BGO晶体的性能及应用

一、引言BGO晶体的性能及应用近些年来引起了人们的重视。将BGO晶体用作核辐射探测器,与以往的Nal(Tl)晶体相比,具有探测效率高、机械性能好、不潮解等优点。自1965年Nitsche第一次拉成BGO单晶以来,人们对它的性能进行了广泛的研究,本文介绍了BGO晶体的基本性能及近年来的应用情况。     

脉冲中子全能谱测井闪烁探测器响应特性的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法模拟研究NaI和BGO晶体探测器对不同γ射线的响应。模拟结果表明,BGO晶体的光电峰和第一逃逸峰对计数贡献大,而NaI晶体的逃逸峰贡献大。对于井眼和地层流体分别为油和水砂岩地层,模拟改变NaI和BGO晶体探测器的直径和长度时的非弹性散射γ射线响应能谱,采用不同能窗处理方法对地层流体的分辨能力不同,选取光电峰和第一、第二逃逸峰对应的能量窗时,BGO晶体探测器比NaI晶体探测器测量的C/O（C与O的元素含量比）差值大,但受尺寸的影响不大;采用光电峰对应的能量窗时,BGO晶体探测器测量的C/O差值比NaI的大得多,且随尺寸的增加差值增大;能量道的漂移对C/O值影响较大,而能量分辨率对差值影响相对较小。     

BGO组合测井仪物理方法研究

在实验室内,对BGO晶体在煤田测井中应用的可能性进行了较细致的实验。通过对BGO晶体的表面进行恰当的处理及选用较合适的光电倍增管,提高了BGO的光输出。采取尽可能与野外煤田测井相接近的实验条件,给出了BGO晶体用于煤田自然γ和散射γ测井的实验数据,并与NaI(Tl)进行了比较,测量了BGO晶体的光输出随温度的变化并采取了有效的温度补偿法,研制出了用于煤田测井的BGO组合测井仪。     

BGO矩形探测元探测效率的研究

理论计算了三种不同规格BGO晶体对于^137Cs0．662MeVγ射线的探测效率,并用GEANT4进行了Monte Carlo模拟,计算值与实验中光电倍增管测得的值进行了比较,给出了不同规格晶体对γ射线探测效率的区别,三者趋势基本一致。最后用^133Ba、^22Na、^137Cs和^60Co源测量了BGO探测元的能量线性,三种晶体对^137Cs0．662MeVγ射线的能量分辨分别为18．12％、18．08％和18．12％。     

脉冲中子全能谱测井数据处理方法及影响因素的模拟研究

C/O能谱测井是确定含油饱和度的主要测井方法,模拟水平井条件下的非弹性散射伽马能谱,研究C/O值与含水饱和度、孔隙度及泥浆侵入深度的关系。而探测器的类型、尺寸、探测效率、能量分辨率、稳谱、能谱的处理方法以及中子对探测器晶体的作用都会对测井结果产生影响。利用蒙特卡罗方法模拟源距分别为30cm和58cm处,且井眼和地层流体分别为油和水砂岩地层的中子能量分布,通过研究中子对NaI、BGO、GSO和LSO四种探测器的作用及响应关系得到：中子对探测器的作用将使地层流体分辨能力降低。模拟改变NaI和BGO晶体探测器的直径和长度时的探测器响应能谱,采用不同的能窗处理方法对地层流体的分辨能力不同,选取光电峰和第一、第二逃逸峰对应的能量窗时BGO晶体探测器测量的C/O差值要比NaI晶体探测器的大,但受尺寸的影响不大;但采用光电峰对应的能量窗时,BGO晶体探测器测量的C/O差值要比NaI大得多,且随着尺寸的增加差值也增加。能量道的飘移对C/O值影响较大,而能量分辨率对差值影响相对较小     

国产高Z闪烁晶体辐照损伤研究

建立了两套测量准确度分别达到0.5％及1％的测量系统。考察了国产BGO、CsI(Tl)、CsI(Na)和BaF_2晶体在5kGy吸收剂量下的辐照损伤效应。测量显示出两种不同掺杂的CsI晶体显著不同的辐照损伤及其自然恢复性能。发现辐照后BaF_2晶体存在逐渐衰减的强噪声,并且经天然光或日光灯光再照射后强噪声重新出现的新奇现象。     

HIRFL在束γ实验终端BGO反康谱仪性能

引言随着兰州重离子加速器的建成出束,将有八个实验终端随之投入使用。其中在束γ终端是一台主要用于核谱学研究的大型设备。它由置于水平面内的六套带BGO反康普顿屏蔽的高纯Ge探测器和一个由十四块BGO六棱柱探测元构成的小型晶体球组成。增加这种六棱柱形状的BGO元个数,便能使小型晶体球很容易地扩建成中型和大型晶体球。     

BaF_2和BGO闪烁晶体对γ射线的线性衰减系数

近年来,BGO闪烁晶体越来越受到人们的重视,在高能物理实验、高能天体物理和核医学中正获得越来越广泛的应用。本人曾两次把φ5cm的国产BGO用气球带到33km高空进行X射线天文观测。 BaF_2晶体具有快、慢两种荧光成分,既可输出能量信息,又可输出时间信息,因此和BGO一样,在上述领域中得到了应用。长春光机所已能生产大直径、优质BaF_2晶体。1986年中英两次合作进行了高空X射线实验。这在天文界也是首次将BaF_2用于高空实验。     

制备和试验活化测井仪中的Bi_4Ge_3O_(12)闪烁体

本文阐述了制备和试验活化测井仪中的锗酸铋(Bi_4Ge_3O_(12),以下简称BGO)闪烁体,并将该闪烁晶体与被核地球物理学家广泛使用的碘化钠[NaI(Tl)]晶体进行对比,指出了BGO优于NaI(Tl)闪烁晶体的主要优点。本文还对化学计量配料和培养速度对闪烁晶体特性的影响进行了研究,并在一个萤石矿床上进行了氟的活化测井试验。     

