基于PIN光电二极管的个人辐射探测器研制

为使公众能自行探测所处环境的辐射水平,本文利用PIN光电二极管直接测量X/γ射线的原理研制了便携式环境辐射探测系统,该系统采用智能终端控制探测设备。其中,探测模块中设计了弱信号放大电路,控制和通信模块的设计基于无线微控制器。该环境辐射探测器具有低成本、低功耗、体积小、易使用、易组网等特点。经国防科技工业电离辐射一级计量站检定,探测器各项指标均符合国家剂量仪鉴定规程JJG 521—2006的要求。     

辐射监控门系统研制

辐射监控门系统采用功能模块的设计思路,将整个系统设计为辐射探测模块、控制模块、机械模块和选用模块、每个模块完成独立的功能。该系统有效集成了辐射检测技术和门禁控制技术,是一种高灵敏度的出入口辐射检测设备,有望为国家核安全事业提供技术支持。     

基于北斗通信的应急环境辐射监测装置研制

近年来,环境辐射监测扮演了越来越重要的角色,目前使用的应急环境辐射监测装置通常基于数传电台进行远程通信,体积较大且受距离限制,因此设计了一款基于北斗通信的应急环境辐射监测装置,结合北斗卫星通信及定位技术、嵌入式技术、核辐射探测技术等实现实现了环境辐射在线监测。装置通过双G-M管探测器探测周围环境剂量率,通过北斗短报文通信模块将剂量率等信息发送给接收站。测试结果表明,该装置γ测量偏差在7个量程测试点都小于7%,稳定性好,北斗卫星通信成功率不低于80%,定位偏差小于100 m,适合用于应急环境辐射监测。     

基于半导体集成电路辐射效应的空间辐射环境探测器

空间辐射环境能够引起半导体集成电路发生的总剂量效应、单粒子效应等辐射效应,可以被用来进行空间辐射环境监测。在一定条件下,基于此原理的探测器具有常规的面垒型探测器以及PIN型探测器等所不具备的优点。尤其适合航天器舱内带电离子探测和用于航天医学的个人辐射剂量探测。介绍了三种基于半导体器件辐射效应的探测器。     

日本原研开发出使用钻石的高性能探测器

【日本《原子能产业新闻》2001年4月12日报道】 近日,日本原子能研究所在住友电气工业公司的协助下,成功开发出使用人造钻石的辐射探测器,而且预计马上可投入使用。由于该探测器不仅可在高温、强辐射环境下使用,而且还具有抗腐蚀的优点,所以它可被用于反应堆及宇宙环境等严峻条件。 日本原研一直在为国际热核聚变实验堆(ITER)开发可探测a射线和中子射线的辐射探测器而努力。以前,人们一直使用硅等半导体材料做的探测器来探测辐射,然而,在核聚变反应堆等高温、强辐射环境下,这些探测器就会丧失其正常功能。在此背景下,原研开发出了使用钻石…     

数字失超探测器时序控制模块的研制

为了实现超导磁铁的全数字化失超探测,以单个FPGA芯片为控制核心,基于片上集成技术的设计理念,设计了数据采集与时序控制模块。该模块作为整个数字失超探测器的协处理器和主控制器,实现系统的多信道模数转换、数据预处理和缓存及I/O控制,并具有系统软硬件自检功能;与数字信号处理DSP模块协同工作,可以同时对多块超导磁铁实现独立快速的失超探测和报警;并具有良好的灵活性和扩展升级优势,可方便地应用于不同类型超导磁铁的失超探测。文中阐述了时序控制模块的硬件电路设计、FPGA内部的软件功能单元的具体实现方法及实际测试结果。     

一种监测低能X射线的Si探测器

低能(50keV以下)光子探测器广泛应用于外大气层核爆监测,天体物理现象研究。采用半导体探测单元试制了低能X射线探测器模块。说明了配置多探测器系统的方法,并介绍了探测单元模块的设计、主要试验和技术指标。室温下噪声等效输入光子能量为2.1keV。     

