便携式充氙电离室型高分辨γ谱仪设计方案的初步理论研究

便携式充氙电离室型高分辨γ谱仪是近年来电离室探测器研究的一个新的突破。本工作在目前国外出现的具有良好能量分辨率且抗微颤噪声的柱型双阳极高气压充氙电离室基础上，依照国外的经验研制一种新型结构的高气压充氙电离室，其设计参数列于表1。设计结构如图1所示，采用共面栅极阳极结构：选用12根阳极丝，其中的6根为一组，并联相同电压，以组成收集极和非收集极，两极间电压略有差别，要求阳极线尺寸和位置精确一致；     

用于微剂量测量的圆柱型无壁组织等效正比计数器

本实验室设计研制了一台圆柱型无壁组织等效正比计数器。该计数器由直径为0.3mm 不锈钢阳极丝及其周围16根直径为0.1mm 不锈钢阴极丝组成。计数器灵敏体积直径为20mm,高20mm。计数器置于近乎球形的直径为600mm 的不锈钢密闭容器内,待测点源的最大移动范围约为300mm。实验表明,组织等效气体压力为25和100mmHg 时,计数器分辨率分别为16.9和11.8%;8小时稳定度为±0.54%(包括计数器高压及电子学记录系统);线能量测量下限为0.1keV/μm。     

COMSOL法模拟测氚电离室静电场

使用COMSOL软件对电离室内部电场进行仿真,分别模拟高压丝根数为3、6、12、18、24、30、36、42、48根时电离室内部静电场。静电场靠近收集极处等势线呈圆形,靠近高压丝处等势线呈波浪分布。选取半高处与等势线同直径圆环上各点电势为评价标准。当该线上偏差最大的电压与标准值越接近,可认为丝壁式高压极与圆柱形高压极所形成电场一致性越高。从结果可知,最优高压丝根数为30根,两个电场的差距在5%以内。之后,在电场内随机布置自由电子,模拟电离产生的离子对。通过模拟估算出收集极收集效率。通过模拟可知增加顶部及底部高压极丝后收集效率没有明显改变。将电离室外壳改为绝缘材料后,收集效率明显改善,当高压极达到30根时,收集效率达到最大值97%。     

高气压充氙电离室电极结构的优化设计研究

文章首先从理论上分析了共面栅极阳极技术电离室内部电势分布对其能量分辨率的影响;然后采用Ansoft Maxwell3D程序建立了-个高气压充氤电离室灵敏探测体积内静电场的计算模型,分别计算了不同阳极丝数目、半径和位置下电离室内的电势分布;最后分析得出极丝数目、半径及其位置对该电离室能量分辨率的影响规律.结果表明,极丝数目越多,极丝直径越小且其位置距中轴距离越近时,该电离室的能量分辨率将越好.本研究将对相关类型探测器相关指标的优化设计提供参考,     

一种高性能双维位置灵敏平行板雪崩探测器

本文描述了为兰州放射性离子束流线（RIBLL）研制的一种高性能平行板雪崩计数器（PPAC）。它由中心阳极和X、Y位置阴极构成，阳极间距3mm。阳极为1.5mm厚Mylar膜，双面镀金。阴极为φ25μm镀金钨丝，丝距1mm，位置读出采用电荷分除法。工作气体异丁烷。当工作气压为700Pa，阳极电压为500V时，对3组分α粒子位置分辨0.76mm(FWHM)，探测效率约99.1％。     

圆柱形涂硼正比计数管的性能参数研究

为了确定涂硼正比计数管的最优性能参数,运用Diethorn公式,对4种不同设计的涂硼圆柱正比计数管的倍增系数、阴阳极尺寸、电场强度分布、气体压强和最小工作电压这些参数进行了研究。结果表明:电子倍增发生在阳极附近几十μm的范围内,阳极丝直径的减小可导致周围电场强度加大,最小工作电压随阴阳极直径增加而提升,充气压力的降低也会使倍增系数变大。确定涂硼正比计数管的最优设计方案为:阳极为半径6μm镀金钨丝、阴极为半径30 mm不锈钢合金、工作电压为1 000 V、填充气体为0.6×105Pa的95%Ar+5%CH4(P5)。     

偏压电荷收集器测量HPIB的原理和实验

介绍了偏压电荷收集器的结构，分析了利用其测量HPIB束流强度的原理，利用KARAT PIC软件模拟了偏压电荷收集器内部的电荷输运过程，模拟结果表明HPIB在偏压电荷收集器内部电荷中和而电流不中和，从而证实了电荷中和假设和这种装置测量HPIB的准确性。另外还分别对几何参数和偏置电压对偏压电荷收集器的影响进行了模拟，在德拜长度范围内，孔径的大小为0．6-0．8mm比较合适，偏压为-800V就可满足峰值能量为500keV HPIB的测量要求，实验验证了偏压大小与离子收集效率之间的关系。     

