材料包括白 色的二氧化钛、硫酸钡粉未、聚四氟乙烯（简称特 氟龙）和增强型镜面反射膜（简称ESR膜）。然而，目前常用的封装方式难以重复利用，高稳定性且可重复使用的封装方式仍在探索中。耦合则 是通过在闪烁体与光学器件之间使用折射率与闪 烁体相近的耦合剂填充空隙，减少光子在晶体-空气界面和空气-光电器件界面的反射，从而显著提高光提取效率。常见的耦合材料包括硅脂和导光垫片，其中导光垫片特别适用于需要紧凑性和非 流动性的场合。在发光特性和能谱特性测量中，对晶体进行封装与耦合不仅可以提高光收集效率，还能增强光产额测量的稳定性，

对晶体进行器件耦合与避光

用于测试不同光学耦合性能的实验装置

对于晶体的尺寸，我在文章 Study on CeBr3 Scintillation Detectors Used in Gamma-Ray Spectroscopy Measurements 10.1109/TNS.2025.3624451（伽马射线能谱测量的CeBr3闪烁探测器研究）中通过Geant4建模说明了，尺寸越小或者越大，全能峰探测效率变差，峰康比降低，分辨率都会变差，对于毫米级小晶体基本上变化不大，如果为了看材料的能谱特性，5*5*5mm最佳。

不同尺寸闪烁晶体的Geant4模型

能谱测量系统示意图

核仪器大概都是黑红配色，因为高级感满满。示波器与基本仪器的使用

示波器、信号发生器、电源箱、万用表等基本仪器的使用属于通用技术，改变型号不影响操作，具体的要看好输入阻抗设置502或者1M2或者10M9到地，本征信号特征默认选500，大电阻产生的时间常数会对信号产生积分，展宽信号产生失真。阈值触发、极性反转、交流直流耦合、探头倍数选择、触发设置、测量内容设置等，调过一次就有经验了，所有品牌的示波器基本上都一样，在这里不作详细地赘述。一些问题核电子学系统（核仪器）的使用不是简单地“摁按钮”

既然核电子学系统的使用可以低成本实现如此多晶体测试功能，而且是通过如此新颖的电信号测量间接反映晶体本征特性，让材料期刊的审稿人颇有焕然一新之感，何不在自己课题组内搭一套设备一劳永逸？首先讲一下，前文提到过核仪器系统可分为前段读出电子学和后端数字处理部分，后者一般指的是数字化多通道脉冲幅度甄别器。多道的国产化发展早在部分国内单位实现较好的产业化，如成都飞派科技、北京捷创核仪、明核仪器等。前段模拟电路的产业化进程主要指的是CSA/电荷灵敏前置放大器，目前国内产品大多仿的美国阿美泰克奥泰克的产品，具有良好的线性性能，只要是选择好了合适的型号，是没问题的。但毕竟核仪器的调试和使用没有那么简单，甚至选错了型号就完球，面临多种情况下，“可编辑”核电子学器部件的使用需要的更多是“专用人才”来解决实际测试中遇到的问题，门槛还是有，更多的是吃经验，这也是模拟电路行业发展的基本态势，术业有专攻，隔行如隔山。前端读出模拟电路的调试常常让人“绞尽脑汁”、“饥肠辘辘”，整体来说是“玄学”的。电磁干扰、高压不稳、热噪声与增益实现信号最佳信噪比的平衡点寻找，这个过程使人疲惫。有的时候今天调了一天不行，第二天突然行了。有的时候突然电源短接了，直接打穿整个仪器，报废，但过几天又“诈尸”复活了。每次测试都是一个新的测试情况需要调试到电路的最佳工作点，并实现前后端最佳工作点的适配。所以这里面有两个很重要的“条件”，如果满足，那么您的课题组也可以寻求我们帮助搭建一套这样“一劳永逸”的测试设备。一是前文提到的“可编辑”概念。我的朋友在某高校做金刚石材料，研究完NV色心后想做金刚石超宽禁带探测器，耐辐照电子。可是组里没有懂电子的，我让他学习上海交通大学郑益慧老师的《模拟电子技术基础》和复旦大学张雪梅老师的《核电子学》与《核辐射物理与探测学》公开课，自食其力。然后朋友在ORTEC和CAEN买了一套设备，前期一直在寻找最佳暗电流噪声点，甚至CAEN的设备供高压都是使用前放那个小铁盒子供压。了解了一下发现，CAEN的设备将前置放大器和高压模块集成在一个单元里了，这个确实第一次见，用BNC口供给几千伏的电压。在测量Am-241伽马峰时出现了阈值截断的情况。通常这种情况我们只需要修改模拟电路CSA反馈端电阻，增大硬件增益，或者在软件的ADC界面降低触发阈值，或者增大软增益让谱线向更高道址移动。然而SPEC软件让自定义可编辑成为难题，想拆开前置放大器壳子看看内部电路进行修改，却发现黑色塑封胶糊成一坨在PCB上，看不见任何电路结构。朋友无语，这对我们的器部件来说是很容易的，只需要简单调试即可。但是毕竟金刚石探测器目前在国内没有很成熟的案例，我们无法承担该试错成本。

