一种新型溴化铈闪烁体探测器性能研究

闪烁探测器在射线能量与时间的探测中发挥着重要作用。针对国产新型溴化铈（CeBr₃）闪烁晶体,本文建立实验系统和方法对其关键性能指标进行了测试,具体包括：建立了快符合时间分辨系统测量装置,测试得到新型闪烁探测器对于⁶⁰Co源的时间分辨率为142 ps;建立了单光子计数法测量装置,测试得到溴化铈晶体的衰减时间为16.8 ns,上升时间为0.18 ns;建立了相对光输出测量装置,测试得到其相对于同规格NaI(Tl)闪烁体探测器对于661.66 keV射线的光输出为161%;同时针对其能量响应性能进行了测试,测得对于661.66 keV射线其能量分辨率为4.7%。将国产新型溴化铈闪烁晶体的性能测试结果与国际上同类晶体以及氟化钡、溴化镧、碘化钠等常用无机闪烁体的性能进行了比较,对其应用前景进行了探讨。     

大尺寸掺氯化铈的溴化镧晶体生长及闪烁性能研究

采用真空密封的石英坩埚,使用改进的下降法生长了以氯化铈为掺质的溴化镧晶体( LaBr3:CeCl3),获得尺寸φ40 mm×45 mm无宏观缺陷晶体.测试了LaBr3:CeCl3晶体的X射线激发发射谱、透射光谱及光输出、能量分辨率、衰减时间等闪烁性能.结果表明:在X射线激发下,Ce3+激发发光主峰位于385 nm附近,...     

GdI3:Ce闪烁体中子探测性能测试与改进研究

为改善GdI₃:Ce闪烁体在探测中子过程中的γ抑制能力,使用Geant4和XCOM计算了其γ线性吸收系数,并通过模拟计算与实验测量研究了铅屏蔽法抑制γ的有效性。结果表明：GdI₃:Ce闪烁体在探测中子过程中易受低能γ射线的干扰;随着铅层厚度的增加,100 keV~1 MeV的γ射线对中子探测的干扰减小,而3~10 MeV的γ射线的干扰呈先增加后减小的趋势。对²⁵²Cf中子源的实验测试发现,在碘化钆闪烁体外围添加铅层后,中子峰得以显现;随着铅层厚度的增加,中子峰内净计数减小,而净计数与本底计数的比值上升。模拟和实验结果均表明,在使用GdI3:Ce闪烁体探测中子时,应根据中子探测效率和信噪比的优化确定γ屏蔽铅层的厚度。     

国产掺铈氯化镧晶体γ探测能力测量

掺铈氯化镧晶体(Lacl3:Ce)是国际上最新研制的无机闪烁快响应晶体,其具有对γ探测能力强,时间响应快,中子、γ分辨能力高等特点。在放射性标准源场中对首批国产掺铈氯化镧晶体配光电倍增管的γ灵敏度进行了测量,测量结果表明国产新型Lacl3:Ce无机晶体对1.25 MeV和0.66 MeVγ射线的探测能力约为NaI晶体的80%左右。此类晶体可作为低强度快脉冲γ辐射测量的候选晶体。     

溴化镧探测器γ射线能量展宽及解谱研究

溴化镧(LaBr₃:Ce)探测器是一种性能优良的无机闪烁体探测器,准确的LaBr₃:Ce探测器γ响应参数以及响应能谱是开展应用工作的基础。通过对实验中实测γ能谱的分析,可以得到溴化镧谱仪的半高宽-能量关系,在尝试使用MCNP中GEB卡还原此关系时,发现可将程序中自带的半高宽-能量函数简化,简化后的函数关系仍能较好地反映实验测量信息。在此基础上,采用MCNP程序模拟了0.1～5 MeV的单能γ射线在Φ50 mm×10 mm溴化镧探测器中的响应输出,构建了其γ响应函数矩阵。通过能谱计算得到展宽系数后,编写MATLAB计算程序对构建的响应矩阵进行高斯展宽。利用展宽后的矩阵通过加权最小二乘法对实验测得的复杂能谱进行解谱,并将解谱结果与实验测量数据进行比较验证。结果表明:展宽后的响应函数与实验得到的响应函数符合一致,通过数值解谱可以很好地给出实验测量中不同γ源的能量以及相对产额等信息。     

