强脉冲γ射线能谱测量仪研制

研制出了一种用于强脉冲γ射线能谱测量的能谱仪,在感应电压叠加器实验平台上,测量了阳极杆箍缩二极管产生的强脉冲γ射线能谱。选择适合强脉冲γ射线测量的Si-PIN探测器阵列和铅过滤片作为测量系统,通过在能谱仪的前部放置不同厚度的铅衰减片,测量了感应电压叠加器的强脉冲γ射线的强度。理论计算了不同能量的光子经过不同厚度的铅衰减片以后在探测器阵列上的能量沉积,得到了探测器的灵敏度曲线。利用探测器上的理论计算的电荷量和实验波形的对应关系,求解了该加速器的能谱。光子的最高能量约为1.44 MeV,平均能量为0.68 MeV,其中能量在0.4~0.8 MeV范围内的光子数最多,占74.3%。     

一种基于~4He气闪烁体的裂变中子探测器

研制了一种新中子探测器,它以²³⁵UO₂裂变靶作为转换靶,⁴He气体作为闪烁体.该探测器充分结合了²³⁵U和⁴He两种核素的特点,从而具有中子能量响应平坦、中子灵敏度较高、n/γ分辨本领高等优点,能很好地在混合脉冲裂变辐射场中测量中子.本文对探测器的原理和结构设计进行了介绍,计算了不同能量中子、γ射线在探测器中的能量沉积,并从理论和实验上对探测器的中子灵敏度、γ射线灵敏度、n/γ分辨本领和时间响应进行了研究.结果表明探测器的中子灵敏度约10^-15C·cm²,γ灵敏度约10^-17C·cm²,时间响应约33.1 ns.     

微通道板型X射线探测器的脉冲信号探测能力实验分析

为了掌握微通道板探测器的X射线脉冲信号观测能力,利用X射线脉冲星地面实验装置,开展了长时间的不同流强和不同背景噪声强度下的微通道板探测器脉冲信号探测实验,并建立了一套X射线探测器脉冲观测能力评估方法,推导出基于光子计时模式下X射线探测器的脉冲信号信噪比、脉冲轮廓相似度、脉冲到达时间精度和最小可探测功率的关系表达式.实验中,利用面积20cm~2的微通道板探测器开展了8组10 000s的实验,采集到有效观测数据,然后搜索最佳脉冲周期,重构观测脉冲轮廓,估计脉冲轮廓特征参数.实验表明,微通道板探测器具备良好的X射线脉冲信号观测与恢复能力,在较弱脉冲信号强度(光子流量密度为0.05ph/cm~2/s)和较强背景噪声(背景噪声强度是脉冲信号的16倍)下获取观测脉冲轮廓的信噪比、相似度、脉冲到达时间观测精度分别为35.73、88.38%、51.53μs和64.89、89.72%、29.24μs,验证了微通道板探测器具备一定的暗弱X射线脉冲星观测能力,且微通道板探测器的脉冲探测能力随着脉冲信号强度增加、背景噪声强度减弱、累积观测时间增加而提升.     

4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度

对4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度进行了理论和实验研究。采用蒙特卡罗方法模拟了不同能量中子和不同厚度裂变靶产生的裂变碎片在4He中的能量沉积,计算结果表明:中子在4He气中的能量沉积曲线和裂变碎片的能量沉积曲线能够互补,从而使探测器对中子的能量响应变得更平坦;探测器的中子灵敏度为10-15 Ccm2量级。并对探测器的中子灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果较为一致。     

用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究

研制了用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器原理样机, 该探测器主要由对X射线灵敏度较高的CsI光电阴极、微通道板电子倍增器和收集阳极组成. 对X射线光子计数探测器灵敏度、时间分辨率和整个系统的死时间进行了测试, 实验结果表明该探测器的灵敏度在5 keV时可达5.2× 10³ A/W, 时间分辨率可达到1.1 ns, 系统整体的死时间为100 ns. 关键词： 脉冲星导航 光子计数探测器 灵敏度 时间分辨率     

