室温半导体CdZnTe(CdTe)探测器性能综述

CdZnTe(CdTe)探测器是近年来迅速发展的新型半导体探测器,具有体积小、分辨率高、可在室温下工作等优点。由于探测器晶体内电荷收集不完全,导致所测的γ谱会产生低能尾巴,从而增加了谱解析的困难,需要进行新的解谱算法研究。介绍了其基本性能、电极设计、γ谱解析方法和发展趋势。     

γ谱仪中CdZnTe探测器的峰形拟合

峰形拟合在核能谱解析中具有重要而广泛的应用.针对新型CdZnTe探测器全能峰具有显著低能尾巴的峰形特点.在讨论CdZnTe探测器不同拟合算法基础上,采用高斯函数和指数函数的GAMANAL模型模拟了CdZnTe探测器的γ全能峰,并通过对59～661keV能量范围内各种核素峰形采集与拟合的实验研究,得到了CdZnTe探测器的峰形参数随能量变化的曲线,同时对其他不同的算法模型峰形参数的差异进行了比较,检验了峰形参数的在谱分析中的应用效果.     

低能γ射线谱测量岩性技术的初步研究

在分析野外地面γ射线谱的基础上,详细论述了低能γ射线谱及其与介质有效原子序数、岩性之间的关系。研究发现,不同地层、不同岩性的天然γ射线低能谱峰形态存在差异,主要表现在野外γ射线低能峰的峰位和低能峰前后两翼形状方面。据此,针对传统的野外γ射线能谱测量未能利用低能γ射线谱的问题,提出了一种利用低能γ射线谱段区分岩性的方法。     

使用Geant4模拟CAPture电极CdZnTe探测器对γ射线的响应

采用CAPture电极CdZnTe探测器获取X射线注量谱,为建立ISO 4037-1：1996标准以外的参考辐射和计算辐射场特殊剂量物理量的约定真值提供基础。CdZnTe探测器的主要缺点是由于空穴迁移率寿命积过小,导致电荷收集不完全,全能峰左侧出现低能尾。CAPture电极CdZnTe探测器采用扩展阴极降低阴极附近区域的电场强度,弱化空穴输运对电荷收集效率的影响,实现对低能尾的抑制。但由于探测器内的电场不再均匀,电荷收集效率无法用Hecht方程计算。本文根据Shockley-Ramo原理建立了CAPture电极CdZnTe探测器电荷收集效率计算公式,用有限元分析软件模拟了探测器内的电场分布。进而用Geant4软件开展了蒙特卡罗仿真计算,确定了载流子迁移率寿命积,并取得了与实测结果基本一致的脉冲幅度谱,为建立探测器的响应矩阵奠定了基础。     

航空γ能谱低能谱段规律研究

以将航空γ能谱低能谱段(≤600keV)信息开发应用于地质勘查工作为目的,通过蒙特卡罗方法和γ能谱测量实验对Al、Fe、大理石、混凝土等不同材料上形成的γ能谱低能谱段规律进行了系统研究,确定了γ射线低能谱段形状特征与吸收材料(平均)原子序数、密度之间的关联规律.为利用航空γ能谱低能谱段信息解决地质物性参数和岩性确认提供了依据.     

基于Monte-Carlo模拟和峰形拟合的CdZnTe探测器G(E)函数简便计算方法研究

提出了一种简便的CdZnTe探测器能谱-剂量转换函数(G(E)函数)的计算方法。峰形拟合函数被用于表征CdZnTe探测器对γ射线的低能拖尾,峰形拟合函数的参数通过实验测量获取,并通过拟合得到其随能量变化的关系。Monte-Carlo模拟计算得到的探测器理想沉积谱,经峰形拟合函数卷积得到了修正的模拟能谱,修正的模拟能谱与实际测量能谱吻合较好。基于修正的模拟能谱计算得到了CdZnTe探测器的G(E)函数。标准辐射场中的实验结果表明,用G(E)函数加权积分计算的周围剂量当量率与约定真值基本一致。     

