厚GEM探测器对γ射线探测效率的研究

作为一种新型微结构气体探测器(MPGD),厚型气体电子倍增器(THGEM)用于较高能量光子探测是新的尝试。为了解其探测机理及探测效率的主要影响因素,利用多粒子输运软件、多物理耦合仿真软件及气体电离模拟软件,分别建立了光子与探测器相互作用模型、电子漂移扩散模型和气体电离模型。通过仿真得到了漂移极内表面和膜上电极的电子出射概率,~(137)Cs在漂移极内表面产生激发电子的能量分布和角分布。动态模拟了电子在特定电场中的漂移和横向扩散行为,定量计算了原初电子的入孔数量和入孔效率。最后通过实验验证,证明增大漂移区距离和提高THGEM膜间电压可显著提高THGEM对γ射线的探测效率。     

厚GEM探测器对γ射线探测效率的研究

作为一种新型微结构气体探测器(MPGD),厚型气体电子倍增器（THGEM）用于较高能量光子探测是新的尝试。为了解其探测机理及探测效率的主要影响因素,利用多粒子输运软件、多物理耦合仿真软件及气体电离模拟软件,分别建立了光子与探测器相互作用模型、电子漂移扩散模型和气体电离模型。通过仿真得到了漂移极内表面和膜上电极的电子出射概率,¹³⁷Cs在漂移极内表面产生激发电子的能量分布和角分布。动态模拟了电子在特定电场中的漂移和横向扩散行为,定量计算了原初电子的入孔数量和入孔效率。最后通过实验验证,证明增大漂移区距离和提高THGEM膜间电压可显著提高THGEM对γ射线的探测效率。     

蒙特卡罗方法计算用于低能光子测量的高纯锗探测器的效率

在内照射活体测量中,为了用蒙特卡罗方法计算探测器对光子尤其是低能光子的探测效率,需要对探测器准确建模。通过使用蒙特卡罗模拟计算和实验测量相结合的方法来准确确定低能光子高纯锗探测器晶体的死层厚度、半径和长度;结果表明使用此方法确定的晶体尺寸来模拟计算探测器效率,在17．5～662keV光子能量范围内,低能光子高纯锗探测器探测效率的模拟计算结果与实验结果比较,相对偏差平均小于1．0％,最大为3．2％。     

三维方孔硅探测器的热中子探测影响研究

采用基于Monte-Carlo方法的Geant4程序对填充~6LiF中子转换材料的三维方孔硅探测器的热中子探测进行了模拟,研究了探测器结构与探测效率、能量沉积谱的关系。探究了方孔截面尺寸、孔间距、孔深度、系统最小可探测限(LLD)等参数对热中子探测效率的影响。研究结果表明,探测效率随截面尺寸或孔间距的增大先增加后减小,随孔深度的增加而增大,直到一个极限值。经优化结构参数,在LLD为300 keV的情况下,孔间距大于6μm的三维方孔硅探测器的探测效率受LLD的影响较小。理论上,三维方孔硅探测器的最佳尺寸为孔间距6μm、孔截面尺寸30μm、孔深度1 mm,其探测效率可达59.5%。     

面向行星表面元素测量的小型化伽马谱仪原理样机设计

对行星表面物质受宇宙射线激发或天然衰变而产生的伽马射线进行探测,是一种测量行星表面主要元素成分及其空间分布的可靠技术手段,已被多个行星探测任务采用。提出了将CZT探测器与SiPM读出闪烁晶体相结合的行星元素伽马谱仪方案,该方案兼具低能段的高能量分辨率和高能段的高探测效率,同时可以减小来自非探测方向伽马背景的影响,且具有较小的体积、重量和功耗。为进行初步的技术路线验证,设计了一个将CZT阵列(单个灵敏尺寸1 cm×1 cm×0.5 cm)与BGO探测器(晶体的主体尺寸8.4 cm×8.4 cm×4 cm)相结合的小型化伽马谱仪原理样机,并开展了物理模拟。完成了前端探测器模块、数据处理模块和FPGA控制逻辑的设计实现,以及原理样机的组装。使用放射源、上海光源激光伽马光束线和中子激发伽马对谱仪进行了测试,CZT探测器对¹³⁷Cs@662 keV伽马射线的能量分辨率(FWHM)为2.1%,可以较好地分辨低能伽马射线,BGO晶体能够较好地探测和分辨高能伽马射线。该方案为未来小型化行星伽马谱仪的工程设计提供了参考。     

