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%。     

平面型硅光电二极管PIN的研制及其基本性能测试

为满足CERN/ALICE超高能重离子对撞实验光子谱仪的需要,首次采用高阻硅材料,并利用一些特殊工艺,研制了用于钨酸铅晶体探测器读出单元的硅光电二极管PIN。PIN的灵敏区面积为16mm×17mm,常温漏电流小于5nA,紫光区量子效率82%,全耗尽结电容为110—120pF。由PIN与电荷灵敏前置放大器组成的读出系统的噪声水平,在-25℃下小于600个等效噪声电荷,并经过了长期性能稳定性的考验。开发研制的大面积PIN硅光管全面达到ALICE/PHOS国际招标所规定PIN硅光管性能的指标。     

φ76mm×100mm BGO闪烁探测器在20 MeV以下能区的能量响应

用上海硅酸盐所提供的φ76mm×100mm BGO晶体制作γ闪烁探测器、用来探测???离子核反应中放出的10-100 MeV的γ射线,该探测器对~?Cs的0.661 MeV γ射线的?????14.2%。在加速器上用若干(p,γ)反应产生的单能光子测试探测器的能量响应,通过细致的数?拟合得到该探测器在20 MeV以下能区的能量响应和全能峰能量分辨率。对17.65 MeVγ射线。探测器的能量分辨率为4.1%。     

Study of the Non-desired Punch-through Effect of the PIN Diodes in the Readout Device of the PbWO_4 Crystal Detectors

The punch-through effect of the PIN diodes in the readout device of the PbWO4 crystal detectors was studied by using of Ee=5, 10, 20, 30, 40 GeV electron beam and Eμ=100 GeV μ beam on the CERN/SPS. Figure 1 is the experimental spectrum of the 100 GeV μ beam. The left peak is related with the energy signal created by light-output corresponding to 100 GeV μ lost in the PbWO4 crystal. The right peak is related with the energy signal created by light-output corresponding to 100 GeV μ     

PIN硅光二极管在n/γ混合辐射场中的探测技术研究

PIN硅光型半导体探测器较传统辐射探测器具有响应快、抗干扰强、体积小、灵敏度高、能量分辨率高以及无需高压等优点,在个人剂量仪、X射线荧光分析、镀层测厚、放射诊断等粒子辐射测量领域中被广泛采用.采用6LiI与BGO晶体把n和γ射线转换至PIN的有效光谱探测范围内,同时参考PIN硅光二极管的电路等效模型,设计与之匹配的电荷...     

双面硅条探测器读出系统设计

双面硅条探测器(DSSD)用于实现中国电磁监测试验卫星高能粒子探测器载荷的望远镜系统。为了实现DSSD读出电子学低功耗、高集成度的要求,设计了一种基于ASIC VA64TA2的电子学读出系统,使用²⁴¹Am 5.486 MeV α源对DSSD读出系统进行了测试。DSSD探测器结面分辨率为1%~2%,欧姆面分辨率为3%~4%,达到了探测器额定性能。     

硅光电管-闪烁体探测器γ谱仪研制

实验研制了硅光电管-闪烁体探测器γ谱仪。该γ谱仪用硅光电倍增管代替普通光电倍增管作为闪烁体探测器的光学读出端,配置闪烁体探测器,构成新型γ谱仪。测试结果表明:新型γ谱仪随温度漂移变化程度大;能量线性较好,线性相关度R为0.9987;配置LaBr_3:10%Ce~(3+)晶体,其能量分辨率为4.3%~4.9%;配置NaI(TI)晶体,其能量分辨率为8.4%。     

晶体表面特性对PET探测器性能的影响

<正>电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)作为最灵敏和具有定量测量能力的功能分子影像技术,越来越广泛地应用于生物医学研究,如疾病的动物模型、新药物的研发和新治疗方法的评估等。提高探测器的性能是改进PET仪器性能的关键,PET探测器通常由分割的闪烁晶体阵列和光探测器组成,文中使用位置灵敏光电倍增管和不同晶体表面特性的硅酸钇镥((Lu,Y)2Si O5,LYSO)晶体阵列,对新型的双端读出三维PET探测器和传统的单端读出二维PET探测器的性能进行了测量。实验结果表明,对于双端读出PET探测器,两种晶体阵列提供相近的晶体分辨图和能量分辨率,但非抛光晶体阵列提供好的深度分辨率,双端读出PET探测器需要使用表面不抛光的晶体阵列;对单端读出PET探测器,抛光晶体阵列提供好的晶体分布图和能量分辨率,单端读出PET探测器需要使用表面抛光的晶体阵列。     

