CN109444187A - 康普顿散射实验仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种康普顿散射实验仿真系统及仿真方法，仿真系统包括工作台、多道分析仪、PC机和工作台控制装置，工作台上承载有顺序放置于同一水平线上的模拟放射源屏蔽室、散射样品承载体、旋转件和模拟核探头，模拟核探头与多道分析仪电连接，模拟放射源屏蔽室与散射样品承载体之间放置有铅砖，散射样品承载体安装于旋转件的一端，模拟核探头安装于旋转件的另一端，旋转件安装有散射样品承载体的一端通过旋转件的转轴与工作台轴接；模拟放射源屏蔽室与散射样品承载体相对的侧壁上设有¹³⁷Cs出射孔和⁶⁰Co出射孔，散射样品承载体设有用于放置散射样品的散射样品插入孔。本发明解决核放射源存在的辐射问题，能够实现无核放射仿真效果，仿真效果非常高。

Description

康普顿散射实验仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明属于核物理实验仿真技术领域，涉及一种散射实验仿真技术，具体地说，涉及一种康普顿散射实验仿真系统及仿真方法。

背景技术

康普顿散射实验是非常重要的核物理实验项目，主要是通过实验得到不同散射角时的散射能谱，验证康普顿散射的散射光子能量与散射角和微分散射截面与散射角的关系，该实验项目从实验上证明了光子存在动量，是近代物理发展史上的里程碑式实验。由于康普顿散射的波长改变量只决定于散射角，与入射波波长无关，对于某一散射角，波长变化量是一定的，如果入射波波长越短，波长变化的相对值就越大。为了获得更显著的康普顿散射实验效果，目前采用γ射线代替X射线作为入射光。现阶段，普遍使用康普顿散射实验仪进行康普顿散射实验。

现有的康普顿散射实验仪由放射源铅屏蔽室、工作台、核探头和多道幅度分析系统组成，多道幅度分析系统包括一体化多道分析仪和与其连接的PC机。工作台承载铅屏蔽室、散射棒、核探头和导轨，射线出射孔正对散射棒轴线，散射棒轴线处于导轨的圆心；放射源铅屏蔽室用于储存¹³⁷Cs放射源，通过开关手柄可以控制放射源射线输出；核探头用于探测散射γ射线，并将其转化成电压脉冲(电压脉冲幅度与对应的γ射线能量成正比)；导轨是核探头滑动槽道，核探头可以沿导轨自由滑动，实现核探头绕样品轴线旋转；一体化多道分析仪对核探头输出的电压脉冲进行幅度分析，获得散射γ射线的能谱数据，PC机接收能谱数据，进行能谱显示和后续处理。通过上述康普顿散射实验仪可以测量不同散射角的¹³⁷Cs能谱和本底能谱，进而获得散射光子能量与散射角和微分散射截面与散射角的关系，验证康普顿散射效应。

使用康普顿散射实验仪进行实验的过程中，需要使用¹³⁷Cs和⁶⁰Co同位素核放射源，为了减小实验误差，¹³⁷Cs核放射源的活度较大，辐射强度很高，实验安全性差，实验管理和操作的难度增加。此外，康普顿散射实验仪的加工要求很高，位置精度为0.05mm，加工困难。这些严重限制了康普顿散射实验项目的开设和康普顿散射实验仪的使用。

发明内容

本发明针对现有技术康普顿散射实验过程中存在的因核辐射导致的安全性差、实验仪器加工困难等上述问题，提供了一种康普顿散射实验仿真系统及仿真方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种康普顿散射实验仿真系统，包括工作台和多道幅度分析系统，所述多道幅度分析系统包括多道分析仪和与所述多道分析仪连接的PC机，所述工作台上承载有顺序放置于同一水平线上的模拟放射源屏蔽室、散射样品承载体、旋转件和模拟核探头，所述模拟核探头与所述多道分析仪电连接，所述模拟放射源屏蔽室与所述散射样品承载体之间放置有铅砖，所述散射样品承载体安装于所述旋转件的一端，所述模拟核探头安装于所述旋转件的另一端，所述旋转件安装有所述散射样品承载体的一端通过所述旋转件的转轴与所述工作台轴接；所述模拟放射源屏蔽室与所述散射样品承载体相对的侧壁上设有¹³⁷Cs出射孔和⁶⁰Co出射孔，所述散射样品承载体设有用于放置散射样品的散射样品插入孔；还包括与所述模拟核探头进行通讯的工作台控制装置，用于探测仿真放射源状态、散射样品状态和散射角度。