CAEN的前放

阈值截断的谱线和我们的国产化电子学系统测出来的谱线

二是一个长久性电子技术人才驻扎课题组的重要性。从基础的接线开始就容易出问题，出问题一般都是毁灭级直接报废设备。测试条件面临高温（400°C）、高压（千伏）、高辐照（始终处在辐射场），脏活累活的环境下，极易产生安全隐患，这是最重要的。再者，模拟电路的调试不是一蹴而就的，往往是令人废寝忘食的，前文亦有提过。这个电子技术人才要保证手艺的传承，保证组里一直有个人负责设备的维护、运营、和材料部对接的强社交能力。做好“电子华佗”的职务，既能快速问诊，又能精准开方，达到药到病除。据我所知，这类人才是及其稀缺的，上到清北下到xx，都缺，国外也缺。马克斯普朗克研究所有几个做核电子学的华人，我们常常交流经验，以至于达到更好的设备性能。

和导师长时间对故障设备检测与调试

至于源的问题是比较敏感的，淘宝购买的豁免源Am-241活度较低无法达到探测需求，但计数率还是可以的，大多单位是无源的。当然，源是危险化学品，必须严格遵守使用程序，申请-审核-安全使用-归还-登记。

Geant4做的伽马射线入射闪烁体裸晶体并发生相互作用的模拟研究

比如说电磁干扰问题，信号干扰常常来自不同的地之间的串扰，在电路设计时做好不同地铜的隔断，使用02电阻链接起各个地，最后外加金属外壳封好，能有效的避光和防电磁干扰，信号的基线不会来回的抖动，这也是”仪器“概念的直观体现。

带金属屏蔽壳的各种模拟前端模块

Hamamatsu的APD TIA读出单元拆开封胶和高压模块示意图

晶体材料测试中的一些问题

对于材料的长成对我们来说隔行如隔山。我们更关注一个材料的光谱、余晖、厚度、透明度、光产额等特性。首先一定要透，否则光过不去。其次要有一个较平整的端面与光电器件的受光面通过硅油耦合导光；其次就是厚一点，起码两三个毫米以上，才能测PHS，伽马射线穿透性强，薄晶体无法充分的能量沉积，一般这个时候我们会做出两个措施进行改良。一是减小CSA反馈段电容至pF级，二是将Am-241直接和晶体封在一块，让a粒子的5MeV能量轰击晶体薄片产生物理作用，也就是提高入射粒子能量，观察信号。期间会不断的改良避光，不过还是不要寄太薄的晶体了，每次都是死马当活马医，有点浪费时间。新型晶体如近红外，潮解性强，第二天变成一滩水了，如果有条件做好封装，及时测试。

小晶体测试

Actually，这方面需求真的大，需求就是市场，希望我们可以造出能够摁按钮的便携式测量核仪器，这个真的实现了一定是个壮举，标志着其是一定产业化落地的成熟方案。在合作上，科研合作不收费，但讲求效率，企业级的晶体比起高校单位的大多很完美，如有其他需求我们尽力对接。以上。欢迎交流，欢迎交朋友，微信号：dd781137075