一种多极平行板雪崩探测器

描述了一种为RIBLL研制的在线束流监测用双维位置灵敏多极平行板雪崩探测器(Multi-platePPAC)。它主要由中心阳极、两个位置灵敏栅极和两个阴极平面组成。灵敏面积为100mm×100mm。使用异丁烷工作气体,气压稳定在650Pa,阳极在+400V,阴极在-350V时,对三组分α源测得探测器的位置分辨约0.58mm(FWHM),位置非线性±50μm,探测效率好于99.2%。由于该探测器明显的高增益,它适合探测较高能量的较轻粒子。     

一个二维读出多丝正比室的实验研究

中国散裂中子源(CSNS)反射谱仪中的高精度二维位置灵敏中子探测器以多丝正比室为探测单元.为了深入了解二维读出多丝正比室的性能及为中子探测器多丝室单元设计提供参考和依据,制作了一个二维读出多丝正比室模型.对模型的能量分辨率、正比性、位置分辨率等各种性能进行了较为系统的实验研究.测量得到当阳极高压在1700V～1900V时,多丝正比室模型的能量分辨率在23.5%左右,正比性较好,沿着阳极丝的位置分辨(FWHM)为0.3mm左右.     

小单元多丝漂移室探测器系统研制

为精确测量CSR外靶终端靶前入射粒子的径迹,研制了多套小单元多丝漂移室探测器,该探测器灵敏面积为80 mm×80 mm,每套探测器包括x、x′、y、y′4个探测电极面,每个电极面引出16个阳极丝信号。前端电子学采用基于SFE16芯片的放大器,数据读出系统采用基于HPTDC芯片的数据采集卡。采用两套小单元多丝漂移室对400 MeV/u的¹⁶O束流位置进行了测试,探测器的工作气体为Ar(80%)+CO₂(20%),阳极丝电压为+900 V,场丝与阴极丝均接地,拟合得到的单层电极的位置分辨(拟合残差)为105.9μm,探测效率为99.3%,该指标可以满足现阶段CSR外靶终端大部分核物理实验对反应靶点的定位要求。     

掠入射涂硼多丝正比室中子探测器设计及其性能模拟

针对国内中子散射谱仪对高效率高位置分辨的热中子探测器需求,对基于多层掠入射涂硼多丝室的新型位置灵敏中子探测器进行了模拟研究。利用蒙特卡洛模拟软件Geant4对探测器的中子探测效率、位置分辨率以及基材对中子的散射进行了模拟仿真。结果表明,采用掠入射多层结构可以实现较高的中子探测效率和位置分辨率。当掠入射角度为5°时,采用3层结构可以对波长2.5 A的热中子实现62%的探测效率;对于2 mm的阳极丝间距,掠入射结构下探测器的位置分辨(FWHM)可达0.286 mm。     

高气压充氙电离室电极结构对能谱分辨率影响的模拟研究

高气压充氙电离室对能量为几百keV的γ射线有较高的探测效率。本文首先从理论上分析了采用共面栅极阳极技术高气压充氙电离室的信号产生机理,得到该电离室输出信号和电场分布的关系式;然后使用Maxwell3D软件和Geant4程序分别建立该电离室电场计算模型及蒙特卡罗模型,模拟得到其灵敏体积内电场分布及粒子能量沉积信息;最后利用上述模拟结果分析确定该电离室的输出信号受极丝数目、极丝直径和极丝距中轴的距离等的影响情况。结果表明,电离室的极丝数目越多,直径越小,距中轴越近,其对137Cs的测量谱能量分辨率将越好。本研究将对该电离室谱仪的优化设计提供参考,同时也可用于其它类型谱仪能量分辨特性的研究。     

表面铀污染量检测仪的研制

介绍了一台测量板形铀元件大面积低水平表面铀污染测量仪。该装置探头是大面积多丝正比计数器,计数器阴极由低本底材料不锈钢制成的,窗由厚6μm双面镀铝的聚脂膜制成。阳极丝是0.025mm镀金钨丝。计数器灵敏面积为1113mm×100mm。实验表明,计数器固有本底为0.002计数/(min·cm~2)(2计数/min)。对浓缩铀源,探测效率为67％,2π方向;24小时稳定度为0.84％(包括计数器、高压、电子学放大器、甄别器、微机、打印和显示系统)。该装置可探测的定量下限为(对20％~(235)U,0.13％~(234)U,79.64％~(238)U)4.6×10~(-10)g/cm~2。通过微机控制,该装置可预置定时,具有显示、自动报警、分类和打印功能。     