天然γ射线低能谱测定岩性参数的应用研究

以理论研究为依据,以天然γ射线低能谱为研究对象,探讨了天然γ射线低能谱段分布特征同岩性参数(有效原子序数、密度)之间的关系。在此基础上根据实测地质剖面的低能伽玛谱线,利用回归分析,定量地确定了天然γ射线低能谱段与岩性参数关联度最高的能量区间,为利用天然γ射线低能谱段信息测定岩性参数提供了依据。     

快速NaI全身计数器γ谱全能峰形函数的探讨

采用主高斯函数加高能尾、低能尾小高斯修正项共9个参数的经验函数可较好拟合γ谱的各全能峰,给出了相应的拟合参数及分析结果.考虑到NaI全身计数器要求γ谱分析快速可靠,在保证一定的准确度情况下,对该经验函数作了进一步的简化,忽略高能尾修正项,仅考虑低能尾修正项,并引入低能尾小高斯修正项的峰位和半高全宽分别与主高斯函数的峰位和半高全宽的相关关系.在γ谱分析软件中仅采用主高斯函数加低能尾小高斯修正项4个参数的经验函数.结果表明,对NaI全身计数器测得的57Co、137Cs、60Co和柏40K等所有全能峰拟合的解析型改进的优良指数AJFOM均小于0.01%,拟合优度达到优良.     

MCNP4C在低能X光子解谱中的应用

在低能X参考辐射场中校准剂量(率)仪时,需要利用准确的转换系数进行计算。通常转化系数的参考标准为ISO 4037-3,但该标准的推荐值在低能区有较大的不确定度,因此需要对脉冲高度谱进行解谱求得注量谱,进而得到准确的转换系数。探测器的响应函数是注量谱解谱过程中的关键,本文在基于过滤的低能X光子参考辐射场中,使用蒙特卡罗方法MCNP4C程序建立CdZnTe探测器的几何模型,并计算出探测器响应函数,构建响应矩阵进行解谱,得到注量谱。结果表明,计算得到的标准源脉冲高度谱和实验测量结果基本一致,利用本文解谱结果得到的参考辐射场半值层与实验测量值基本吻合,相对偏差不大于5%。     

基于CdZnTe探测器的低能γ射线16通道探测系统

结合小尺寸CdZnTe半导体探测器,针对低能γ射线,设计了结构紧凑的低噪声16路核电子学阵列探测系统,结合了系统的工作原理和测试结果。常温下,对241Am的59．5keVγ射线,每个探测通道总噪声大约为8．9keV（FWHM）,计数能力约为9×10^4／s。     

蒙特卡罗方法计算低能γ射线在NaI晶体中能量沉积谱

本文考虑了低能γ射线的光电效应、康普顿散射、对生成,电子和正电子在库仑场慢化中的轫致辐射,以及正电子静止湮没。用蒙特卡罗方法模拟γ射线、电子及其级联过程,得到了低能γ射线在NaI晶体中的能量沉积谱、响应函数和绝对探测效率。计算结果与实验值符合较好。     

应用闪烁γ能谱测井系统对人工γ辐射核素的鉴别

在内华达试验基地(NTS)使用的标准γ能谱测井系统带有一个高效率、低能量分辨力的大体积碘化钠探测器。为了提高这个系统鉴别人工γ辐射核素的能力,发展和完善了一种简单方法,用于从低能γ谱中获取来自人工的部分。这一方法是使用一种参考数字模型得出的3个偏压光谱表示测井装置在大直径充满空气的钻孔中对天然钾、铀、钍系γ射线的谱响应。为了获取人工谱成分,这3个标准谱最早是使用常用     

基于极大似然估计的NaI(Tl)晶体仪器谱析方法研究

若能量分辨率不足、对核素的识别能力较差,就需解析仪器谱.本文采用极大似然估计法,对Nal(Tl)探测的仪器谱进行解析.通过对合成谱线的解析,结果表明,该方法可以有效地分解能量差2/3 FHWM重叠峰.将该方法应用到野外γ能谱仪的标定中,在混合模型上的检验结果表明,采用极大似然估计法进行能谱解析,建立含量和净峰面积之间的...     

