Si-PIN核辐射半导体探测器性能测量研究

为解决金硅面垒半导体探测器存在的漏电流较大、表面不可擦拭、受环境影响严重、使用稳定性较差等缺点,开展性能更优异的Si-PIN核辐射探测器研究具有十分重要的意义,可推动α、n、裂变碎片能谱测量等技术进步。论文介绍了离子注入与平面工艺相结合制作Si-PIN探测器的方法,对灵敏面积为20 mm×20 mm的Si-PIN探测器主要开展了I-V、C-V电学特性参数测量研究,开展了Si-PIN探测器对226Ra源α粒子的能量分辨率、能量线性响应研究工作。当反向偏压为2 043 pF时,探测器全耗尽时的漏电流为40nA、结电容为43pF,对α粒子的最佳能量分辨率为0.68%,探测器线性响应良好。     

平面工艺Si-PIN低能X射线探测器研制

叙述了用平面工艺技术制备Si-PIN低能X射线探测器的工艺方法.为了减小探测器的漏电流,采用了表面钝化和保护环技术.文章给出了厚度500μm,灵敏面积分别为5 mm2、10mm2的不同探测器在室温下漏电流测量结果以及5mm2的探测器在室温及温差电致冷条件下对55Fe5.9keV X射线的能谱响应测量结果.     

Si-PIN探测器特征参数的MCNP模拟

实验运用蒙特卡罗方法模拟X射线在Si-PIN探测器中的能量沉积。针对所选择的每个能量,改变Si-PIN探测器灵敏区厚度、半径,模拟出X射线计数率,从中选择出灵敏区最佳结构组合。并与DeBoer算法和Mcmaster算法的理论计算结果进行对比,结果表明MCNP5程序能准确地模拟X射线在Si-PIN探测器中的物理过程,且选取的灵敏区最佳组合具有较高的可靠性。     

Si-PIN探测器中子直照灵敏度研究

介绍了利用K600中子发生器进行Si-PIN探测器灵敏度标定的实验方法,并在实验中测出了Si-PIN探测器对14MeV中子的直照灵敏度。同时,利用MCNP模拟程序对Si-PIN探测器不同能量的中子直照灵敏度进行了理论计算,实验灵敏度处理结果和理论计算值较为一致。     

多通道Si-PIN探测器漏电流测量系统的设计和实现

中能望远镜是硬X射线望远镜卫星三大载荷之一,其探测器采用的是大面积Si-PIN探测器阵列。探测器的漏电流是影响X射线谱仪能量分辨率的一个关键因素。中能望远镜项目组在研发Si-PIN探测器的常温筛选环节中,将探测器漏电流作为一项重要考核指标。为了对探测器漏电流实现高精度、快速的测量,研制了多通道Si-PIN探测器漏电流测量系统。测量结果表明,使用该系统得到的漏电流结果精度较高,可直接应用到项目研制中去。     

共面栅碲锌镉探测器读出电路设计及性能研究

为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号,本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究,设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路,主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能,本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明：高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R²均为0.998;前置放大电路输出噪声为5 mV;增益调节及减法电路输出信号噪声为10 mV;输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率,当偏置电压为-1650 V、相对增益G为0.7时对¹³⁷Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳,可达3.65%,且无明显拖尾现象。     

用于高分辨率Si-PIN探测器的低噪声电荷灵敏前置放大器的设计

介绍了一种用于高分辨率Si-PIN探测器的低噪声晶体管反馈电荷灵敏前置放大器的设计。在场效应管制冷到-20℃,成形时间为6μs条件下,前放的零电容电子学噪声(对Si探测器)为150 eV。与平面工艺技术制备的厚度500μm,灵敏面积5 mm2的Si-PIN探测器配用,采用小型温差电制器制冷至-20℃,对5.9 keV X射线的能量分辨率(FWHM)最好可以达到195 eV。     

平面工艺硅探测器的温度性能研究

平面工艺硅探测器有可能成为合适实际应用的Ｘ射线探测器。文章介绍了实验装置，系统地测量了－２０℃到＋５０℃温度范围内探测器的温度性能，并对结果进行了初步的分析。     

用于电致冷Si-PIN探测器的掌上型电源系统的研制

介绍一套用于电致冷Si-PIN半导体探测器的掌上型电源系统的设计.系统采用集成电路方案与表面贴装元件(SMD)制作,具有体积小、重量轻、效率高、稳定性高、纹波噪声小和成本低等特点.内置可充电电池能维持一台XR-100CR型探测器工作7h以上,适合在各种基于Si-PIN探测器的现场X荧光分析系统中推广应用.提出了一种温控致冷电源的理论设计与实现方法,并对无变压器式、高稳定度、低纹波高压偏置电源的制作技术进行了讨论.     