高功率离子束的应用研究

 给出用“闪光二号”加速器高功率离子束轰击19F靶产生6~7MeV准单能脉冲γ射线的实验结果；提出采用离子束传输法分离和降低轫致辐射干扰的方法，利用闪烁体探测器和半导体探测器，测出质子传输不同距离后轰击C₂F₄靶产生的6~7MeV准单能脉冲γ射线信号以及相比轫致辐射的延迟时间；介绍了模拟材料的软X射线的热 力学效应等方面的高功率离子束的应用，给出一些实验和理论计算结果。     

极紫外波段微通道板光电子产出理论分析与实验测量

基于微通道板的光子计数探测器在天文方面得到广泛的应用。该文针对微通道板在极紫外波段的光电子产出进行深入研究,给出了材料光电子产出的理论模型,利用导出的光电子产出公式分析了影响微通道板电极和铅玻璃两种材料光电子产出的因素。理论分析结果表明:材料厚度大于20nm及入射角大于掠入射的临界角是获得较高光电子产出的最佳条件,除去几个特殊波长,两种材料的光电子产出在极紫外波段随波长的增加而减小。利用激光等离子光源量子效率测量装置测量了微通道板光电子产出的波长响应特性,实验结果与理论计算结果基本一致。     

组合PIN脉冲中子探测器灵敏度研究

对新型组合PIN脉冲中子探测器的灵敏度进行了研究,实验测量探测器的DT中子灵敏度和γ相对灵敏度,用Monte?Carlo方法计算了探测器的中子灵敏度.实验测量和计算表明:通过转换靶的选取,组合PIN探测器的中子灵敏度在一定范围内连续可调,组合PIN探测器对γ的灵敏度比普通PIN探测器低2个量级,是一种对γ不灵敏的新型脉冲中子探测器.     

基于Vernier阳极微通道板光子计数探测器分割噪声

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.     

微通道板噪声因子与工作电压关系研究

为了解决微通道板噪声因子的测量问题,提出了一种测量像增强器光电阴极灵敏度和信噪比,从而测量出微通道板噪声因子的方法 .根据该方法,分别在不同阴极电压、微通道板电压以及阳极电压条件下测量了微通道板的噪声因子.测量结果表明,当阴极电压、微通道板电压以及阳极电压分别变化时,微通道板的噪声因子会随之变化.微通道板电压对噪声因子的影响最大,阳极电压的影响最小.微通道板电压每增加100 V,噪声因子大约增加0.11,而阳极电压每增加100 V,噪声因子大约增加3.3×10-4.微通道板工作电压提高,意味着电子碰撞能量提高,同时也意味着二次电子发射系数提高,而根据现有微通道板噪声理论,微通道板的噪声因子会减小,但实测结果却相反.造成这一矛盾的原因是在现有微通道板噪声理论中,仅仅考虑了二次电子发射系数、探测率、电子碰撞几率的因数,而未考虑到电子碰撞能量的因数,因此噪声理论需要进行修正.     

液体闪烁体探测器γ射线测量研究

利用几种单能γ源对BC501A型液体闪烁体探测器进行能量刻度, 以得到探测器对电子的光输出响应函数。 介绍了用蒙特卡罗模拟法确定康普顿边缘所对应的电子能量的方法, 得到的结果与用半高点确定康普顿边缘方法所得的结果做了比较。 利用德国PTB开发的PHRESP蒙特卡罗程序计算出液体闪烁体探测器对各种单能γ射线的光响应矩阵, 阐述了利用γ射线响应函数矩阵和γ射线的反冲电子谱求解待测γ能谱的原理, 对解谱的误差来源也进行了简要的分析。 The light output of the BC501A liquid scintillation detector for γ rays was calibrated by serial monoenergetic γ ray sources. The Monte Carlo simulation method to confirm Compton edge was described briefly. The result was compared with that obtained by the semi height method. The γ ray response matrix of BC501A liquid scintillation detector was calculated by the Monte Carlo code PHRESP from PTB. The method of using response function matrix and recoil electron spectrum to unfold γ ray energy spectrum was introduced and the error of unfolding spectrum was also briefly discussed.     