空间带电粒子能谱和通量分布探测的研究

采用金硅面垒探测器、CsI闪烁体和改进的快响应电子学系统 ,设计了一套空间带电粒子谱探测系统 ,包括ΔE E望远镜系统和数据的获取及处理系统。根据该空间粒子探测谱仪系统 ,提出了可同时或分别探测空间带电粒子能谱和通量的方法。可探测粒子的种类和能量分别如下 :质子 ,能量范围为1～ 2 0 0MeV ;α粒子 ,能量范围为 1～ 2 0 0MeV u ;氧离子 ,能量范围为 1 7～ 4 96MeV u ;铁离子 ,能量范围为 2 5MeV～ 1 0GeV u。     

~6LiF夹心半导体中子探测器

本文叙述了有效直径为8mm的金硅面垒探测器与~6LiF组合成的夹心半导体中子探测器。每一个面垒探测器对~(241)Am的5.486MeVα粒子的分辨率FWHM好于50keV。在热堆和快堆上测量的热中子能量分辨率为:对180μg/cm~2的~6LiF,FWHM为310keV;对30μg/cm~2的~6LiF,FWHM为70keV。为快堆中子能谱和通量测量提供了一个途径。     

采用多丝正比室读出的屏栅电离室能量分辨研究

搭建了一个基于多丝正比室读出的屏栅电离室探测器,使其保留屏栅电离室屏蔽特性的同时具备雪崩放大功能,通过在探测器内部对原初电离信号进行预放大,以提高信噪比,改善探测器的能量分辨率。利用²⁴¹Am源详细测试了探测器在不同气压、沉积能量、阳极丝径时能量分辨率及增益随阳极电压的变化关系。探测器最佳能量分辨对应的工作电压与入射粒子在漂移区中沉积的能量有关,能量沉积越小,对应的最佳工作电压越高,探测器的增益越大。对于5.486 MeV的²⁴¹Am α粒子源的能量分辨率可达1.45%。     

环形金硅面垒探测器的制备

本文叙述了环形金硅面垒探测器的制作工艺,给出了所制探测器的性能结果。Φ25(8)、Φ18(5)和Φ16(4)三种环形探测器在室温下对238Pu5,499MeVα粒子的能量分辨率分别为18.7、16和15.5keV(FWHM)。     

4H-SiC肖特基二极管α探测器研究

碳化硅(SiC)是一种具有优良物理性能的宽禁带半导体材料,可作为探测器的优良探测介质。用241Am源5.486 MeV的α粒子研究4H-SiC肖特基二极管α探测器的能量分辨率和信号相对上升时间等特性。在真空室中,使SiC探测器暴露在α粒子下,SiC探测器输出良好的响应信号。SiC二极管对5.486 MeVα粒子的能量分辨率最佳可达3.4%;经前置放大器FH1047输出和示波器观测,脉冲幅度随偏压增加而稳定在(35.39±0.21)mV;脉冲上升时间随偏压增加而稳定在(137.87±9.44)ns。4H-SiC肖特基二极管对α粒子响应良好,可用于α粒子强度测量。结合SiC耐辐照、耐高温等特性,进一步改进后有望制成分辨率更高、上升时间更快、耐辐照的新型α探测器和中子探测器。     