基于国产厚型气体电子倍增器的低能电子二维位置探测器

为探测0.1-50 Me V低能电子脉冲束流的位置分布,研制基于国产厚型气体电子倍增器(Thick Gaseous Electron Multiplier,THGEM)的二维位置探测器,位置分辨要求好于200μm,灵敏面积为50 mm×50 mm。THGEM的孔径为150μm、孔间距400μm、厚度100μm。用Geant4模拟了薄膜窗厚度、空气层厚度等对电子透过率和横向扩散的影响。根据模拟结果,优化了探测器的结构和设计。并用能量为5.9 ke V的X射线源55Fe测试不同工作气体的增益,单层最大增益好于1×10~4,双层最大增益好于6×10~4,能量分辨率好于23%。     

~6LiI/~(nat)LiI闪烁体探测器效率的模拟计算及实验测量

碘化锂晶体闪烁体具有中子测量效率高、探测器尺寸小等优点,它是目前相当成熟和用途广泛的探测器,在中子测量及环境监测等各方面均有广泛应用,它由闪烁体、光导、光电倍增管、高压四部分组成。本工作利用Monte Carlo程序研究了6LiI/natLiI闪烁体探测器尺寸与探测效率的关系,并通过GEANT4及MCNP程序模拟计算了高富集度的6LiI晶体和天然LiI晶体及纯7LiI晶体的探测效率。从理论模拟结果可以看出10 mm厚度的两种探测器对热中子探测效率都很高,6LiI达到98%,而natLiI也能达到65%。利用反应堆热中子刻度了6LiI/natLiI闪烁体探测器的热中子探测效率,考虑了铅砖及高密度聚乙烯的散射,以及环境中子的贡献后,实际测量6LiI探测器探测效率在90%左右,natLiI探测器探测效率在70%左右。     

闪烁薄膜探测器X/γ射线能量响应研究

为准确评估闪烁薄膜探测器(OSFD)在脉冲裂变中子参数测量中γ射线对测量结果的影响,利用Geant4程序对闪烁薄膜探测器的X（或γ）射线响应进行模拟,结合半经验电子发光效率曲线,获得探测器能量响应理论曲线,利用662 keV和1.25 MeV的单能γ射线源,以及窄谱剂量标准的48~208 keV准单能X射线能点对探测器响应进行刻度。本研究结果为闪烁薄膜探测器结构的改进,以及探测器在宽能谱脉冲X射线场测量中的应用提供了重要依据。     

大面积高灵敏度编码相机探测器的设计与性能测试

编码孔径相机是一种定位放射性物质的设备,对丢失放射性物质的寻找以及监测具有重要的意义。为了满足编码孔径相机对核突发事故的污染区进行实时定位,并获得污染面积和污染程度等信息,采用大面积CsI(Tl)晶体阵列与光电倍增管(PhotoMultiplier Tube,PMT)阵列耦合的方式构建高灵敏度编码相机的探测器,以此提高探测效率并减少探测时间。该探测器由121根CsI(Tl)晶体构成11×11的阵列,每根晶体的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm,通过光导与3×3的光电倍增管阵列耦合为一个探测器模块;由4个探测器模块组成2×2的阵列作为探头部件,采用自主设计的放大滤波成型以及单端转差分电路实现探测器信号的读出处理。通过测试发现,该探测器模块在662 keV的γ射线激发下,能很好地实现各个晶体条的位置分辨,且其平均能量分辨率为9.4%。测试结果表明:该探测器在位置分辨、能量分辨率、峰位一致性以及探测效率一致性等性能方面均能够满足高灵敏度编码相机成像的设计要求。     

像素CdZnTe探测器的研制

介绍了研究的像素CdZnTe探测器的研发情况,包括探测器的制作和性能检测.4×4面阵CdZnTe的尺寸为11 mm×11 mm×6.3 mm,像素为2 mm×2mm.性能最好的一个像素对137Cs 662keV伽玛射线的能量分辨率达到了1.4%,在加保护环并进行各像素峰位归一修正后,整个CdZnTe探测器对 137Cs 662keVγ射线的能量分辨率为2.08%.     