BGO六棱柱探测元性能的研究

用~(54)Mn,~(57)Co,~(60)Co,~(22)Na和~(137)Cs源测量了BGO六棱柱探测元的能量线性,对662keV的γ射线能量分辨率为18％。两个BGO探测器间的符合时间分辨半宽度为6.9ns,BGO六棱柱与HPGe探器测间的时间分辨半宽度为8.3ns。     

双BGO晶体能谱测井

Ｃ／Ｏ测井可以利用ＢＧＯ晶体探测效率高的特点，在其探测器部分放置两个探测器，称为双探测Ｃ／Ｏ测井仪，长短源距两个探头所测谱数据进行补偿，有效地去除了井眼条件的影响，提高了测量精度和油水差值，更加有产地分油水层，并有望能在低孔隙度的地层中使用Ｃ／Ｏ测井仪器。     

大尺寸BGO晶体的温度特性研究

锦屏深地核天体物理（JUNA）实验项目将在中国锦屏深地实验室开展恒星平稳氦燃烧阶段关键的(α,γ)和(α,n)反应以及恒星平稳氢燃烧阶段关键的(p,γ)和(p,α)反应的直接测量。该项目计划研制一套锗酸铋（BGO）探测器阵列用于(α,γ)和(p,γ)反应的γ射线探测。由于BGO晶体的光产额对温度敏感,温度的变化会导致γ能谱峰位的漂移和能量分辨率的变化。本文使用制冷系统对尺寸为6 cm×8 cm×25 cm的BGO晶体进行降温,利用¹³⁷Cs源测量了其γ能谱峰位和能量分辨率,对BGO探测器性能随温度的变化关系进行了研究。结果表明：在-20～22.1 ℃温度区间内,BGO探测器的γ能谱峰位与温度呈良好的线性关系,能量分辨率随温度的降低而提高。     

Thermoluminescence kinetic parameters of Bi4Ge3O12 single crystals

In this work, we present a detailed kinetic study of the thermoluminescence of Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO) single crystals grown by the Czochralski technique. A single crystalline phase was confirmed through X-ray diffraction pattern analysis based on the Rietveld profile refinement method. The thermoluminescent (TL) glow curves were induced by UV or beta radiation and measured between 20 °C and 200 °C. The glow curves of BGO crystal presented two peaks at 61 °C and 90 °C for both kinds of radiation. The kinetic parameters, kinetic order (b), activation energy (E) and frequency factor (s), of the TL glow curves have been determined by four different methods. The lifetime of the peaks at room temperature was also determined and used to discuss the stability of the TL peaks at room temperature.     

Monte Carlo optimization of depth-of-interaction resolution in PETcrystals

The light distribution along one edge of a PET (positron emission tomography) scintillation crystal was investigated by Monte Carlo simulation. This position-dependent light distribution can be used to measure the position of the 500-keV photon interaction, in the crystal on an event-by-event basis, thus reducing radial elongation. The predicted full width at half maximum (FWHM) of the light distribution on the 3×30 mm surface of a 3×10×30 mm bismuth germanate (BGO) crystal surrounded by diffuse reflector is 3.0 mm. This light distribution is constant for widths (originally 3 mm) between 1 and 6 mm, but decreases from 3.0 to 1.8 mm FWHM as the height is reduced from 10 to 3 mm. Other geometrical modifications were simulated, including corner reflectors on the opposing 3×30 mm surface. A promising geometry is a 2.2×5×30 mm BGO crystal, for which a 2.2 mm FWHM light distribution is predicted, which should yield a PET detector module with a depth of interaction measurement resolution of 3.6 mm FWHM     

Characteristics of the new YAlO3:Ce compared with BGOand GSO

The characteristics of YAlO₃:Ce (YALO) used as a fast scintillation detector with high density (5.35 gm/cm³) and high light yield were investigated and compared with those of other scintillation materials. The decay of the scintillation light could be described by the sum of two exponentials with decay constants of 31 ns and 246 ns and contributing 98% and 2% to the total light yield, respectively. The light yield of 19700 photons/MeV was measured by comparing the number of photoelectrons produced in YAlO in BGO under the same conditions. The energy resolution at a gamma ray energy of 511 keV was 6.7% for a 4.0×8.0×25.0 mm³ sample. The FWHM of a timing measurement using two YAlO crystals detecting annihilation quanta (with 200 keV threshold) was 1.1 ns. Monte Carlo simulations showed that the crystal depth for the absorption of 90% of 511 keV gamma quanta is 51.8 mm in YAlO (compared with 25.2 mm in BGO)     

地层元素测井中探测器响应数值模拟研究

地层元素测井中常利用LaBr₃、BGO等晶体探测器测量γ能谱确定元素和矿物含量,晶体探测器计数效率与能量分辨率等参数是决定能谱质量和元素含量计算精度的关键因素。本文通过对比研究LaBr₃和BGO两种晶体探测器的能谱响应特性,利用蒙特卡罗方法建立了不同元素含量与种类的地层模型,模拟研究了两种晶体探测器的γ响应能谱,并利用最小二乘法计算了元素含量。结果表明：当地层矿物模型中元素种类较少时,两种晶体探测器测得的元素含量差异较小;当元素种类较多时,由于能谱中不同元素γ射线重叠及互相干扰,LaBr₃晶体探测器测得的元素含量计算精度优于BGO晶体探测器,体现了在复杂地层岩性元素含量测量中,高能量分辨率晶体探测器的探测优势。