基于深度神经网络的放射性废物桶γ能谱解析方法

在核电厂放射性废物桶测量中,为了解决传统γ能谱解析方法存在的核素误识别和峰面积计算精度较差的问题,提出了基于深度神经网络的γ能谱解析方法.深度神经网络以γ能谱全谱数据作为分析对象,无需传统方法的谱线平滑、寻峰等工作.利用蒙特卡罗模拟得到的γ谱线作为神经网络的数据集,在秦山核电一期200 L钢桶的三种不同介质内置5种γ源...     

多晶体γ探测器相互影响的蒙特卡洛数值模拟

本文用基于Geant4的蒙特卡洛方法模拟得到多晶体航空γ能谱仪对近似无限大γ面源的能量沉积谱,分析了航空γ能谱仪各条晶体的谱线差异,并研究了不同能量的地面γ辐射在上层晶体中形成谱线的变化规律,以及对环境氡气校正的影响,为多晶体航空γ能谱测量谱线解析提供了理论基础。     

Peakfit软件在LaCl_3γ谱解析中的应用

LaCl3探测器是一种能量分辨率优于NaI探测器的无机闪烁体探测器,在便携式核材料同位素识别等领域有广阔的应用前景。但是由于LaCl3探测器的能量分辨率仍低于HPGe探测器,在同位素识别过程中,产生的γ能谱经常会有峰重叠现象。然而目前没有合适的LaCl3γ谱解谱软件,所以尝试利用Peakfit软件来解析复杂的γ谱。以对LaCl3探测器效率刻度为例,研究Peakfit在γ谱解析中的应用,采用两种刻度方法同时进行比较,并用MCNP模拟验证。结果表明,利用Peakfit软件分析γ谱是可行的,也可以借鉴Peakfit软件中高斯拟合模块来编写多道软件。     

基于最小二乘法的航空?能谱解析

在天然辐射环境下,无法找到仅含单一天然放射性系列的近似无限大地层用于获取航空γ谱仪的响应谱,这是导致无法利用最小二乘法解析航空γ能谱的关键问题所在。本文基于介质互换原理、地层模块化与分能区多次模拟的思想,通过构建Monte Carlo组合模型,从而获得了含不同放射性物质的任意形状地层上空航空γ谱仪的响应谱。依据航空γ能谱测点上γ辐射来源与石家庄动态带分析,建立了一套可靠的最小二乘法航空γ能谱解析模型。通过对野外10 km测线分析发现,当地层含量大于4×10~(-6)时,该方法与标准方法分析结果相当。同时该方法为人工放射性核素响应谱的剥离提供参考。     

新型常温CdZnTe半导体探测器的研制进展

碲锌镉（CdZnTe）探测器是目前常温γ射线探测器中最主要的探测器之一,它可在常温下使用,无需象HPGe等半导体探测器要求低温（液氮制冷）,又比常用的NaI（Tl）探测器具有更好的能量分辨。CdZnTe探测器的平均原于序数高,单位体积的探测效率相应较高,可做成体积小、重量轻的便携式探测器。同早期的CdTe常温探测器相比,CdZnTe探测器电阻率高了2个数量级,同时消除了极化效应,增强了工作稳定性,CdZnTe材料易加工处理。CdZnTe探     

航空选择γ射线探查法

本文介绍日本ACE直升飞机株式会社技术研究所为寻找地下水而提出的航空选择γ射线探查法。其内容包括:地下水探查基本理论;低能测量谱段的选择;测量装置和测量技术;资料解释方法及实例。     

HPGe探测器测量低能γ射线241Am的研究

目前,广泛使用的HPGe探测器已经很好地应用于能量范围从100～2000keV之间的γ射线测量,但是在低能区(<100keV),测量分析结果不是很理想.通过实验的方法测量241Am的59.5keVγ射线,然后对结果采用不同的修正并与参考值进行比较分析,得到一种测量低能γ射线的实验方法.