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     

远紫外光子计数成像探测器分辨率及计数率的优化

基于远紫外(FUV)成像光谱仪对所用光子计数成像探测器高计数率、高空间分辨率的要求,研制出使用感应电荷位置灵敏阳极的FUV波段二维光子计数成像探测器原理样机,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板(MCP)堆、楔条形(WSA)感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。感应电荷WSA阳极探测器的分辨率主要由前端模拟电路的信噪比决定,而信噪比与整形放大器的整形时间有关,整形时间越长,信噪比越高,模拟电路的输出计数率越低。测量了整形时间分别为0.25、0.5、1、2、4μs条件下探测器的分辨率及计数率,测量结果表明探测器的分辨率为3~9lp/mm,最高计数率为11~105kcounts/s,只有0.5μs整形时间放大器能满足FUV成像光谱仪对分辨率和最高计数率的要求。     

用于托卡马克磁场测量的金属霍尔探测器的研制

金属霍尔探测器被认为是未来磁约束聚变堆磁场测量的重要工具之一。介绍了金属霍尔探测器系统的研制,包括测量原理、探测器制作工艺、电子学系统研制、标定系统建设及测试结果等。采用金属铋作为霍尔材料,有源区厚度为100nm,放大器的放大倍数为2000～200000倍。测试结果显示,当待测磁场在3mT以上时,系统的测量精度优于±1%,可以达到磁探针的标定精度,能够满足托卡马克装置的磁场测量要求。     

将Pixie-Net数字化仪用于核物理教学实验

随着核物理实验技术的不断发展,传统模拟电子学获取系统已经逐渐被数字化采集系统所取代.北大核物理与核技术教学实验室引进了多套桌面式、四通道的Pixie-Net数字化仪,并尝试用于教学实验.以NaI(Tl)探测器为例,本文详细介绍了Pixie-Net数字化仪相比于传统电子学的优势以及能量测量原理,并详细测试了各参数对NaI(Tl)探测器能量分辨率的影响. Pixie-Net数字化仪采用最佳参数时,得到的能量分辨率优于传统电子学在最佳参数时的结果.     

环境本底伽马辐射的实验测量

使用高纯锗与溴化镧探测器,在无标准放射源的情况下,可以对环境中的伽马辐射本底进行高精度的实验测量,进而实现对环境中主要放射性成分的粒子鉴别.     

环形正负电子对撞机带电粒子鉴别的飞行时间探测器

环形正负电子对撞机(circular electron-positron collider, CEPC)通过d E/dx的测量进行长寿命带电粒子的鉴别,要求对d E/dx的测量达到约3%的精度.但d E/dx的测量对带电粒子π/K,π/P和K/P各有一个分辨盲区,对应的横动量分别为1 GeV/c, 1.6 GeV/c和2 GeV/c.一种解决方案是采用高精度飞行时间(time of flight, TOF)探测器填补分辨盲区,探测器系统的时间分辨要求小于50 ps.针对这一要求本文提出一种小颗粒飞行时间探测器,具体方案为采用小块塑料闪烁体(1 cm×1 cm×0.3 cm)侧面耦合硅光电倍增管读出.介绍了该探测器的构建以及利用90 Sr电子准直源和高速波形采集电子学对该探测器的性能标定.结果显示,采用恒比定时法,该探测器的时间分辨约为48 ps,可以满足CEPC对飞行时间探测器的要求.     

平衡零拍探测器的噪声特性分析与实验研究

平衡零拍探测器是量子光学和量子信息科学实验中的关键器件之一。本文针对典型的基于跨阻运算放大器的平衡零拍探测器,理论上详细分析了探测器的电子学噪声、散粒噪声和信噪比等输出特性;从理论分析、软件仿真和实验研究三方面分别获得了平衡零拍探测器的电子学噪声和散粒噪声功率谱,谱线线型互相吻合;实验研制的平衡零拍探测器,在分析频率2 MHz处的信噪比达到了22 dB,相应于电子学噪声引入的测量损耗约为0.6%,满足测量压缩态光场等量子光学实验的需求。     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。     

中国散裂中子源小角中子散射谱仪探测器研制

中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一,探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率,能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑,SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管,组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块,每一个模块功能完全独立,包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内,由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年,中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å）,空间分辨率好于10 mm（FWHM）,完全达到设计要求,目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。     

L-C耦合电路对散粒噪声探测器电子学噪声的影响

通过分析基于L-C耦合跨阻运放电路的散粒噪声探测器噪声来源,提出了电感的寄生电容对电子学噪声影响的分析模型,并进行了实验验证.研究表明,电感的寄生电容会增大跨阻运放的输入电压噪声增益,从而增加探测器的电子学噪声.当总电感值为1mH时,选用两个0.5mH的电感串联结构相比选用单个1mH的电感,探测器电子学噪声明显降低.由于电感的自共振频率越低,寄生电容越大,选用高自共振频率的电感有助于进一步降低电子学噪声.实验测量得到,在2.5 MHz分析频率处,选用两个0.5mH、自共振频率为6 MHz的电感串联相比选用单个1mH、自共振频率为1.6 MHz的电感,电子学噪声的降低了3dB.在相同入射激光条件下,该改进模型可以有效提高探测器的信噪比.     