基于SiPM的硫化锌闪烁探测器设计与研制

基于SiPM的优良性能和特征,以SiPM和硫化锌闪烁瓶组合探测方式设计探测器。该探测器包括前端信号探测与采集电路和温度控制系统。信号探测与采集电路以交流耦合方式设计前置放大电路,经单道脉冲幅值甄别电路输出计数脉冲用于放射性含量计算。温度控制系统依据分布式测温模块反馈结果,配合模糊PID算法调节半导体制冷器输出功率,实现探测器实时温度调控。实验结果表明,在温度控制系统作用下,当环境温度为40℃时探测器的探测效率由80%提升至94%,其稳定工作的动态温度范围由(-15～30)℃扩展到(-15～40)℃,基本满足野外实际环境的应用需求。     

新型望远镜带电粒子探测系统结构设计与理论模拟

为了在兰州重离子加速器国家实验室(HIRFL)的放射性束流线(RIBLL1)上开展基于完全运动学测量的远离β稳定线奇异核反应机制的研究,需研制一套由多个独立的望远镜系统(探测模块)组成的带电粒子探测阵列。每个探测模块包含1块16×16的厚65μm的双面硅条探测器、1块4×4的厚1 000μm的像素硅探测器和由雪崩光二极管(APD)读出的4×4CsI(Tl)阵列探测器。该探测阵列可实现大的能量测量范围、高能量分辨率和位置分辨,同时具备大立体角覆盖和粒子关联测量的能力。通过Geant4探测器模拟软件对单个探测模块进行模拟,结合对探测模块各部分的实验测试,给出了探测模块的设计方案和整体性能指标。     

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。     

用于HL-2A装置的新型硬X射线探测器

介绍了一种应用于托卡马克等离子诊断领域的新型硬X射线探测器,该探测器主要由硅酸钇镥(Lutetium-yttrium Oxyorthosilicate,LYSO)闪烁体和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,Si PM)组成。基于项目应用需求,对探测器的选型和基于粒子输运蒙特卡罗仿真软件GEANT4的探测器设计加以阐述,并搭建了前端的探测系统,在HL-2A托卡马克装置上进行了现场诊断实验。实现了硬X射线空间能谱和辐射强度分布的诊断测量。实验表明该探测器阵列具有10 ms的时间分辨率,同时具有结构紧凑、使用方便等特点,能够满足等离子体诊断中硬X射线动态能谱和强度分布测量的诊断需求。     

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。     

AXUV光电二极管探测器在聚变装置HL-2A热辐射测量系统上的应用

介绍应用pn结光伏效应制成探测器的光电探测原理及一种新型的AXUV光电二极管.中国环流器2号A(HL-2A)装置上利用新引进的AXUV光电二极管研制的热辐射测量系统成功地测量了该托卡马克装置中的热辐射损失.AXUV光电二极管探测器具有量子效应高、灵敏度高、响应快、抗电磁干扰能力强等优点;在实验中性能稳定,不易受干扰,并有很高的时间、空间分辨能力.     

一种新的便携式瞬时土壤测氡仪的研制

设计一套基于静电收集法的双道瞬时土壤测氡仪。采用单片机作为数据处理与控制单元，能在测量现场得出氡浓度测量结果。压强测量系统用于氡浓度校正；双道甄别器用于扣除RaA外的其他氡子体造成的干扰；LCD显示器提供友好人机界面；基于MCU的独立编码键盘方便用户对仪器进行操控与各种功能设置。该仪器具有体积小、成本低、探测灵敏度高等特点。     

基于双GM计数管设计的宽量程伽马剂量计性能初步测试

为在核事故中使用机器人定位和抓取丢失的伽马放射源,本文初步设计了一款基于双GM（Geiger Müller）计数管（ZP1321,ZP1301）的宽量程伽马剂量计。设计了用于探测器信号处理的前端模拟电路和基于微控制器的数据处理和传输程序等,并使用137Cs伽马放射源对设计的系统进行了初步测试。测量并分析了影响剂量计输出信号的主要因素。初步实验结果表明,所设计的无屏蔽壳的伽马剂量计可成功地在线检测伽马放射源。     