优选的，所述工作台控制装置包括工作台控制器以及分别与所述工作台控制器电连接的¹³⁷Cs出射孔探测器、⁶⁰Co出射孔探测器、散射样品探测器和核探头旋转角度传感器，所述¹³⁷Cs出射孔探测器安装于所述¹³⁷Cs出射孔内，所述⁶⁰Co出射孔探测器安装于所述⁶⁰Co出射孔内，所述散射样品探测器安装于所述散射样品插入孔内，所述核探头旋转角度传感器安装于所述旋转件的转轴上。

进一步的，所述工作台控制装置还包括与所述工作台控制器连接的无线通讯模块Ⅰ和与所述工作台控制器连接的匹配拨码开关Ⅰ。

优选的，所述模拟核探头包括模拟核探头控制器以及分别与所述模拟核探头控制器电连接的工作高压检测电路、输出电路、无线通讯模块Ⅱ、匹配拨码开关Ⅱ和数据存储器，所述无线通讯模块Ⅱ与所述无线通讯模块Ⅰ进行通讯。

优选的，所述工作高压检测电路包括与所述模拟核探头控制器连接的A/D转换器和与所述A/D转换器连接的分压电路。

优选的，所述输出电路包括与所述模拟核探头控制器连接的D/A转换器和与所述D/A转换器连接的成形电路，所述成形电路包括依次连接的同相放大电路、微分电路和二阶有源低通滤波电路。

优选的，所述同相放大电路由电阻R1、电阻R2和同相输入端与所述D/A转换器的输出连接的运算放大器U1组成；所述电阻R1的一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接，另一端接地；所述电阻R2的一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U1的输出端连接。

优选的，所述微分电路由电容C1和电阻R3组成；所述电容C1的一端与所述运算放大器U1的输出端连接，另一端连接电阻R3，电阻R3的另一端接地。

优选的，所述二阶有源低通滤波电路由运算放大器U2、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3、电阻R6和电阻R7组成，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接；所述电容C2一端连接于所述电阻R4和所述电阻R5的连接点，另一端与所述运算放大器U2的输出端连接；所述电容C3一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接，另一端接地；所述电阻R6一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，另一端接地；电阻R7一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U2的输出端连接。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种康普顿散射实验仿真方法，基于上述康普顿散射实验仿真系统，其步骤为：

S1、使用现有康普顿散射实验仪测量不同工作高压、不同散射角的原始散射能谱；

S2、对原始散射能谱进行处理，定义能谱数据第i道的计数为D_i，i＝0,1,…，N-1，N为多道分析仪的总道数，总计数为D_all，通过p_i＝D_i/D_all计算出第i道出现的概率，获得原始散射能谱对应的分布特征数据，将获得的原始散射能谱对应的分布特征数据按顺序存入模拟核探头的数据存储器；

S3、将工作台控制装置的匹配拨码开关I和模拟核探头的匹配拨码开关II设为相同的编码；

S4、工作台控制器对匹配拨码开关I进行读取，获得通讯编码N₀；

S5、工作台控制器读取¹³⁷Cs出射孔探测器、⁶⁰Co出射孔探测器、散射样品探测器三种探测器的电平状态，同时读取核探头旋转角度传感器的角度数据；利用获得的状态构成实验状态数据，并将实验状态数据送入无线通讯模块I传输给模拟核探头的无线通讯模块II；所述实验状态数据由6个字节组成，结构为“#+N0+D0+D1+D2+$”，其中，“#”为数据包头，N0为通讯编码字节，其值被赋值为N₀；D0为放射源状态字节，取值：0-无放射源，1-¹³⁷Cs放射源，2-⁶⁰Co放射源；D1为散射样品状态字节，取值：0-无散射样品，1-有散射样品；D2为散射角度值字节，取值范围为0～180，“$”为数据包包尾；

S6、模拟核探头控制器对匹配拨码开关II进行读取，获得通讯编码N₁；

S7、模拟核探头控制器读取无线通讯模块II，获得实验状态数据，将实验状态数据中的N0字节赋值给M；对M和N₁进行比较，若M＝N₁，则将实验状态数据中的D0赋值给R、D1赋值给S、D2赋值给A；若M≠N₁，则放弃实验状态数据；