晶体表面特性对PET探测器性能的影响

<正>电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)作为最灵敏和具有定量测量能力的功能分子影像技术,越来越广泛地应用于生物医学研究,如疾病的动物模型、新药物的研发和新治疗方法的评估等。提高探测器的性能是改进PET仪器性能的关键,PET探测器通常由分割的闪烁晶体阵列和光探测器组成,文中使用位置灵敏光电倍增管和不同晶体表面特性的硅酸钇镥((Lu,Y)2Si O5,LYSO)晶体阵列,对新型的双端读出三维PET探测器和传统的单端读出二维PET探测器的性能进行了测量。实验结果表明,对于双端读出PET探测器,两种晶体阵列提供相近的晶体分辨图和能量分辨率,但非抛光晶体阵列提供好的深度分辨率,双端读出PET探测器需要使用表面不抛光的晶体阵列;对单端读出PET探测器,抛光晶体阵列提供好的晶体分布图和能量分辨率,单端读出PET探测器需要使用表面抛光的晶体阵列。     

用于Si-PIN探测器的无变压器式高压偏置电源

采用电荷泵、多倍压整流与串联高压稳压电路,设计一套无变压器式DC-DC变换电路,将单组 5V电源转换为Si-PIN探测器所需的 100V高压偏置电源。该电源具有体积小、功耗低、纹波小、温度特性和长期稳定性好等特点。     

层叠式Si-PIN伽玛探测器

利用Monte-Carlo方法对新研制的层叠式Si-PIN伽玛探测器的伽玛灵敏度进行了理论计算。结果表明，层叠式Si-PIN伽玛探测器相对于单个的Si-PIN探测器具有更高的灵敏度，而且伽玛灵敏度与每层间的聚四氟乙烯片的厚度有关。实验测量的层叠式探测器和普通单个探测器对1.25MeV的伽玛灵敏度与理论计算值相当。     

Si-PIN硅条带探测器的电子学测试

采用电子学等效方法对所研制的Si-PIN条带探测器的基本性能进行测试。Si-PIN条带探测器是在—个硅基片上刻蚀多个条带探测器,常用于空间探测中的粒子方向测量。介绍了对Si-PIN条带探测器电子学等效测试方法和结果,重点探讨了条带之间的串扰问题。     

Analytic fitting and simulation methods for characteristic X-ray peaks from Si-PIN detector

A semi-empirical detector response function （DRF） model is established to fit characteristic X-ray peaks recorded in Si-PIN spectra, which is mainly composed of four components： a truncated step function, a Gaussian-shaped full-energy peak, a Gaussian-shaped Si escape peak and an exponential tail. A simple but useful statistical distribution-based analytic method （SDA） is proposed to achieve accurate values of standard deviation for characteristic X-ray peaks. And the values of the model parameters except for the standard deviation are obtained by weighted least-squares fitting of the pulse-height spectra from a number of pure-element samples. A Monte Carlo model is also established to simulate the X-ray measurement setup. The simulated flux spectrum can be transformed by Si-PIN detector response function to real pulse height spectrum as studied in this work. Finally, the fitting result for a copper alloy sample was compared with experimental spectra, and the validity of the present method was demonstrated.     

新型高灵敏度XRF分析仪的研制与应用

新型高灵敏度便携式X射线荧光(XRF)分析仪基于电致冷Si-PIN半导体X射线探测器和微机多道(2048道)谱仪系统,整机重3.8kg(探头重0.6kg),对铜、锌、砷等元素的分析检出限为10μg·g-1,适用于野外现场的天然岩石、土壤和水系沉积物的多元素含量的定量测定,以及工业原料、半成品、产品快速分析。     

测量放射性气体氙同位素的Si-PIN β探测器研制

大气中的放射性氙是全面禁止核试验条约组织重点关注的监测对象,提高放射性氙同位素的探测灵敏度和测量准确度是目前全面禁止核试验条约监测领域研究的前沿课题。本文研制了一种采用Si-PIN半导体制作的测量放射性气体氙同位素的β探测器,其对¹³¹Xe^m的129 keV内转换电子的能量分辨率达11.2%,远优于塑料闪烁体的能量分辨率;氙记忆效应非常小,仅为0.08%。Si-PIN β探测器的优异性能将提高氙样品测量分析的核素识别能力和测量准确度。     

基于Si-PIN的手部定向剂量当量率实时测量技术研究

研发了一款佩戴在手指上用于实时测量人员手部剂量率和总剂量的皮肤定向剂量当量率仪,实现了对能量范围8~250 keV、剂量率范围1 μSv/h~1 mSv/h的X/γ射线的实时测量,同时还具有超剂量阈值报警功能。剂量率仪包括探头、中继器和主机部分,探头包括Si PIN探测器和电荷灵敏前置放大专用集成电路,主机包括控制电路、显示屏和报警器。通过实验和理论计算研究了基于Monte Carlo模拟的补偿片设计,实现了尺寸为2 cm×1 cm×05 cm的微型探头,能直接佩戴在手指上实现实时测量。在国防科技工业电离辐射一级计量站核工业放射性计量测试中心开展了校准和检验,实验结果表明能量响应、剂量率线性范围满足相关规程的要求。     

基于Si-PIN探测器的电流型计数式α粒子测量

为解决基于Si-PIN探测器的传统计数型粒子测量系统在测量低强度脉冲辐射场时存在的计数率低和不能直接测量粒子时间信息的问题,提出了电流型计数测量方法。其原理是对电流型Si-PIN探测器在粒子入射时输出的脉冲信号进行线性放大和高速数字化,并使用数字信号处理算法进行数据分析以获得粒子测量信息。利用电流型Si-PIN探测器、电流型前置放大器和高带宽数字示波器组建了电流型计数测量系统,并在241 Am-244 Cm和239 Pu源上开展了α粒子测量实验。实现了脉冲幅度谱和粒子入射时间的联合测量,同时利用FIR及IIR型数字滤波器改善了能谱测量的能量分辨率。系统的最大计数率达2×106 s-1,适用于低强度脉冲辐射场测量。