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)。     

硅PIN光敏二极管探测X、γ射线的性能及应用

介绍了硅PIN光敏二极管和电荷灵敏前放组成的X射线探测器和配合CsI(Tl)晶体构成的γ射线探测器的性能和测量结果,同时研究了光敏二极管探测器能量分辨率的温度特性。测量X射线时,在-10℃下对241Am的59.5keV射线的能量分辨率为4.8%;用PIN光敏二极管配合10mm×10mm×10mm的CsI(Tl)晶体测量γ射线时,在20℃下对137Cs0.662MeVγ射线的能量分辨率为9.9%,60Co的1.332MeVγ射线的能量分辨率为6.4%,-10℃下的能量分辨率分别为8.7%和6.3%。     

自制CsI(T1)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(T1)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果.测量662 keV γ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).     

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。     

(α、γ)分辨在测量CsI(Tl)晶体固有放射性本底中的应用

描述了通过CAMAC－微机进行数据采集,用电荷比较法测量CsI（Tl）晶体的（α、γ）分辨性能的方法;同时利用此方法测量了CsI（Tl）晶体固有放射性含量,估算了晶体内^238U和6232Th的含量。     

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.     

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。     

硅二极管＋Csl晶体γ射线探测器的研制进展

核材料的长期自动监测需要合适的放射性探测器。本工作采用CsI晶体耦合硅二极管制作探测器。γ射线作用于CsI晶体,激发荧光,硅二极管收集荧光并产生电信号,从而实现对γ射线的探测。 硅二极管选用10mm×10mm,与之匹配的晶体类型有10mm×10mm×5mm、10mm×10mm×15mm、10mm×10mm×40mm、25mm×25mm×40mm等,结合前放电路和γ谱仪,进行了核材料γ射线模拟测量研究。 通过对2g高浓铀的比对实验表明,耦合CsI小晶体具有较好的能量分辨,但探测效率     

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。     

CsI(Tl)-~(241)Am恒定幅度脉冲光源

将~(241)Am长入NaI(Tl)晶格中组成恒定幅度脉冲光源,广泛地应用于光电倍增管增益监测。现在国外已有商品出售,表1列出荷兰Harshaw公司生产的NaI(Tl+~(241)Am)产品性能,反映了脉冲光源的当前水平。     

ΔE-E望远镜在~9C碎裂反应上的应用

为研究9 C的晕核结构,一套ΔE-E望远镜探测器应用在兰州放射性次级束流线(RIBLL)上进行的9 C碎裂反应实验中,用来测量反应中产生的碎片。为解决ΔE-E望远镜中硅条的干扰问题及硅条和CsI的能量刻度,利用硅条的感应信号对重离子在硅条上产生的饱和信号进行能量刻度,并通过模拟程序与事例得到的刻度点对CsI(Tl)晶体进行能量刻度。同时使用在硅条和CsI(Tl)晶体上的位置信息对反应物径迹进行重建,从而得到同一离子在硅条与CsI(Tl)晶体上信号的符合,并得到了最终的有效物理事件。     

8×8单元CsI(Tl)探测阵列研制

描述了1个8×8单元CsI(Tl)探测阵列的结构和工作原理。探测阵列的每个单元是由1块前表面21 mm×21 mm、后表面23.1 mm×23.1 mm、高50 mm的CsI(Tl)棱台、1块光导和光电倍增管组成。在兰州放射性次级束流线(RIBLL)上对探测阵列进行测试,得到探测阵列对30 MeV质子的能量分辨可达2.7%,对170 MeV7Be可达1.5%,可很好地用于放射性束物理实验中带电粒子的鉴别。     

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%.     

硅光电二极管与电荷灵敏前置放大器在中微子实验中的设计应用研究

在台湾中微子实验项目先期研究中，用硅光电二极管测读中微子作用于CsI(Tl)晶体的光谱信号，介绍了结合硅光电二极管设计制作低噪声高分辨率电荷灵敏前置放大器的实验研究及其结果的能谱响应特性。     

用于~(16)C核集团结构实验研究的望远镜探测器阵列性能研究

对16C核集团结构实验研究中使用的望远镜探测器阵列的性能进行了研究,此望远镜阵列主要用于靶后反应产物的探测及粒子鉴别。探测器阵列由9组望远镜组成,其中包括了硅微条、位置灵敏硅探测器(PSD)、大面积硅探测器(SSD)和CsI探测器单元在内的多种类型的探测器。用241Amα源对组成望远镜的各探测器进行了测试和优化,且在中国科学院近代物理研究所的重离子加速器放射性次级束流线(RIBLL)上进行了在束测试。结果表明,研制的望远镜探测器阵列具有较好的能量分辨、高的角分辨及粒子鉴别能力,可满足通过碎裂反应来研究16C等原子核的集团结构的需要。     

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。     

Response of TlCl(I,Be) Crystals to Energetic Ionizing Radiation

Studies of scintillation TlCl(I,Be) crystals have been conducted using 8-GeV negative pions and 50- to 130-MeV positrons. Pulse shapes and resolutions of these crystals have been measured. Pulses from TlCl(I,Be) are observed to have a fast rise time (?2 nsec) and a complicated decay scheme consisting of at least three separate components. Attempts were also made to observe the Cerenkov radiation from these crystals due to highly relativistic particles. The resolution of the pulse height spectrum for a 2.9-cm diameter by 3.8-cm length TlCl(I,Be) scintillator was measured for 8-GeV negative pions. For comparison, the resolution of the same size CsI(Tl) scintillator was measured using the same experimental configuration. The resolution of CsI(Tl) is only slightly greater than theoretical prediction. The resolution of TlCl(I,Be) is greater, being limited by photon statistics even for 35 MeV of deposited energy. The resolution of a 7.6-cm diameter by 7.6-cm length TlCl(I,Be) crystal used as a Total Absorption Shower Counter for 50-130 MeV positrons has also been measured. This resolution is in reasonable agreement with previously reported data.     

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。