S8、模拟核探头控制器通过工作高压检测电路测量工作高压，获得工作高压V_H；并根据R、S、A和V_H数据确定原始散射能谱对应的分布特征数据源，接着模拟核探头控制器从数据存储器中读取对应的数据源Data；数据源Data选取依据包括工作高压和散射角度，实现对工作高压响应，对散射角度响应；

S9、模拟核探头控制器以Data中的概率分布序列p_i为基础，采用离散随机数抽样法，获得符合p_i分布的随机数D_X，最后将随机数D_X送入输出电路的D/A转换器，产生幅度正比于随机数D_X的矩形电压脉冲P；

S10、矩形电压脉冲P经过成形电路滤波成形，输出仿核电压脉冲Q至多道分析仪；该仿核电压脉冲的幅度值正比于随机数D_X；

S11、多道分析仪接收仿核电压脉冲Q，对其进行脉冲幅度分析，获得能谱数据传输至PC机，由PC机进行能谱显示并进行后续能谱数据处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用工作台控制装置实验状态数据自动探测，自动获取和放射状态、散射样品状态、散射角度和工作高压等实验状态，模拟核探头根据实验状态数据控制仿核电压脉冲输出，多道幅度分析系统所获能谱随实验状态自动变化，实现无核放射仿真效果，并具有亲身经历的实验效果，能够安全的进行康普顿散射实验，有助于康普顿散射实验的推广。

(2)本发明采用根据实测的能谱进行随机变量抽样的方法来产生仿核电压脉冲，能够实现与现有康普顿散射实验仪输出的电压脉冲相同随机特征，获得相同的能谱，实现仿真，且仿真效果非常高。

(3)本发明采用输出仿核电压脉冲方法，而不是真实的康普顿散射物理过程，对工作台加工精度没有过高要求，解决了现有实验仪器加工困难的问题。

附图说明

图1为本发明实施例康普顿散射实验仿真系统的结构示意图；

图2为本发明实施例康普顿散射实验仿真系统的控制原理图；

图3为本发明实施例成形电路原理图；

图4为本发明实施例康普顿散射实验仿真结果图。

图中，1、工作台，2、多道分析仪，3、PC机，4、模拟放射源屏蔽室，5、散射样品承载体，6、旋转件，7、模拟核探头，71、模拟核探头控制器，72、工作高压检测电路，721、A/D转换器，722、分压电路，73、输出电路，731、D/A转换器，732、成形电路，74、无线通讯模块Ⅱ，75、匹配拨码开关Ⅱ，76、数据存储器，8、铅砖，9、散射样品，10、工作台控制装置，101、工作台控制器，102、¹³⁷Cs出射孔探测器，103、⁶⁰Co出射孔探测器，104、散射样品探测器，105、核探头旋转角度传感器，106、无线通讯模块Ⅰ，107、匹配拨码开关Ⅰ，11、模拟核探头铅屏蔽罩。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1、图2，本发明提供了一种康普顿散射实验仿真系统，包括工作台1和多道幅度分析系统，所述多道幅度分析系统包括多道分析仪2和与所述多道分析仪连接的PC机3，所述工作台1上承载有顺序放置于同一水平线上的模拟放射源屏蔽室4、散射样品承载体5、旋转件6和模拟核探头7，所述模拟核探头7与所述多道分析仪2电连接，所述模拟放射源屏蔽室4与所述散射样品承载体5之间放置有铅砖8，所述散射样品承载体5安装于所述旋转件6的一端，所述模拟核探头7安装于所述旋转件6的另一端，所述旋转件6安装有所述散射样品承载体5的一端通过所述旋转件的转轴与所述工作台1轴接；所述模拟放射源屏蔽室4与所述散射样品承载体5相对的侧壁上设有¹³⁷Cs出射孔41和⁶⁰Co出射孔42，所述散射样品承载体5设有用于放置散射样品9的散射样品插入孔；还包括与所述模拟核探头7进行通讯的工作台控制装置10，用于探测仿真放射源状态、散射样品状态和散射角度。继续参见图1，铅砖8设有两块，一块与¹³⁷Cs出射孔41对应，挡住¹³⁷Cs出射孔，另一块与⁶⁰Co出射孔42对应，挡住⁶⁰Co出射孔42；工作台控制装置通过探测挡住出射孔的铅砖是否移开，来模拟放射源是否输出。也就是说，若挡住¹³⁷Cs出射孔41的铅砖移开，则模拟¹³⁷Cs放射源输出；若挡住⁶⁰Co出射孔42的铅砖移开，则模拟⁶⁰Co放射源输出。