LaBr3(Ce)探测器探测效率影响因素研究

LaBr₃（Ce）晶体是一种性能优异的新型无机闪烁体,是制作闪烁体探测器的优异材料。LaBr₃（Ce）探测器在核测井、环境监测、核医学等领域得到了广泛应用。探测器的探测效率是探测器设计和研制的一个重要指标,利用Geant4工具包建立LaBr₃（Ce）探测器的探测模型,对影响探测器的探测效率的相关因素进行研究。结果表明：探测效率与晶体截面形状、尺寸有关：矩形截面的探测效率低于圆形和方形截面,而且晶体径向尺寸越大而长度越短,探测效率越高;LaBr₃（Ce）探测器的探测效率与射线的能量有关：能量越高,探测效率越低;同时,若是发散的放射源,与探测器间距越小闪烁体的探测效率越高。通过探测器探测效率的影响因素分析,对基于LaBr₃（Ce）探测器研究和设计具有一定的参考价值和指导意义。     

便携式γ能谱仪闪烁探头改进设计及性能研究

为满足当前便携式γ能谱仪对高性能闪烁探头的需要,本文提出了采用CsI(Tl)晶体耦合雪崩光电二极管的方式代替NaI(Tl)晶体耦合光电倍增管以构成新的闪烁探测器,并设计了低噪声电荷灵敏放大器作为探测器读出电路。根据唯一变量原则分别测试了能量分辨率随温度与偏压的变化规律,并对多种放射源的γ射线进行能谱响应实验。实验结果表明：当温度为23 ℃且偏压为370 V时,该闪烁探头对¹³⁷Cs、²²⁶Ra、⁶⁰Co和¹⁵²Eu源的γ射线具备优异的能谱响应特性,其中,对¹³⁷Cs源的γ射线能量分辨率可达4.98%,输出信号信噪比可达21∶1,上升时间为80 ns。可见,改进后的闪烁探头的性能有大幅提升,具备能量分辨率更佳、体积更小、抗机械性能与适用性更强等优点。     

脉冲中子地层元素测井仪优化设计中的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法研究了脉冲中子地层元素测井仪闪烁晶体材料、井眼屏蔽体厚度、硼套表面密度等设计参数对仪器测井响应的影响。结果表明：LaBr₃晶体的测井响应特性优于BGO晶体;高矿化度盐水对测量结果影响很大,井眼屏蔽体厚度为1.2 cm时,可屏蔽60%以上井眼γ射线;硼套中¹⁰B表面密度达到0.065 g/cm²时,可消除仪器外壳材料产生的俘获γ本底;俘获能谱的探测深度随孔隙度的增加而减小,非弹性散射能谱对不同孔隙度地层的探测深度基本一致,约为14 cm。     

地层元素测井中探测器响应数值模拟研究

地层元素测井中常利用LaBr₃、BGO等晶体探测器测量γ能谱确定元素和矿物含量,晶体探测器计数效率与能量分辨率等参数是决定能谱质量和元素含量计算精度的关键因素。本文通过对比研究LaBr₃和BGO两种晶体探测器的能谱响应特性,利用蒙特卡罗方法建立了不同元素含量与种类的地层模型,模拟研究了两种晶体探测器的γ响应能谱,并利用最小二乘法计算了元素含量。结果表明：当地层矿物模型中元素种类较少时,两种晶体探测器测得的元素含量差异较小;当元素种类较多时,由于能谱中不同元素γ射线重叠及互相干扰,LaBr₃晶体探测器测得的元素含量计算精度优于BGO晶体探测器,体现了在复杂地层岩性元素含量测量中,高能量分辨率晶体探测器的探测优势。     