基于C_6D_6探测系统的中子俘获截面测量技术研究

<正>中子辐射俘获反应截面在新一代核反应堆设计、核废料嬗变和核天体物理等领域有非常重要的应用价值。在中国散裂中子源反角白光中子束线上建立了一套C_6D_6探测器系统,用于开展中子辐射俘获反应截面测量。研究脉冲高度权重技术,使探测系统对伽马射线的探测效率与伽马射线能量呈正比,图1给出权重函数曲线以及加权后探测效率     

气溶胶滤材样品γ探测效率与测量源尺寸的关系

用22.5cm×45cm的聚丙烯滤材制备了一套含6种单能γ发射体(能量60～1116keV)的直径为30～110mm的八种圆片形测量源,分析其在6种HPGe探测器上的各能量的相对探测效率。实验显示各能量在各探测器上探测效率最高时的源直径在50～60mm之间。分析实验结果还发现:探测器晶体直径增大,测量源最佳直径也趋于增大;相对于高能射线而言,低能射线趋于选择直径稍小但厚一些的圆片测量源,但此趋势对平面型HPGe探测器不如同轴型HPGe探测器显著。用MCNP4B程序模拟计算上述不同尺寸的源在GEM60195-P探测器上分析时各相应能量的探测效率,探测效率最高的源尺寸结果和实验吻合。对同一探测器计算得到:本实验能量范围内,对20cm×25cm和45cm×45cm的滤材,测量源最佳直径分别为40～50mm和50～70mm。滤材面积增大,测量源最佳直径也增大。     

LaBr_3:Ce(5%)闪烁探测器的MC研究

近年来一种采用LaBr3:Ce晶体的闪烁探测器被研发出来,这种新型探测器比NaI(Tl)探测器具有更高的能量分辨率,在662 keV大约为3%。利用蒙特卡罗通用程序MCNP4C分别模拟计算了LaBr3:Ce晶体和NaI(Tl)晶体的γ能谱,模拟能谱与相应的实验测量能谱符合很好。研究还发现晶体尺寸大小对能量分辨率没有影响,能量分辨率不随晶体体积的增加而提高。同样晶体尺寸下通过模拟探测不同入射能量γ射线的峰总比R(E)计算值与NaI(Tl)晶体的模拟值和实验值比较发现,LaBr3:Ce晶体对中高能量γ射线的探测效率较高,而在较低能量时探测效率低于NaI(Tl)晶体。     

半球型CdZnTe核辐射探测器的制备与性能

CdZnTe半导体核辐射探测器具有较高的探测效率和较好的能量分辨率,可方便地应用于X、γ射线的探测,在环境监测、工业无损检测等领域具有很好的应用前景.CdZnTe探测器有多种电极结构,其中半球型结构在国内鲜有研究.该工作制备了体积为8 mm×8 m×4mm的半球型CdZnTe探测器,经测试,在室温条件下,其漏电流为nA级,对未经准直的241Am(59.5 keV)、57Co(122 keV)、137Cs( 662keV)γ射线的分辨率(FWHM)分别为6.96％、5.66％、3.92％,在连续使用的条件下具有较好的稳定性.     

keV能区中子注量率测量初级标准装置研制

由于大多数中子探测器在keV能区处于共振能区,截面数据无法精确已知,无法作为中子注量率测量初级标准装置。⁶Li在keV能区的截面精确已知,本文以此设计了一种包含⁶LiF转换体的硅半导体探测器系统（LiF-SSD探测器）,建立了keV能区中子参考辐射场中子注量率测量初级标准装置。利用SRIM和TRIM程序估算了LiF-SSD探测器的计数率;基于Geant4开发了探测器响应计算程序,给出了中子能量为27.4 keV的探测器脉冲幅度计算谱;利用⁴⁵Sc(p,n)-⁴⁵Ti反应,测量了27.4 keV中子能量点的探测器脉冲幅度谱,测量结果与理论计算谱符合较好。     

充气飞行时间方法测量~(36)Cl

对充气飞行时间探测系统在以下几个方面进行了改进:1)减少入射窗Mylar膜的厚度,从原来的0.9μm减少到0.5μm;2)增加停止时间探测器的灵敏面积,提高探测效率。原来采用的金硅面垒型探测器的直径为23mm,现在所用的探测器直径为40mm,探测效率可由原来的40%左右提高到70%以上。为了     

