CSR外靶实验终端中CsI(T1)晶体的测试

为测量重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的外靶实验终端上不同能量的γ射线,一种用于探测γ射线的高能量分辨的探测装置正在中国科学院近代物理研究所建设,该探测器由中国科学院近代物理研究所自行生长的铊激活的碘化铯CsI(T1)晶体组成.与日本Hamamatsu公司生产的S8664-1010型雪崩光二极管(APD)耦合,测试其光输出的非均匀性和能量分辨,从测试结果给出了所需CsI(T1)晶体合格的标准.目前已完成该γ探测球计划的六分之一,所提供的晶体合格率达94%以上.     

自制CsI(Tl)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(Tl)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果。测量662keVγ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出)。     

CsI（Tl）晶体量能器探测单元宇宙射线实验的建立与调试

建立一套CsI（Tl）晶体量能器探测单元的宇宙射线测量系统,用于探测器单元的质量检测,以及发光强度与均匀性测量。本文针对于此实验装置的径迹与定位系统、电子学系统的研究作了较为详尽的说明,并对前期的Monte Carlo研究作了简要介绍。     

CDEX实验中CsI(Tl)晶体反符合探测器实验测试

CDEX(China Dark matter EXperiment)合作组将在中国锦屏极深地下实验室(CJPL China Jin-Ping deep underground Laboratory)利用极低能阈高纯锗(ULE-HPGe)探测器进行暗物质的直接探测。在地下实验之前,对CsI(Tl)晶体反符合探测器进行了地面的实验研究。主要包括光导的选择,光反射层的选择,CsI(Tl)晶体的高度一致性测试,不同侧面非均匀性的测试,以及所有晶体的测试结果。通过地面实验的前期工作,我们对反符合探测器有了一定认识,为地下实验做了准备。     

自制CsI(Tl)晶体的光输出非均匀性

实验测试了中国科学院近代物理研究所制备的9根大尺寸闪烁晶体样品(40mm×40mm×300mm)的光输出及其非均匀性。使用了多种光反射材料和包装方法对样品进行包装,对其光输出及其非均匀性进行测试。对实验数据进行分析,确定了大尺寸晶体的最佳读出端和包装方法。在测试中,所有CsI(Tl)闪烁晶体样品的光输出非均匀性均好于7%,部分样品可达到2%左右。结合本次实验结果,对影响CsI(Tl)晶体光输出非均匀性的因素进行了简要分析。     

非真空坩埚下降法生长CsI(Tl)晶体的闪烁性能

研究了用非真空铂坩埚下降法生长的CsI(Tl)晶体的在紫外和γ射线激发下的光致发光和光衰减特征,探索了CsI(Tl)晶体的发光强度和发光不均匀性与Tl离子含量和分布之间的关系以及改善晶体发光均匀性的措施.并对CsI(Tl)晶体在γ射线辐照下光输出随积分时间和辐照剂量的变化做了分析和讨论.实验表明,用这种方法所生长的CsI(Tl)晶体的发射波长、衰减时间和辐照硬度与其他方法生长的同类晶体相同.     

CsI（Tl）晶体发光均匀性对能量线性和分辨率的影响及修正方法的研究

本文研究了CsI（TL）晶体发光输出不均匀性对能量分辨率以及能量线性的影响,并在假设晶体均匀性已知情况下探讨了修正能量分辨率和线性的可行性。     

自制CsI（TI）晶体的光输出非均匀性

实验测试了中国科学院近代物理研究所制备的9根大尺寸闪烁晶体样品（40mm×40mm×300mm）的光输出及其非均匀性。使用了多种光反射材料和包装方法对样品进行包装,对其光输出及其非均匀性进行测试。对实验数据进行分析,确定了大尺寸晶体的最佳读出端和包装方法。在测试中,所有CsI（T1）闪烁晶体样品的光输出非均匀性均好于7％,部分样品可达到2％左右。结合本次实验结果,对影响CsI（T1）晶体光输出非均匀性的因素进行了简要分析。     

CsI(Tl)晶体的APD前端读出特性研究

雪崩光电二极管(Avalanche photodiode,APD)体积小、探测效率高、内置增益、对磁场不敏感,但其内置增益、输出脉冲信号的信噪比受偏置电压与温度影响明显。将APD作为Cs I(Tl)闪烁晶体的光电读出器件,并配以低噪声的电荷灵敏前置放大器,组成闪烁探测器的探头。在不同的偏置电压与温度下,测试了该探头组成的闪烁探测器的能量分辨率。实测表明,偏置电压、温度将影响探测系统的能量分辨率,在室温且APD两端的偏置电压为370 V时,对能量为662 ke V的γ射线能量分辨率为4.98%;在-20-40oC内,能量分辨率随温度的降低而提高。     

Particle identification using CsI(Tl) crystal with three different methods

Three pulse-shape-discrimination (PSD) methods are applied to study the particle identification (PID) by using CsI(Tl) crystal, especially for identifying light charged particles. The zero-cross time method, fast and total component method and signal rise time method are used. The experiment, data analysis and results are compared. Good PID for p, α and γ can be achieved with a CsI(Tl)-photomultiplier assembly.     

Applied Moving-Temperature-Gradient Technique for CsI(Tl) Crystal Growth

A simple high-temperature furnace with two independent heating zones was developed based on the moving-temperature-gradient concept with an operating range of 400 to 1,200°C. Programmable temperature reduction rates of the two heating zones are independently controlled in a closed chamber for better thermal stability throughout the growth zone. In order to eliminate the driving mechanism and reduce subtle vibration, which could adversely affect crystal quality, the charge crucible and furnace are made stationary during the growth process. Measurement results of temperature distributions of gradient drifting rates at various positions along the growth zone are presented. The growth of CsI(Tl) scintillation crystals prepared from a mixture of 99.9% pure CsI powder and Tl powder, using the growth rate of 1 mm/h, temperature gradient of 25.5°C/cm, and temperature gradient drift rate of 2.5°C/h, was achieved with crystal sizes of 10 and 22mm diameter, both 70mm in length. Test results of gamma energy resolution at 662 keV of Cs-137 spectrum measurement revealed a resolution of 7–9%.     

CsI(Tl)闪烁探测器读出电路设计

介绍了配置于新型γ能谱仪的CsI(Tl)闪烁探测器的读出电路设计。输入缓冲级采用折叠嵌位电路,改善了系统频率特性并提高了输入阻抗;放大级采用自举电路,改善了系统动态性能并提高了开环增益;输出级采用电流源负载电路,改善了输出信号的线性度并增强了系统的稳定性。实验表明:读出电路噪声为51.08 f C+1.97 f C/p F,时间漂移为0.112%,探头对137Cs源γ射线的输出信号信噪比可达23:1,能量分辨率可达4.98%。     

半导体探测器的厚度确定及CsI(Tl)的刻度

根据核反应过程中发射带电粒子在硅半导体中的最大能量沉积,利用带电粒子在硅半导体中的阻止本领曲线,同时实现半导体探测器的厚度确定及与之组合的CsI(Tl）的刻度。