中子俘获反应截面在线测量技术研究

利用γ全吸收型4π BaF₂探测装置,对中子俘获反应截面进行了在线测量。基于HI-13串列加速器提供的脉冲化质子束,通过⁷Li(p,n) ⁷Be反应产生中子,构建了keV能区中子源实验条件,经屏蔽准直后的中子轰击样品,应用4π BaF₂装置在线测量(n,γ)反应复合核退激时释放的瞬发γ射线级联,测量了Au、C、Nb、空白等样品。通过计算⁹³Nb(n,γ)⁹⁴Nb和¹⁹⁷Au(n,γ)¹⁹⁸Au两个反应的截面数据比值并与文献数据比对,检验了4π BaF₂探测装置和(n,γ)反应截面在线测量技术,为在中国散裂中子源（CSNS）上顺利开展(n,γ)反应截面数据测量工作提供了技术支持。     

用于测量高能γ射线的三晶电子对谱仪的研制

为解决高能γ射线的准确测量问题,本文基于自主研发的闪烁晶体探测器研制了一套三晶电子对谱仪,测量了⁵⁶Co放射源1.5 MeV以上γ射线的双逃逸峰能谱。与使用单个LaBr3探测器所测能谱相比,三晶电子对谱仪有效降低了峰与连续本底的比值。本文研究结果为准确测量加速器共振核反应(p,γ)及激光康普顿散射(LCS)产生的高能γ射线奠定了技术基础。     

BaF2闪烁体探测器信号数字化方法研究

应用数字化方法对BaF₂闪烁体探测器脉冲信号进行了研究,信号的测量通过FADC和计算机系统实现,并对所采集的脉冲波形进行了离线分析。通过计算脉冲波形的面积提取了射线的能量信息,重建了能谱,并与传统电子学模拟信号测量方法得到的能谱进行了比较;应用过阈定时方法提取了脉冲的时间信息,测量并给出了4πBaF₂探测器系统的时间分布谱;应用脉冲形状甄别法对α粒子和γ射线进行了鉴别研究,根据脉冲信号快/慢成分比的差别清楚地将α粒子从γ射线中鉴别开来。本工作为在γ全吸收型4πBaF₂探测器系统中应用FADC进行多通道、多参数、大数据量数字化数据获取积累了经验。     

氘-氘聚变反应高能γ射线产额的实验研究

本文对低能D(d,γ)⁴He聚变反应进行了实验研究。由于D(d,γ)⁴He聚变反应γ射线的产额低、能量高、本底大,实验采用大NaI-塑料闪烁体反康谱仪,以提高探测效率并降低宇宙线的影响;采用脉冲束飞行时间方法区分中子和γ射线,以减小中子和宇宙线本底的影响。实验测量了300 keV d束轰击厚D靶和薄D靶两种情况下的γ数据。在计算反应产生23.8 MeV的高能γ峰面积时,采用了拟合法扣除本底。实验测得,对厚靶,D(d,γ)⁴He反应截面为2.47×10^-37m²;对薄靶,D(d,γ)⁴He反应截面为4.36×10^-37m²。     

CeBr3探测器原位测量海洋γ放射性核素模拟研究

针对海洋环境本底复杂、人工γ放射性核素含量低导致目标核素测量精度低的问题,提出将CeBr₃闪烁体探测器应用于海洋γ放射性核素原位测量的方案。通过MC模拟,计算分析了CeBr₃探测器对海洋环境中常见人工γ放射性核素的探测效率、有效探测距离、在海水中的本底能谱(包括探测器自身放射性)、最小可探测活度浓度(MDAC)等,并与传统NaI(Tl)、LaBr₃(Ce)探测器的性能进行了对比分析。研究结果表明,所提出的海洋原位γ放射性测量方案能够弥补传统低分辨率NaI(Tl)探测器与复杂本底LaBr₃(Ce)探测器在海洋环境下对γ射线测量的不足,对提升海洋原位γ探测器在海洋放射性污染监测的智能预警能力以及对海洋环境资源的保护能力等方面具有重要意义。     

LaBr_3(Ce)与NaI(Tl)闪烁探测器的性能研究与比较

以铈离子激活的溴化澜晶体(La Br3:Ce3+)是近年来发现的一种新型无机闪烁体材料,因其具有较高的光产额、较好的能量分辨率、较快的衰减时间等优良性质,对溴化镧和碘化钠闪烁晶体进行了对比性实验研究,用137Cs、60Co等标准源在低本底铅室中测量了γ能谱。通过对比,重点讨论了La Br3(Ce)与Na I(Tl)闪烁探测器的能量分辨率和能量线性等性能指标。     