光导厚度对基于高分辨率LYSO和SiPM阵列PET探测器性能的影响

正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Tomography,PET)是一种高灵敏和具有定量测量能力的分子影像方法,PET探测器通常由高探测效率的晶体阵列和位置灵敏或阵列光探测器组成,PET探测器的位置分辨率主要由晶体单元的大小和晶体分辨图的质量决定。使用现有小动物PET探测器常用的硅酸钇镥(Lutetium-yttrium Oyorthosilicate,LYSO)晶体阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultipliers,Si PM)阵列,系统地研究了晶体阵列和Si PM阵列之间光导的厚度对探测器晶体分辨图和能谱的影响。所使用的晶体阵列为12×12,单个晶体尺寸为0.89 mm×0.89 mm×10 mm,Si PM为日本滨松的4×4阵列,单元大小为3 mm×3 mm,间距为3.2 mm,光导使用厚度为0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm和2.5 mm的有机玻璃。实验结果表明:晶体分辨图的均匀性和对边缘晶体的分辨能力随着光导厚度的增加而改善,但随着光导厚度的增加,晶体分辨图中每个晶体单元的斑点大小增加,整个晶体分辨图的动态范围缩小。光导的使用几乎不改变晶体能谱的全能峰峰位和能量分辨率。综合以上因素,确定最佳的光导厚度为1.5 mm,本结果可对使用晶体截面约为1 mm×1 mm的晶体阵列和单元大小为3 mm×3 mm的Si PM阵列研发小动物PET探测器提供重要参考作用。     

空间带电粒子谱仪性能测试及能量刻度

采用金硅面垒探测器及CsI(Tl)探测器设计制作了一套△E-E型探测空间粒子的望远镜系统,利用α粒子、质子、氧离子、铁离子4种粒子对该望远镜系统和电子学系统进行性能测试和能量刻度。电子学的增益系统分为三挡,分别为1.0、1/3和1/12.75。实验结果表明:对于α粒子,采用1/3挡,在△E_1和△E_2探测器中每道能量分别是H_1=0.107 MeV和H_2=0.123 MeV。对质子能量的刻度,采用1挡,每道能量H值为0.016 7 MeV,这个H值几乎不随能量变化,在CsI探测器中,每道能量H为1.047 MeV。对氧离子的能量刻度采用1/12.75的挡别,刻度出每道能量是1.11 MeV。在探测器中,沉积能量高于50 MeV,电子学系统进入饱和状态。对铁离子的标定结果与氧离子的结果相同。     

硅光伏探测器探测α粒子研究

采用蒙特卡罗方法计算了硅光伏探测器探测α粒子的能量分辨率等参数,通过实验测得了其α谱和探测效率。实验表明,硅光伏探测器对α粒子具有较高的探测效率和能量分辨率,受β、γ射线影响小,非常适合用作α粒子探测器。     

金硅面垒8Be探测器的研制

介绍了金硅面垒^8Be探测器的制造工艺和测试结果。有效面积157～570mm^2,厚度为280μm．工作电压100～150V时,其漏电流0．04～0．12μA。对于8．78MeVα粒手的能量分辨率为0．54％～0．80％．用该探测器通过对^8Be带电粒子的角关联测量确定高激发能级的宇称及自旋。     

国产锗酸铋(BGO)闪烁体荧光的硅光二极管读出方法的研究

研究了硅光二极管的一般特性,用宇宙线μ子作为检验粒子,用硅光二极管测量了国产BGO闪烁体的光电子产额,对探测器的能量分辨、噪声和硅光二极管的带电粒子效应也进行了测量。     

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。     

用于单粒子效应辐照实验的CYCIAE-100白光中子源研究

中子诱发单粒子效应会影响航空飞行器和地面核设施用电子器件的可靠性。基于质子加速器打靶产生的白光中子束是研究电子器件中子单粒子效应的重要中子源。通过开展辐照实验获取器件中子单粒子效应截面或阈值等信息,能够预测器件在中子辐射环境中的失效率,并为有针对性抗辐射加固提供数据支撑。中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器(CYCIAE-100)通过质子轰击W靶发生散裂反应可以产生具有连续能量的白光中子。本文基于核反应理论,采用蒙特卡罗方法模拟了100 MeV质子与W靶相互作用产生的中子的产额、能谱和角分布,模拟结果表明,平均1个100 MeV质子可以产生0.33个中子;中子能量范围为0～100 MeV,且随着能量的增加中子注量先增加后减小,峰值在1 MeV附近;沿质子束方向中子角分布具有轴对称性,且随着出射角的增加,中子注量先减小后增加,在90°时,中子注量最小。选取0°出射方向的中子束开展单粒子效应实验,采用基于双液闪探测器的中子飞行时间法测量白光中子能谱,获得了能量范围为3～100 MeV的中子能谱,且当质子束为100 MeV/1μA时,在距离W靶15 m处的中子注量率为3.3×10...