继续参见图1，模拟核探头7外部设有模拟核探头铅屏蔽罩11，用于保护模拟核探头7。

继续参见图2，所述工作台控制装置10包括工作台控制器101以及分别与所述工作台控制器101电连接的¹³⁷Cs出射孔探测器102、⁶⁰Co出射孔探测器103、散射样品探测器104和核探头旋转角度传感器105。所述¹³⁷Cs出射孔探测器102安装于所述¹³⁷Cs出射孔41内，用于探测¹³⁷Cs出射孔41对应的铅砖是否移开。所述⁶⁰Co出射孔探测器103安装于所述⁶⁰Co出射孔42内，用于探测⁶⁰Co出射孔41对应的铅砖是否移开。所述散射样品探测器104安装于所述散射样品插入孔内，用于探测散射样品9是否插入散射样品插入孔内，来判断是否有散射样品。所述核探头旋转角度传感器105安装于所述旋转件的转轴上，用于测量模拟核探头旋转角度。

继续参见图2，所述工作台控制装置还包括与所述工作台控制器101连接的无线通讯模块Ⅰ106和与所述工作台控制器101连接的匹配拨码开关Ⅰ107。工作台控制器将探测的实验状态数据传输给无线通讯模块Ⅰ106将实验状态数据发送给模拟核探头7。

继续参见图2，所述模拟核探头7包括模拟核探头控制器71以及分别与所述模拟核探头控制器71连接的工作高压检测电路72、输出电路73、无线通讯模块Ⅱ74、匹配拨码开关Ⅱ75和数据存储器76。所述无线通讯模块Ⅱ75与所述无线通讯模块Ⅰ106进行通讯，无线通讯模块Ⅰ106将实验状态数据发送给无线通讯模块Ⅰ106，由无线通讯模块Ⅰ106传输给模拟核探头7，供模拟核探头7读取。所述匹配拨码开关Ⅱ75用于设置编码，在进行仿真时，匹配拨码开关Ⅱ75的编码设置与匹配拨码开关Ⅰ107的编码相同，以保证工作台控制装置与模拟核探头进行成对匹配通讯。

继续参见图2，所述工作高压检测电路72包括与所述模拟核探头控制器71连接的A/D转换器721和与所述A/D转换器721连接的分压电路722。通过工作高压检测电路测量多道分析仪的工作高压。

继续参见图2，并参见图3，所述输出电路73包括与所述模拟核探头控制器71连接的D/A转换器731和与所述D/A转换器731连接的成形电路732，所述成形电路732包括依次连接的同相放大电路、微分电路和二阶有源低通滤波电路。模拟核探头控制器71根据读取的无线通讯模块Ⅱ75的实验状态数据和工作高压检测电路检测的工作高压大小，确定数据源，并从数据存储器76中读取对应数据，根据数据进行随机数抽样，得到符合该数据对应能谱的随机数，D/A转换器731将该随机数转换成矩形电压脉冲(电压脉冲幅度值正比于该随机数的大小)，由于矩形电压脉冲虽然满足幅度要求，但波形上与真实的核探头输出信号相差比较大，因此通过成形电路进行滤波成形处理，把矩形电压脉冲成形为与真实的核探头输出信号形状相近或相同的仿核电压脉冲。

继续参见图3，所述同相放大电路由电阻R1、电阻R2和同相输入端与所述D/A转换器的输出连接的运算放大器U1组成；所述电阻R1的一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接，另一端接地；所述电阻R2的一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U1的输出端连接。该同相放大电路一方面对D/A转换器731输出的矩形电压脉冲进行初级放大，另一方面实现D/A转换器731与后续电路阻抗匹配。

继续参见图3，所述微分电路由电容C1和电阻R3组成；所述电容C1的一端与所述运算放大器U1的输出端连接，另一端连接电阻R3，电阻R3的另一端接地。通过该微分电路井矩形电压脉冲变换为窄脉冲。