塑料闪烁光纤阵列探测器的结构设计

具有多层阵列结构的塑料闪烁光纤探测器可实现土壤中⁹⁰Sr含量的直接、快速测量,闪烁光纤阵列结构和信号处理方式是提高⁹⁰Sr含量测量精度和抗γ射线干扰能力的关键参数。本文利用蒙特卡罗方法对探测器建模和计算,优化了探测器的结构。推荐的闪烁光纤阵列探测器为5层结构,第4层为厚度不小于6 mm的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）吸收层,其他层为厚度1 mm的双涂层方形塑料闪烁光纤阵列。第1~3层信号符合后输出,可提高探测器对γ射线的甄别能力。     

大尺寸BGO晶体的温度特性研究

锦屏深地核天体物理（JUNA）实验项目将在中国锦屏深地实验室开展恒星平稳氦燃烧阶段关键的(α,γ)和(α,n)反应以及恒星平稳氢燃烧阶段关键的(p,γ)和(p,α)反应的直接测量。该项目计划研制一套锗酸铋（BGO）探测器阵列用于(α,γ)和(p,γ)反应的γ射线探测。由于BGO晶体的光产额对温度敏感,温度的变化会导致γ能谱峰位的漂移和能量分辨率的变化。本文使用制冷系统对尺寸为6 cm×8 cm×25 cm的BGO晶体进行降温,利用¹³⁷Cs源测量了其γ能谱峰位和能量分辨率,对BGO探测器性能随温度的变化关系进行了研究。结果表明：在-20～22.1 ℃温度区间内,BGO探测器的γ能谱峰位与温度呈良好的线性关系,能量分辨率随温度的降低而提高。     

溴化镧探测器在1–10MeV能区的能量刻度

溴化镧(铈)(LaBr3(Ce))闪烁探测器具有较高的能量分辨和较高的探测效率,在中子质询非破坏性检测爆炸物、违禁品及地雷等研究领域发挥了重要作用。本文提出了中子场中LaBr3(Ce)探测器宽能范围的刻度方法:分别测量中子诱发NH4Cl和三聚氰胺(C3H6N6)的瞬发能谱,对比后确定了各核素的特征峰,获得了1–10MeV能区的能量刻度曲线。采用二次多项式及三次多项式拟合,能较好地区分被测特征核素。     

溴化镧探测器效率计算及刻度实验

采用蒙特卡罗方法计算了不同尺寸溴化镧闪烁体的吸收效率以及峰总比曲线。采用137 Cs、60 Co、152 Eu三种点源对Φ50mm×10mm LaBr3:Ce探测器进行了效率刻度实验,低能段刻度实验结果与蒙特卡罗计算结果基本一致。将实验结果与计算结果相结合,给出了探测器对0~10MeVγ射线的全能峰效率曲线,并给出了相应的拟合公式。结果表明,对于实验条件有限的情况,采用模拟计算相对效率曲线再结合部分能点绝对刻度校准的方法可快速有效地得到探测器的效率曲线。     

国产LaCl3:Ce探测器裂变γ能区多能量点灵敏度测量

应用⁶⁰Co强γ源进行康普顿散射,再结合0.67 MeV（¹³⁷Cs源）和1.25 MeV（⁶⁰Co源）标准γ源,获得裂变γ能区多种能量γ辐射。以国产掺铈氯化镧（LaCl₃:Ce）闪烁晶体样品配光电倍增管构成快响应闪烁探测器,在这些γ能量下对LaCl₃:Ce探测器灵敏度进行了测量。测量结果表明：以LaCl₃:Ce对0.67 MeV γ的灵敏度为归一基准,LaCl₃:Ce对1.25 MeV γ的灵敏度约为1.28;对尺寸为f40 mm×2 mm的LaCl₃:Ce,能量在0.39～0.78 MeV之间对应的灵敏度最大为1.18,最小为0.96;对尺寸为f40 mm×10 mm的LaCl₃:Ce,最大为1.06,最小为0.98。本测量数据可为理论计算LaCl₃:Ce能量响应定标、校正提供测量数据参考,为获得裂变γ能区LaCl₃:Ce探测器综合灵敏度提供实验数据依据。