基于RS-485总线的双G-M计数管γ剂量率探测器研制

根据放射性场所工作人员辐射防护需求,设计了γ剂量率探测器。介绍了探测器硬件电路及软件设计,利用双G-M计数管覆盖高低量程范围,采用RS-485通信接口,可连接最多128个节点,具有远程传输能力,适用于多点分布式实时监测。探测器结构紧凑,功耗低,抗干扰能力强,工作稳定可靠。     

CVD金刚石在辐射探测领域中的应用

随着低气压合成金刚石研究的深入,CVD金刚石质量及电学品质不断提高,高性能CVD金刚石电子器件的研制已成为该领域的热点研究课题之一。由于金刚石辐射探测器具有信噪比高、时间响应快、可以在极端恶劣环境中正常工作等优点,基于CVD金刚石的辐射探测器研制吸引了众多的研究兴趣。本文评述CVD金刚石辐射探测器的研究进展,对CVD金刚石辐射探测器研究中遇到的问题和发展前景作了分析和展望。     

Void measurement using high-resolution gamma-ray computed tomography

We present a high-resolution gamma-ray computed tomography (CT) measurement system for the determination of cross-sectional time-averaged void distributions in thermo hydraulic facilities. The system has been carefully designed for harsh operating conditions, such as varying temperature fields and strong magnetic fields, typically produced by thermal hydraulic test loops with direct electric bundle heating. Measurements are non invasive, thus the two-phase flow in the test section is not influenced. The gamma-ray CT system consists of a collimated ¹³⁷Cs isotopic source, a gamma radiation detector arc including 320 single elements, a pulse processing unit and a thermal stabilisation unit. The spatial resolution of the CT system is about 2 mm in plane. Recently, the thermal design of the detector arc is improved to secure maintenance of constant temperature of thermally sensitive components under changing environmental conditions. This turned out to be a key issue for achieving accurate quantitative measurements. First results of laboratory measurements on a bundle mock-up with this improved system are presented.     

组织等效正比计数器结构优化设计

为优化设计密闭式组织等效正比计数器（TEPC）结构,首先采用Maxwell软件对两种待选结构探测器的电场分布进行了模拟,初步确定出探测器主体为圆柱体加场管的结构。为了考察TEPC的电场分布的均匀性,研制了流气式TEPC,并设计实验对其电场分布进行了测试。基于流气式TEPC的结构参数,研制了TEPC装置,并对其探测器的电子学噪声水平进行了测试。实验结果表明,TEPC的电场分布均匀性、噪声水平等电子学性能基本满足辐射测量要求。     

基于土壤氡源的湿度可调控的氡室系统

氡是构成天然辐射本底的主要成分,是辐射环境监测的重要内容之一。利用已知标准氡活度浓度的氡室对氡测量仪器进行刻度校正和性能检验,是氡测量中质量保证的重要环节。氡室通常由标准镭源以及氡活度浓度和湿度可以稳定调控的箱体构成,其中放射性镭源的获取及安全管理,常常给氡室的制造和推广使用带来困难。本研究依据地表深层土壤中氡活度浓度高且长时间稳定的特性,研制出了一种基于土壤氡源的湿度可调控的简易氡室系统。该系统利用不同比例的土壤气体和空气混合,调节氡活度浓度;利用电除湿,在一定范围内调节湿度。实验结果表明,该套氡室系统氡活度浓度能够在826～5 852 Bq/m³范围内稳定调节,相对湿度能够在30.8%RH～70.6%RH范围内调节,氡活度浓度和湿度的稳定时间都能超过40小时。该氡室系统摆脱了镭源的限制,简单且易于实现,能够应用于测氡仪标定或检验实验,服务于教学和科研,有望推广应用于测氡仪的比对和质量控制。