用于质子和伽马射线探测的金刚石薄膜探测器的辐照性能

 研制出CVD金刚石薄膜探测器,在国家串列加速器和⁶⁰Co稳态辐射源上分别完成了该探测器对9 MeV质子束流和1.25 MeV γ射线的辐照性能研究。结果表明:该探测器在9 MeV质子照射累积强度达到10¹³ cm^-2时,探测器信号电荷收集效率减小量低于3.5%,辐照前后探测器暗电流没有明显变化。计算得到9 MeV质子对该探测器的损伤系数为1.3×10^-16 μm^-1·cm²。由于γ射线与金刚石作用产生的电子起到了填补缺陷的作用,探测器信号电荷收集效率随γ射线照射剂量的增加略有增加,在γ射线累积照射量达到10.32 C/kg时,其增幅小于0.7%。说明金刚石薄膜探测器具有较高耐辐照强度,适用于高强度辐射测量领域。     

4H-SiC肖特基二极管γ射线探测器的模型与分析

 在研究反偏压4H-SiC肖特基二极管作为g射线探测器工作机理的基础上建立了数值模型,模拟了不同偏压和辐照剂量率下探测器的暗电流、工作电流和灵敏度。模拟结果表明:探测器的灵敏度随反向偏压的增加而上升;对于Au/SiC肖特基二极管,有源区掺杂数密度为2.2×10¹⁵ cm^-3时,0 V偏压下探测器的灵敏度为13.9×10^-9 C/Gy,100 V偏压下为24.5×10^-9 C/Gy。计算结果与实验数据符合得较好。     

TMSR白光中子源本底屏蔽设计

为了满足钍基熔盐堆对核数据的需求，中国科学院上海应用物理研究所自行设计并建造了紧凑型的15 MeV电子加速器驱动的白光中子源。电子直线加速器、中子产生靶以及探测器系统处于同一个实验大厅，中子/伽马射线本底较高，原有屏蔽并不能满足在低能区进行热中子物理实验测量的低中子本底需求。为了降低热中子本底，提高在热区的测量能力，需要对中子源进行局部屏蔽。根据调试运行经验以及模拟计算结果，分析了中子伽马射线本底的来源，利用MCNP5模拟计算了混凝土、铅、含硼聚乙烯对中子/伽马射线的屏蔽效果，优化设计了局部屏蔽方案。模拟计算结果显示，该屏蔽方案可将热中子本底降低三个量级，伽马本底降低两个量级。屏蔽后的实验测量结果表明，探测器处的有效热中子与本底热中子的比值达到约100:1，屏蔽效果显著，为后续在热中子能区顺利开展中子物理测量实验奠定了基础。     

Full-Energy peak efficiency of an NaI(Tl) detector with coincidence summing correction showing the effect of the source-to-detector distance

The coincidence summing effect is considered to be one of the most important problems in γ-ray spectrometry. It has played an important role in the detector calibration process, especially at low source-to-detector distances, which are the typical conditions when the environmental samples have to be measured. In this work, the γ–γ coincidence summing correction factors (CSCF) for a 3″×?3″ NaI(Tl) γ-ray detector have been calculated at different distances from the detector end cap. These factors with NaI(Tl) γ-ray detectors have rarely been discussed in the previous literature, due to the lack of the separation process of the close gamma energy lines in the scintillation detector spectrum. The γ–γ CSCF were calculated for ⁶⁰Co, ¹³³Ba and ¹⁵²Eu radioactive point sources, which show the simple and the complex decay scheme of several radionuclides. In order to obtain the CSCF, the following parameters must be estimated by the numerical simulation method (NSM): the total efficiency (ε_T), the full-energy peak efficiency (ε_P) and the effective solid angle (Ω_eff). These parameters were calculated numerically depending on the direct mathematical method and efficiency transfer method. The obtained CSCF was used to correct the measured efficiency curves, which were measured at different distances, then compared to the ETNA and EFFTRAN programs, as well as the CSCF. The results show a good agreement, especially at large source-to-detector distances.     