基于数值积分法的无源效率刻度方案研究

无源效率刻度技术一直是核分析领域研究的热点,但现行无源效率刻度技术需依据指定探测器进行订制。基于伽马射线指数衰减规律推导了圆柱体探测器周边任意位置点源探测效率的数值积分公式。依据探测器与待测物几何结构的轴对称性和伽马场叠加原理,构建了实验室常用几何结构体源的探测效率计算方案。在笔记本电脑(CPU:i5-8250U@1.60 GHz;RAM:8.0 GB)上应用上述方法计算HPGe圆柱体探测器对马林杯水体和NaI圆柱体探测器对圆柱体土壤内多种能量特征伽马射线的探测效率,发现探测效率计算值与实验值之间相对偏差为-4.9%～3.9%,且计算时长最大为35.78秒,证实本方法能准确、快速地实现圆柱体探测器的无源效率刻度。且本文推荐方法在探测器尺寸变化的情况下仅需修改相应参数,具有很强的通用性。     

HPGe探测器点源效率与其空间位置的函数关系

本文采用蒙特卡罗(MCNP)模拟与实验相结合的方法,计算了HPGe探测器(美国Ortec公司产品,相对效率40%,对1332keV的分辨率为1.8keV)对空间不同位置、不同能量点源的探测效率,对Masayasu等[1]提出的点源径向表达式作了修正,改进了与实验值(或MC模拟值)的一致性;给出了HPGe探测器效率随点源位置变化的解析表达式;证明了应用MCNP模拟方法确定探测器对于点源的探测效率函数的可靠性和实用性,也有助于对体源效率的测量和计算。     

240Am半衰期的测量

²⁴⁰Am的半衰期对准确测量²⁴¹Am(n,2n)²⁴⁰Am反应截面具有重要作用,当前评价的数据50.8(3) h是对²⁴⁰Am的987.8 keV γ射线用Ge(Li)探测器跟踪测量6 d的结果,测量时间不到3个半衰期,使得测量结果的不确定度偏大。本文利用Geant4模拟软件建立了阱型HPGe探测器的测量模型,模拟计算了不同Pb吸收厚度下²⁴⁰Am高能γ射线的探测效率,确定使用阱型HPGe探测器配合吸收X射线和低能γ射线的Pb吸收体可有效提高²⁴⁰Am高能γ射线的探测效率。根据Geant4模拟计算的结果,Pb吸收体厚度为1 mm时,对²⁴⁰Am的888.8 keV和987.8 keV两条特征γ射线的探测效率分别为14.1%和13.3%。在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上通过²⁴²Pu(p,3n)反应生产了²⁴⁰Am,制备了约700 Bq的²⁴⁰Am测量源,用上述方法跟踪测量²⁴⁰Am的888.8 keV和987.8 keV两条特征γ射线的强度,时间超过18 d,用最小二乘法拟合得到其半衰期为50.79(5) h,结果与评价结果一致,但减小了不确定度。     

医疗场所空气中碘-131在线探测系统模拟设计

为了实现无富集条件下对碘-131的快速精准测量,提出了针对医疗场所空气中碘-131的γ、β联合测量方法。通过Geant4建立探测系统模型,模拟研究探测系统对碘-131释放的β粒子和γ射线进行探测,其中NaI探测器和塑料闪烁体探测器分别实现对γ射线和β射线的测量。模拟计算表明,探测系统获取的γ全能峰计数、β计数与碘-131浓度之间存在线性关系。系统可首先通过获取γ能谱分析碘-131特征峰实现碘-131识别,利用γ射线全能峰计数与β射线计数之间的线性关系确定β射线贡献是否仅来自于碘-131,然后利用β射线的高探测效率进行快速测量。模拟计算探测系统测量1 h,其双3英寸NaI探测器的探测效率为1.7%,其MDC可达到19.59 Bq/m³,其塑闪探测器的探测效率为36%,MDC为7.93 Bq/m³,均显著低于38.50 Bq/m³。基于γ全能峰计数和β计数的联合计算公式计算的碘-131的浓度,相对误差≤0.6%。提出的探测系统充分利用了β射线探测效率高和γ能谱能量识别能力强的优点,通过γ能谱全能峰计数和β计数测量可实现碘-1...