继续参见图3，所述二阶有源低通滤波电路由运算放大器U2、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3、电阻R6和电阻R7组成，所述电阻R4的一端与所述电容C1连接，另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接；所述电容C2一端连接于所述电阻R4和所述电阻R5的连接点，另一端与所述运算放大器U2的输出端连接；所述电容C3一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接，另一端接地；所述电阻R6一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，另一端接地；电阻R7一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U2的输出端连接。通过二阶有源低通滤波电路滤除微分电路输出的窄脉冲的高频成分，对信号进行成形，使输出的仿核电压脉冲波形与真实的核探头输出信号形状相近或相同。

本发明上述仿真系统，通过用模拟核探头代替真实核探头，能够根据工作高压测量值、放射源类型、模拟核探头旋转角度和散射样品有无等信息，产生特定能谱对应的仿核电压脉冲，并对仿核电压脉冲进行幅度分析，从而获得能谱，仿真效果好，应用于物理核试验仿真，解决了核放射源存在的强核辐射问题，实现无放射源物理实验。

本发明另一实施例提供了一种康普顿散射实验仿真方法，基于上述实施例所述康普顿散射实验仿真系统，其步骤为：

S1、使用现有康普顿散射实验仪测量不同工作高压、不同散射角的原始散射能谱；

S2、对原始散射能谱进行处理，定义能谱数据第i道的计数为D_i，i＝0,1,…，N-1，N为多道分析仪的总道数，总计数为D_all，通过p_i＝D_i/D_all计算出第i道出现的概率，获得原始散射能谱对应的分布特征数据，将获得的原始散射能谱对应的分布特征数据按顺序存入模拟核探头的数据存储器；

S3、将工作台控制装置的匹配拨码开关I和模拟核探头的匹配拨码开关II设为相同的编码，以保证工作台控制装置和模拟核探头进行成对匹配通讯；

S4、工作台控制器对匹配拨码开关I进行读取，获得通讯编码N₀；

S5、工作台控制器读取¹³⁷Cs出射孔探测器、⁶⁰Co出射孔探测器、散射样品探测器三种探测器的电平状态，同时读取核探头旋转角度传感器的角度数据；利用获得的状态构成实验状态数据，并将实验状态数据送入无线通讯模块I传输给模拟核探头的无线通讯模块II；所述实验状态数据由6个字节组成，结构为“#+N0+D0+D1+D2+$”，其中，“#”为数据包头，N0为通讯编码字节，其值被赋值为N₀；D0为放射源状态字节，取值：0-无放射源，1-¹³⁷Cs放射源，2-⁶⁰Co放射源；D1为散射样品状态字节，取值：0-无散射样品，1-有散射样品；D2为散射角度值字节，取值范围为0～180，“$”为数据包尾；

S6、模拟核探头控制器对匹配拨码开关II进行读取，获得通讯编码N₁；

S7、模拟核探头控制器读取无线通讯模块II，获得实验状态数据，将实验状态数据中的N0字节赋值给M；对M和N₁进行比较，若M＝N₁，则将实验状态数据中的D0赋值给R、D1赋值给S、D2赋值给A；若M≠N₁，则放弃实验状态数据；

S8、模拟核探头控制器通过工作高压检测电路测量工作高压，获得工作高压V_H；并根据R、S、A和V_H数据确定原始散射能谱对应的分布特征数据源，接着模拟核探头控制器从数据存储器中读取对应的数据源Data；数据源Data选取依据包括工作高压和散射角度，实现对工作高压响应，对散射角度响应；

S9、模拟核探头控制器以Data中的概率分布序列p_i为基础，采用离散随机数抽样法，获得符合p_i分布的随机数D_X，最后将随机数D_X送入输出电路的D/A转换器，产生幅度正比于随机数D_X的矩形电压脉冲P；采用离散随机数抽样法生成已知能谱的矩形电压脉冲幅度数据，由于离散随机数抽样法为现有已知分布离散随机变量抽样方法，对其进行抽样的具体流程，此处不再赘述；

S10、矩形电压脉冲P经过成形电路滤波成形，输出仿核电压脉冲Q至多道分析仪；该仿核电压脉冲的幅度值正比于随机数D_X，形状与现有康普顿散射实验仪输出的核电压脉冲相近或相同；

