不同厚度像素CdZnTe探测器的性能测试和评估

碲锌镉材料(CdZnTe)是目前探测X射线和γ射线的最好材料之一。将241 Am和137 Cs辐射源作用于像素CdZnTe探测器,通过实验和仿真分别得到能量谱估计、能量分辨率和峰值效率。由实验和仿真结果得出:在662keV的高能量下,厚度较大的CdZnTe探测器可获得更高的能量分辨率和峰值效率,但在59.5keV低能处会出现拖尾升高和电荷损失的现象;厚度较薄的探测器在低能处的特性反而更好。     

射线探测用碲锌镉晶体及其器件研究

采用改进的布里奇曼(B ridgm an)方法进行锌组分为0.15碲锌镉(Cd0.85Zn0.15Te)晶体的生长。通过严格控制晶体生长过程中Cd的蒸气分压,使得所生长的碲锌镉晶体在结晶质量方面达到了较好的水平。对其性能进行测试,红外透射比T>60%、沉积相密度<1×104/cm2、位错腐蚀坑密度DEPD<6×104/cm2、X射线衍射双晶回摆曲线半峰全宽FWHM<20 arcsec、电阻率ρ>1010Ω.cm。利用所生长的晶体初步制作了平面型单元碲锌镉射线探测器,所用晶体的尺寸为5 mm×5 mm×2.5 mm,制成的探测器在室温下对125I和241Am放射源进行了探测测量。对125I放射源,探测出了强度为74.5%的27.5 keV的γ射线特征峰,不能仔细分辨出强度为39.8%的27.2 keV的γ射线特征结构;对241Am放射源,探测出了59.5 keV的γ射线特征峰,分辨率优于6 keV,半峰全宽FWHM<10%,同时还能检测出Te、Cd的X射线逃逸的混合峰以及241Am低能Te-K系、Np-L系的两个X射线特征峰。     

不同激发方式对能量色散X射线荧光法测铀的影响

针对能量色散X射线荧光法测铀过程中存在自激发效应对测量结果产生干扰的问题及以往测铀仅使用放射性同位素源作为激发源的测量限制,利用微型X射线对铀矿样品进行自激发效应测量,并分别将109Cd,241Am,微型X光管三种不同激发源测量铀矿样品的结果进行比较分析。结果表明,自激发效应产生的特征X射线峰面积计数仅为有源条件的0.01%以下,属统计涨落范畴,对测量结果的干扰可忽略不计;109Cd源由于其特征射线能量22.11和24.95 keV均在L_α吸收限能量21.75 keV附近,激发光电截面最高,相应的荧光产额也高,故109Cd源相比于241Am源对铀元素的激发效率更高;241Am源测量误差明显大于109Cd源的测量误差,原因是铀的L系能量特征峰与241Am源特征射线26.35 keV的散射峰能量区叠加,造成实测谱线本底偏高;X光管作激发源的铀矿样品中铀含量与化学分析结果之间的误差在10%以内,仅为同位素源激发X射线荧光分析误差的一半,且X光管激发谱峰面积计数值明显大于源激发条件下的峰面积计数,说明X光管作激发源的测铀质量优于源激发模式。     

Influence of Chemical Effect on the Kβ/Kα Intensity Ratios and KβEnergy Shift of Co, Ni, Cu, and Zn Complexes

报导了钴、镍、铜、锌络合物中的化学效应对Kβ/Kα强度比和Kβ能量位移的影响. 实验样品用241Am环状放射源发出的能量为59.5 keV的γ射线激发. 对样品发射的K段X射线进行检测的检测器在5.9 keV处的分辨率为150 eV. 观察了不同配体对钴、镍、铜、锌络合物的Kβ/Kα强度比和Kβ能量转移的影响,并试图解释这些配体的性质对中心原子产生的化学效应. 对实验得到的Kβ/Kα强度比数据,理论计算获得的Kβ/Kα强度比数据及其它实验得到的纯钴、镍、铜、锌的Kβ/Kα强度比数据进行了比较.     

空间硬X射线编码孔成像望远镜样机的研制及初步实验结果

介绍了研制的一台空间硬X射线编码孔成像望远镜样机, 使用的位置灵敏探测器为CdZnTe半导体阵列探测器, 面积50mm×50mm, 位置分辨1.6mm. 码板材料为钨铁镍合金, 厚度0.7mm, 码元素尺寸3.2mm×3.2mm. 介绍了码板的编码技术、光学设计和图像重建方法. 实验室测定了样机的性能, 探测器对59.54keV(²⁴¹Am)的能量分辨率为11.6%. 成像实验对单个伽玛射线源的定位 精度为0.12°, 双源角分辨好于0.42°.     