表面铀污染量检测仪的研制

介绍了一台测量板形铀元件大面积低水平表面铀污染测量仪。该装置探头是大面积多丝正比计数器,计数器阴极由低本底材料不锈钢制成的,窗由厚6μm双面镀铝的聚脂膜制成。阳极丝是0.025mm镀金钨丝。计数器灵敏面积为1113mm×100mm。实验表明,计数器固有本底为0.002计数/(min·Cm~2)(2计数/min)。对浓缩铀源,探测效率为67％,2 π方向;24小时稳定度为0.84％(包括计数器、高压、电子学放大器、甄别器、微机、打印和显示系统)。该装置可探测的定量下限为(对20％~(235)U,0.13％~(234)U,79.64％~(238)U)4.6×10~-10)g/cm~2。通过微机控制,该装置可预置定时,具有显示、自动报警、分类和打印功能。     

热中子透射计测管道油垢方法的初步研究

叙述了利用热中子透射计测石油管道内油垢厚度的原理、实验和结论。实验模拟装置是针对细管道设计的,主要由热中子束发射装置和热中子束探测装置组成。实验结果表明：若用热中子束测量油垢厚度,则很灵敏,测量准确度为1．6mm。若用总中子束测量,则方便但不很灵敏,准确度为4．4mm。     

用蒙特卡罗方法研究球形充气电离室的能量响应特性

环境γ辐射监测用的电离室要求平能量响应。为使球形不锈钢充氩电离室达到能量响应指标，采用蒙特卡罗方法对充气电离室体积、壁、充气气体、收集极、屏蔽材料、屏蔽厚度及屏蔽面积等因素进行模拟计算，为改善能量响应特性和拓展最低探测能量提供依据。     

大型位置灵敏探测器的研制

研制了以电荷分配法读出的大型单阳极丝位置灵敏探测器,其灵敏面积为1200×60mm~2。阳极丝采用φ10μm的镍铬合金丝,电阻率为12Ω/mm,两阴极面采用12.5μm的单面蒸铝Mylar膜。工作气体为70％Ar 30％CH_4,在一个大气压下,自然流气式工作。测量前在探测器前窗上贴上1.2m的标尺,将约5MeV的~(241)Amα源,放在一个准直器上,该准直器可以在探测器前窗上面准确、自由地平移。在沿阳极丝方向上,每隔6cm测量一个点,共测量了19个点,测得的平均位置分辨(FWHM)约为0.6mm;最大积分非线性好于0.2％。该探测器已经装配在北京Q3D磁谱仪全焦面探测器系统上准备在串列加速器上进行束流试验。     

用于低能X射线分析的电荷分配式位置灵敏正比计数器

研制了一种电荷分配式单丝阳极位置灵敏正比计数器．它的效率由近似公式所估价．在感兴趣的4～6．5keV能区内相应效率从65％～25％间变化;它的位置分辨率用宽度50μm(x)的^55FeX射线束测定,可达到0．55mm。并介绍了由这PSPC构成的位置灵敏谱仪两个应用事例。     

制备高分辨率Si(Li)X射线探测器的进展

Si(Li)半导体探测器对低能X射线具有能量分辨率好、探测效率高、输出脉冲正比于入射光子能量等特点,故已日益引起人们的兴趣。为使Si(Li)探测器有更高的能量分辨率,制造者正努力研究工作在低温的探测器和前置放大器。一般的Si探测器都有一个耗尽层范围,这个耗尽层是对射线灵敏的部分,它的厚度ω可表示为ω=0.3(ρν)~(1/2),这里ρ是使用的P型材料的电阻率,ν,是加到探测器上的反向偏压,由前式可知,用10000Ω/cm的材料,加200V偏压,也只能得到0.4mm厚的耗尽层,这种厚度对测量X射线显然是太薄了,即使是     

冷阴极潘宁(Penning)离子源

图1是离子源桌上试验电气原理图。K_1、K_2为阴极;A为阳极;磁钢M_1外径30mm、高45mm;凹槽内径8mm、高8mm;引出极孔径9mm;加速间隙3mm。以下试验除特殊说明外,上述参数均保持不变。 (1)放电电流I_α与阳极内径D的关系当引出极电压V_t=20kV,阳极长度L=10mm时,D与放电电流I_α、靶流I_t、引出极电流I_t、束流引出效率η[(I_t/I_α)％]的关系见表1。