S11、多道分析仪接收仿核电压脉冲Q，对其进行脉冲幅度分析，获得能谱数据传输至PC机，由PC机进行能谱显示并进行后续能谱数据处理。此处，能谱数据通过串行总线上传至PC机，由PC机上运行的多道分析仪上位机软件接收，显示能谱并进行后续能谱数据处理。

本发明上述仿真方法，通过用模拟核探头代替真实核探头，能够根据工作高压测量值、放射源类型、模拟核探头旋转角度和散射样品有无等信息，产生特定能谱对应的仿核电压脉冲，并对仿核电压脉冲进行幅度分析，从而获得能谱。在产生仿核电压脉冲时，采用根据实测的能谱进行随机变量抽样的方法来产生仿核电压脉冲，能够实现与现有康普顿散射实验仪输出的电压脉冲相同随机特征，获得相同的能谱，实现仿真，且仿真效果好。

以下以一个具体的实施例对本发明上述仿真系统及仿真方法进行说明。

本实施例仿真系统的输出能谱应该与真实实验所获得能谱一致，所以生成仿核电压脉冲的数据来自真实实验过程所获得的能谱，表1列出所需的原始能谱数据。工作高压从550V到850V，步长为10V，散射角为0°时，测量¹³⁷Cs和⁶⁰Co能谱；散射角从20°到120°，步长为10°，测量¹³⁷Cs能谱和本底能谱。

表1

实验时，有散射样品，¹³⁷Cs出射孔开启，⁶⁰Co出射孔关闭，工作高压为820V，依次改变模拟核探头的旋转角度，获得的散射能谱参见图4。工作台控制器轮询读取¹³⁷Cs出射孔探测器、⁶⁰Co出射孔探测器、散射样品探测器三种探测器的电平状态，并读取核探头旋转角度传感器的角度数据时，以1秒钟为周期。

采用本发明上述仿真系统及仿真方法进行实验，所获得的散射能谱与现有康普顿散射实验仪获得的原散射能谱吻合度很高，达到康普顿散射实验效果。除此之外，进行能量刻度、不同散射角的本底测量，所获结果与现有康普顿散射实验仪的原实验结果相差很小。因此，本发明仿真系统及仿真方法的仿真效果可以全面实验现有康普顿散射实验仪进行实验的功能，达到了亲历式目的。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种康普顿散射实验仿真系统，包括工作台和多道幅度分析系统，所述多道幅度分析系统包括多道分析仪和与所述多道分析仪连接的PC机，其特征在于，所述工作台上承载有顺序放置于同一水平线上的模拟放射源屏蔽室、散射样品承载体、旋转件和模拟核探头，所述模拟核探头与所述多道分析仪电连接，所述模拟放射源屏蔽室与所述散射样品承载体之间放置有铅砖，所述散射样品承载体安装于所述旋转件的一端，所述模拟核探头安装于所述旋转件的另一端，所述旋转件安装有所述散射样品承载体的一端通过所述旋转件的转轴与所述工作台轴接；所述模拟放射源屏蔽室与所述散射样品承载体相对的侧壁上设有¹³⁷Cs出射孔和⁶⁰Co出射孔，所述散射样品承载体设有用于放置散射样品的散射样品插入孔；还包括与所述模拟核探头进行通讯的工作台控制装置，用于探测仿真放射源状态、散射样品状态和散射角度。

2.如权利要求1所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述工作台控制装置包括工作台控制器以及分别与所述工作台控制器电连接的¹³⁷Cs出射孔探测器、⁶⁰Co出射孔探测器、散射样品探测器和核探头旋转角度传感器，所述¹³⁷Cs出射孔探测器安装于所述¹³⁷Cs出射孔内，所述⁶⁰Co出射孔探测器安装于所述⁶⁰Co出射孔内，所述散射样品探测器安装于所述散射样品插入孔内，所述核探头旋转角度传感器安装于所述旋转件的转轴上。

3.如权利要求2所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述工作台控制装置还包括与所述工作台控制器连接的无线通讯模块Ⅰ和与所述工作台控制器连接的匹配拨码开关Ⅰ。

4.如权利要求3所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述模拟核探头包括模拟核探头控制器以及分别与所述模拟核探头控制器电连接的工作高压检测电路、输出电路、无线通讯模块Ⅱ、匹配拨码开关Ⅱ和数据存储器，所述无线通讯模块Ⅱ与所述无线通讯模块Ⅰ进行通讯。

