核技术应用已渗透到社会发展的各个领域,核科学技术在造福人类的同时常常会带来一些威胁。准确有效地对辐射环境中的核信息进行采集、处理、分析是核技术安全应用的前提保障。因此,为了应对放射性物质异常泄漏,同时防范核材料的非法转移和任意携带。本文提出研制一种单探头中子/伽马甄别能谱仪,针对敏感控制区实现对特殊核材料和放射性物质的监测。传统的能谱仪或者辐射甄别仪器通常以多个探头搭建模拟电路来实现滤波、脉冲成形、基线恢复和峰值检测等功能。传统探测器因为模拟电路和自身原理的限制,在很多高速信号处理方面很难达到预期的效果,特别在实现辐射射线种类鉴别与处理上比较困难。因此,数字核信号高速处理一直是目前核测量领域的一个重要研究方向。随着高速、高分辨率ADC和数字可编程器件(FPGA、DSP)的快速发展和EJ299-33A新型探头的研发。如何有效利用EJ299-33A新型闪烁体和新型甄别算法,实现复杂放射性环境下能谱分析和核素识别。开发基于单探头射线甄别能谱测量系统成为新一代核仪器的发展趋势。本文在已有研究基础上,围绕单探头中子/伽马甄别能谱仪实现过程中的核信号获取与数字化采集、辐射射线粒子甄别与能谱分析,开展了基于FPGA的核数据采集电路设计、核信号处理FPGA功能设计与仿真和Matlab中子/伽马鉴别与能谱离线分析方法研究等关键技术研究,其主要内容如下:(1)基于FPGA设计了中子/伽马甄别核信号数字化采集硬件电路。核辐射脉冲信号经过前期的信号调理电路之后直接接入高速ADC进行采样,之后采用FPGA芯片作为控制器,完成核信号的采集与及后期数字信号处理。(2)完成对核信号处理FPGA功能设计与仿真。借助开发工具Vivado,完成核信号处理中脉冲寻峰算法设计、脉冲宽度识别算法设计。并在FPGA内部完成算法的实现及控制模块的逻辑设计。主要包括ADC采集控制模块、脉冲寻峰模块、脉冲宽度识别模块、脉冲幅度分析模块及数据传输模块设计。(3)利用分形频谱数学模型,提取核信号脉冲中相关的频谱特征进行射线种类甄别,并对甄别后的脉冲初步成能谱。验证分形频谱在射线甄别中的可行性。本文论文通过对一种单探头中子/伽马甄别能谱仪研究,主要获得如下创新成果:(1)开发研制集放射性种类判定、核素识别于一体的多功能集成中子/伽马探测器。在中子/伽马的混合辐射场中,实现中子和伽马射线的甄别同时兼顾能谱测量。实时给出测量辐射的能谱图,为正确做出应急预案提供数据参考。(2)针对辐射粒子甄别问题,利用新型探测器和分形频谱数学模型在FPGA内部实现射线种类甄别,从而有效地解决了传统采用老式探测器和模拟电路的方法鉴别困难的问题,同时经验证分形频谱法在核信号处理上具有一定的可行性。