低能电子穿越绝缘体微孔膜动力学过程研究

采用二维位置灵敏的微通道板探测器对能量为1500 eV的低能电子束穿过孔径为400 nm、未经照射过的的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微孔膜后的全角分布以及时间演化进行了测量,同时采用自制的积分式能谱测量装置测量了穿透电子的能量分布。实验结果表明:在充电阶段,当入射电子束束流较弱时,透射电子强度随充电时间逐渐上升;充电过程中,透射电子的角分布宽度由小变大,但是角分布中心基本不随膜的倾角移动。对出射电子达到平衡态时的电子能谱的测量表明,穿透电子的能量保持着入射时的能量。对于理解电子在绝缘体微孔中的传输给出了新的实验证据,给出了可能形成“导向效应”的微孔内部电场的条件。     

BC537探测器中γ射线的响应函数测量与蒙特卡罗模拟

为了将氘化液闪探测器(BC537)测量的反冲电子谱转换为γ射线能谱,利用标准γ点源对BC537探测器的响应进行了测量并运用基于蒙特卡罗方法的Geant4程序计算了BC537探测器探测γ射线的响应函数。讨论了探测器建模中有无铝壳和入射γ射线束流半径对探测效率和响应函数的影响。对比模拟和实验测量的反冲电子谱,两者符合较好。利用模拟的响应函数和实验测量标准γ源Cs-137和Co-60以及AmBe源在BC537探测器中的反冲电子谱,经迭代法解谱得到了对应的标准γ射线能谱,验证了模拟参数的合理性以及该响应函数的实用性。     

用于脉冲γ强度测量的φ60,1000μm PIN探测器

采用电阻率为10000—20000 Ω·cm的高阻单晶硅材料，研制成功灵敏区尺寸为φ60 mm，耗尽层厚度～1000　μm的大面积厚PIN半导体探测器.设计了该类探测器厚度测量专用的反冲质子测量系统，对探测器的时间响应、γ灵敏度、漏电流、γ/n分辨等物理参数进行了测量和分析，结果表明，这类探测器可满足低强度裂变n/γ混合场中脉冲γ强度测量的需要. 关键词： 大面积 电流型 半导体探测器     

Nuclear orientation study of the decay of 171Lu

The levels and γ-ray transitions in ¹⁷¹Yb have been studied by radioactive decay of oriented ¹⁷¹ Lu. The orientation was produced using the hyperfine field in ferromagnetic gadolinium to polarize an ensemble of ¹⁷¹Lu nuclei at a temperature of 14mK. The directional distribution of the γ-rays was measured using high-resolution Ge(Li) detectors. Anisotropies of 30 γ-rays in ¹⁷¹Yb were measured. Multipole mixing ratios were deduced for most of the mixed γ-ray transitions and unambiguous spin assignments were made for several levels.The energy and structure of the rotational band levels, reduced E2 and M1 transition probabilities and E2/M1 mixing ratios were calculated using the semi-microscopic quasiparticle-phonon model with a Coriolis interaction. In general, good agreement is obtained between the theoretical predictions and experimental results.     

A formula used to subtract the effect of gamma-ray of the others to that of measured reaction in measurement of cross section of nuclear reaction and its application

Abstract According to the regulation of growing and decay of artificial radioactive nuclide, a formula used to subtract the effect of characteristic γ-ray of the others to that of measured reaction was deduced. And then the cross sections of 120Te (n, 2n)119mTe reaction induced by neutrons around 14 MeV were measured by activation relative to the 93Nb (n, 2n)92mNb. In the process of the cross sections measured to be calculated, it was subtracted that the effect of characteristic γ-ray of 126Te (n, p)126Sb to that of measured 120Te (n, 2n)119mTe reaction using the formula deduced. The experimental results were (689±37) and (750±41) mb at the neutron energies of (13.5±0.3) and (14.6±0.3) MeV, respectively. Measurements were carried out by γ-detection using a coaxial HPGe detector. As samples, spectroscopically pure tellurium powder has been used. The fast neutrons were produced by the T(d, n)4He reaction. The neutron energies in these measurements were determined by the method of cross-section ratios between 90Zr (n, 2n) 89m+gZr and 93Nb (n, 2n) 92mNb reactions.