Chemical Effect on K Shell X-ray Fluorescence Parameters and Radiative Auger Ratios of Co, Ni, Cu, and Zn Complexes

对钴、镍、铜、锌元素组成的不同配合物K壳层X射线的产生截面、谱线强度比、俄歇辐射强度比进行了测定,同时研究了化学效应对K壳荧光参数和俄歇辐射强度比的影响,并根据电荷转移过程解释了这些参数的变化. 采用59.5 keV的γ射线²⁴¹Am的环形放射源对样品进行激发. 用分辨率为150eV的Ultra-LEGe探测器在5.9 keV测定样品产生的K壳X射线.     

康普顿相机的成像分辨分析与模拟

相较于传统的γ射线的成像系统,康普顿相机的高效率优势使其在重离子放疗的实时监测中极具潜力.中科院近代物理研究所已经建成一座具有完全知识产权的重离子治癌示范装置,且正在进行全国范围的推广.鉴于重离子治癌的广阔前景,本工作对康普顿相机的成像分辨本领进行了分析和Geant 4模拟,并根据反投影算法进行了图像重建.分析及模拟结果显示,当探测单元的位置分辨为2 mm,其导致的成像分辨与能量分辨为5%时导致的成像分辨相差约10%.对于几百keV的γ射线,探测器的相对能量分辨很容易好于1.0%.因此,相较于能量分辨,探测晶体单元的位置分辨本领对重建图像的质量起主导作用.     

基于4H-SiC肖特基势垒二极管的γ射线探测器

针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用外延层厚度为100μm的4H碳化硅(4H-SiC)制备成肖特基二极管探测器,研究了该探测器对~(241)Am源γ射线的能谱响应.采用磁控溅射金属Ni制备了肖特基二极管的欧姆接触和肖特基接触,利用室温电流-电压和电容-电压测试研究了二极管的电学特性.欧姆特性测试表明,1050°C退火时,欧姆接触特性最好.从正向电流-电压曲线得出二极管肖特基势垒高度为1.617 eV,理想因子为1.127,表明探测器具备良好的热电子发射特性.从电容-电压曲线获得二极管外延层净掺杂浓度为2.903×10~(14)cm~(-3),并研究了自由载流子浓度在外延层中的纵向分布.在反向偏压为500 V时,二极管的漏电流只有2.11 nA,具有较高的击穿电压.测得在-300 V条件下,SiC二极管探测器对能量为59.5 keV的γ射线的能量分辨率为9.49%(5.65 keV).     

基于CdZnTe像素阵列探测技术的伽玛源成像

根据高能射线针孔成像理论,采用CdZnTe像素阵列探测器建立了直接成像探测模式的伽玛源针孔探测系统。测试分析了CdZnTe像素阵列探测器的能量分辨力及峰值效率,讨论研究了针孔成像探测系统的调制传递函数和附加噪声特性,测试获得直径5mm137Cs源的探测图像,采用Lucy-Richardson迭代算法得到了137Cs源的复原图像。实验结果表明:CdZnTe探测器对662keV137Cs源的能量分辨力为6.25%～7.50%,峰值效率65.0%～72.5%;成像系统探测图像存在一定扩散现象,所采用的Lucy-Richardson迭代复原算法能较好地修正图像扩散,提高探测图像中心区域细节分辨力;估算所得137Cs源尺寸误差约0.5mm,所建立的CdZnTe针孔成像探测系统能有效得到小尺寸伽玛源的辐照强度分布及尺寸信息。     

基于虚拟刻度原理对放射性体源效率刻度方法的发展

采用蒙特卡罗模拟计算的方法,标定能够适用于不同HPGe探测器上的体源虚拟点源位置,需要对点源、体源的探测效率进行模拟计算。通过 241Am、137Cs、60Co点源和体源研究了HPGe晶体尺寸、类型对它们的虚拟点源位置的影响,模拟结果表明241Am虚拟点源位置随着探测器尺寸、类型的不同呈现明显的差异性,说明虚拟刻度原理对于探测器表面的小体积样品测量在低能区间是不可取的,最后采用 137Cs、60Co源得出体源高度与虚拟点源位置的半经验公式。通过实验室两台HPGe探测系统对尺寸Φ70 mm×65 mm标准土壤体源的探测效率进行计算,与模拟探测效率值、虚拟点源效率表征结果对比分析,验证了拟合一组表征虚拟点源位置的半经验公式是可行的。实验结果表明,对$\gamma $能量区间在300~2 000 keV进行体源的虚拟刻度时,选择可靠的定标源即可建立体源和虚拟点源位置的关系。这为解决监测工作中样品与探测器之间重复进行探测效率校准的问题提供了新的途径。