利用Garfield程序模拟Micromegas探测器增益和位置分辨特性

利用Garfield气体探测器模拟程序模拟了不同条件下Micromegas探测器的增益和位置分辨特性. 通过对模拟结果的分析, 得出提高探测器位置分辨和增益的有效途径. 该工作不仅可以优化气体探测器结构设计, 缩短实验周期, 而且还能极大程度的节约经费.     

一种近红外探测器的光谱响应率测量

对近红外辐射功率光谱绝对响应率的定标技术进行了研究。设计了一种制冷扩展波长型的InGaAs探测器，为了使其能够作为功率传递的标准探测器工作在（1.2～2.5）μm波长范围，对探测器的光谱响应率进行了测量。首先在1260nm波长下进行绝对功率传递的标定试验，然后用基于红外单色仪的光谱比较系统（SCF）测量了探测器的相对光谱响应率。结合2个步骤的数据，最终可以得到探测器的绝对光谱响应率。     

红外探测器光谱响应度测试技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，随着红外探测技术的发展，精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析，然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置，并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量，给出测量结果的平均值，最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1～20μm，因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明，InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。     

利用MICROMEGAS探测器测量第一汤逊系数

利用新型的MICROMEGAS探测器测量了6种不同比例的Ar+CO2 混合气体中第一汤逊系数α的两个实验参数A和B。实验结果分析表明, 电子在栅极的透过率在75%时, α的测量误差小于13%, 而探测器增益的涨落造成的α的测量误差小于8%。In this paper, the MICROMEGAS detector was employed to measure the experimental parameters A and B of the first Townsend coefficient α in 6 different ratio of Ar+CO2 gas mixtures. The results indicate that the error of α is less than 13% in the condition of electron transmission rate of the mesh up to 75% and is less than 8% due to gain fluctuation of the detector.     

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     

热释电探测器积分响应测试系统研究

为了实现对红外探测器积分响应的自动测量,配合虚拟仪器技术搭建了一套热释电红外探测器积分响应自动测试系统。利用双绞线将测试仪器与计算机连接,以LabVIEW为开发平台编写软件测试系统,遥控测量仪器,实现计算机自动采集和处理数据实时绘制曲线,对LT-020-H型热释电红外探测器在不同调制频率下的积分响应度进行了测试并分析。在500K的黑体辐射下,探测器积分响应度达到3.5×106V/W。通过对实验结果进行分析,得到了探测器响应、黑体辐射温度以及信号调制频率之间的关系。     

用于脉冲γ强度测量的Ф60,1000μmPIN探测器

采用电阻率为10000—20000Ω.cm的高阻单晶硅材料,研制成功灵敏区尺寸为60mm,耗尽层厚度~1000μm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.     

Discussion on a possible neutrino detector located in India

We have identified some important and worthwhile physics opportunities with a possible neutrino detector located in India. Particular emphasis is placed on the geographical advantage with a stress on the complimentary aspects with respect to other neutrino detectors already in operation.     

The leak microstructure

The capabilities of a new microstructure, anode point based, for the detection of gas ionizing radiations are presented. For every single detected ionizing radiation it gives a pair of ‘induced’ charges (anodic and cathodic) of the same amount (pulses of the same amplitudes), of opposite sign, with the same collection time and essentially in time coincidence, that are proportional to the primary ionization collected. Each pulse of a pair gives the same energy and timing information, thus one can be used for these information and the other for the position. The complete lack of insulating materials in the active volume of this microstructure avoids problems of charging-up and makes stable and repeatable its behavior. It is possible to observe primary avalanches with a size of more than 2.5 × 10⁷ electrons (4 pC), which give current pulses with a peak of more than 0.26 mA on 100 Ohm and about 30 ns duration, with 5.9 KeV X-rays of ⁵⁵Fe working in proportional region in 760 Torr of isobutane gas. Single electrons emitted by a heated filament (Ec<1 eV) can also be detected in 760 Torr of isobutane; with an estimated gas gain of 1.2 × 10⁶ and a counting rate up to 800 Kpulses/sec per single microstructure. Some new features and three different types of sensitive-position two-dimensional read-out detectors based on these microstructures, which are in developmental stage, are presented.