5.如权利要求4所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述工作高压检测电路包括与所述模拟核探头控制器连接的A/D转换器和与所述A/D转换器连接的分压电路。

6.如权利要求4或5所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述输出电路包括与所述模拟核探头控制器连接的D/A转换器和与所述D/A转换器连接的成形电路，所述成形电路包括依次连接的同相放大电路、微分电路和二阶有源低通滤波电路。

7.如权利要求6所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述同相放大电路由电阻R1、电阻R2和同相输入端与所述D/A转换器的输出连接的运算放大器U1组成；所述电阻R1的一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接，另一端接地；所述电阻R2的一端与所述运算放大器U1的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U1的输出端连接。

8.如权利要求7所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述微分电路由电容C1和电阻R3组成；所述电容C1的一端与所述运算放大器U1的输出端连接，另一端连接电阻R3，电阻R3的另一端接地。

9.如权利要求8所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，所述二阶有源低通滤波电路由运算放大器U2、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3、电阻R6和电阻R7组成，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接；所述电容C2一端连接于所述电阻R4和所述电阻R5的连接点，另一端与所述运算放大器U2的输出端连接；所述电容C3一端与所述运算放大器U2的同相输入端连接，另一端接地；所述电阻R6一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，另一端接地；电阻R7一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U2的输出端连接。

10.一种康普顿散射实验仿真方法，基于如权利要求6至9任意一项所述的康普顿散射实验仿真系统，其特征在于，其步骤为：

S1、使用现有康普顿散射实验仪测量不同工作高压、不同散射角的原始散射能谱；

S2、对原始散射能谱进行处理，定义能谱数据第i道的计数为D_i，i＝0,1,…，N-1，N为多道分析仪的总道数，总计数为D_all，通过p_i＝D_i/D_all计算出第i道出现的概率，获得原始散射能谱对应的分布特征数据，将获得的原始散射能谱对应的分布特征数据按顺序存入模拟核探头的数据存储器；

S3、将工作台控制装置的匹配拨码开关I和模拟核探头的匹配拨码开关II设为相同的编码；

S4、工作台控制器对匹配拨码开关I进行读取，获得通讯编码N₀；

S5、工作台控制器读取¹³⁷Cs出射孔探测器、⁶⁰Co出射孔探测器、散射样品探测器三种探测器的电平状态，同时读取核探头旋转角度传感器的角度数据；利用获得的状态构成实验状态数据，并将实验状态数据送入无线通讯模块I传输给模拟核探头的无线通讯模块II；所述实验状态数据由6个字节组成，结构为“#+N0+D0+D1+D2+$”，其中，“#”为数据包头，N0为通讯编码字节，其值被赋值为N₀；D0为放射源状态字节，取值：0-无放射源，1-¹³⁷Cs放射源，2-⁶⁰Co放射源；D1为散射样品状态字节，取值：0-无散射样品，1-有散射样品；D2为散射角度值字节，取值范围为0～180，“$”为数据包尾；

S6、模拟核探头控制器对匹配拨码开关II进行读取，获得通讯编码N₁；

S7、模拟核探头控制器读取无线通讯模块II，获得实验状态数据，将实验状态数据中的N0字节赋值给M；对M和N₁进行比较，若M＝N₁，则将实验状态数据中的D0赋值给R、D1赋值给S、D2赋值给A；若M≠N₁，则放弃实验状态数据；

S8、模拟核探头控制器通过工作高压检测电路测量工作高压，获得工作高压V_H；并根据R、S、A和V_H数据确定原始散射能谱对应的分布特征数据源，接着模拟核探头控制器从数据存储器中读取对应的数据源Data；数据源Data选取依据包括工作高压和散射角度，实现对工作高压响应，对散射角度响应；

S9、模拟核探头控制器以Data中的概率分布序列p_i为基础，采用离散随机数抽样法，获得符合p_i分布的随机数D_X，最后将随机数D_X送入输出电路的D/A转换器，产生幅度正比于随机数D_X的矩形电压脉冲P；

S10、矩形电压脉冲P经过成形电路滤波成形，输出仿核电压脉冲Q至多道分析仪；该仿核电压脉冲的幅度值正比于随机数D_X；

S11、多道分析仪接收仿核电压脉冲Q，对其进行脉冲幅度分析，获得能谱数据传输至PC机，由PC机进行能谱显示并进行后续能谱数据处理。