兰州充气谱仪的焦平面探测系统

在兰州充气谱仪上,设计安装了一套新的焦平面探测系统,该系统包括飞行时间(TOF) 探测器、盒型硅(Si-box) 探测器阵列和反符合(Veto) 探测器3 部分。Si-box 探测器阵列是由3 块位置灵敏硅探测器(PSSD) 和8 块周边硅探测器(SSD) 构成,它对注入核的 衰变的探测效率达到80% 左右。Si-box 探测器阵列与TOF 探测器关联可以有效区分注入信号和 衰变信号。Veto 探测器与Si-box 探测器阵列和TOF 探测器关联可以反符合掉高能轻粒子对注入信号和 衰变信号的干扰。简要介绍了PSSD 的能量和位置刻度方法。这套探测器系统已经应用于40Ca+175Lu 和40Ca+169Tm 的实验。实验结果表明,该探测器系统具备很好的本底抑制能力,能够给出干净的a衰变能谱,结合能量-时间-位置关联测量方法可以实现对单原子的探测和鉴别,总体上达到了预期的设计要求。A new designed focal plane detection system was mounted at the gas-filled recoil separator at Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, which consisted of a time-of-flight (TOF) detector, a silicon-box (Sibox) detector array and a silicon veto detector. Three position sensitive silicon detectors (PSSD) were surrounded by eight side silicon detectors (SSD) without position sensitive, forming a box of the detector open from the front side. The detection efficiency for -decays of implanted nuclei was about 80%. The anticoincidence condition for the signals from the TOF detector and Si-box detector array was used to distinguish between the pulses originating from the implanted nuclei and their -decays. The veto detector information was used to discriminate events due to high-energy charged particles．External energy calibration and position calibration of PSSD are described concisely in this work. This systemhas been used in experiments of 40Ca+175Lu and 40Ca+169Tm. Clean a-decay spectra obtained in these reactions indicated the detection system has a good performance in background suppression. Evaporation residues can be identified by the energy-time-position correlation method. On the whole, the new designed focal plane detection system has achieved thedesign requirements.     

GEANT4对飞行时间谱仪单块闪烁体的模拟研究

基于GEANT4对飞行时间谱仪单块闪烁体进行了系统的模拟研究,得出了飞行时间谱仪的本征时间分辨.并对BC404和BC408两种类型的塑料闪烁体材料以及闪烁体与光电倍增管的耦合方式做了比较研究,得到了比较结果.这些结果对BESⅢ粒子鉴别系统的设计有着指导意义.     

GEANT4 SPE质子屏蔽和半导体材料辐射效应模拟

利用蒙特卡罗软件GEANT4模拟太阳宇宙射线中能量为1 MeV~10 GeV质子对航天飞行器的影响,透射质子对半导体材料的损伤效应,计算外壳铝层对质子能谱的屏蔽效应.模拟结果表明,质子在介质中的线性能量转移、射程等和参考数据吻合较好;沿质子轨迹纵向能量沉积出现Bragg峰,且非弹性作用是影响能量沉积Bragg曲线的重要因素;对于半导体Si材料,反冲原子主要分布在质子轨迹线周围,并沿轨迹线横向‘扩散’,浓度降低;Al层屏蔽使入射质子能谱硬化,当Al层厚度超过10 mm时,厚度增加对屏蔽效果的改善不明显,反而次级粒子辐射增强效应变大.     

表面高分辨弹性反冲探测分析

在中国原子能科学研究院 HI- 1 3串列加速器上建立了用 Q3D磁谱仪动量分析和ΔE- E粒子分辨对材料表面进行高分辨的弹性反冲探测分析技术 .用 1 0 0 Me V12 7I对 C/Li F多层样品的深度分布分析表明 ,表面分辨达到 1 .2 nm.所建立的ΔE(气体 ) - E(半导体 )望远镜探测器可同时分析从轻至中重的所有元素 .实测了新光电材料 Ga N,La2 Sr Cu O4 超导膜和新超硬材料 C3N4 (Si)等样品. High resolution depth profiling technique with elastic recoil detection analysis has been developed at the HI 13 tandem accelerator of CIAE. A depth resolution of 1.2 nm was achieved at the surface of the samples with the Q3D magnetic spectrometer and the focal plane detector. From light to medium heavy elements were simultaneous analyzed with a small Δ E E telescope. The method was applied to depth profile analysis of C/LiF multilayers, La 2SrCuO 4 superconductor and GaN foil samples.     

低能中子探测的GEANT4模拟研究

研究了GEANT4蒙特卡罗模拟程序在低能中子核反应中应用的可行性, 新版的GEANT(4.9.4版本)升级了老版本在模拟6Li(n, α)3H核反应道的不足, 并且加入了最新截面数据库。 对多个核反应道进行了研究, 模拟结果显示核反应截面、 次级粒子能量和反应的分支比等是正确的; 比较了掺6Li材料热中子探测效率的实验结果与MCNP和GEANT4模拟结果, 它们基本一致。 研究表明, 利用GEANT4研究6Li(n, α)3H是可行的, 这为进一步研究闪烁体中子探测器的位置分辨率模拟提供了有力支持。 The feasible study of Monte Carlo simulation of low energy nuclear reaction was performed based on GEANT4. The reaction channel 6Li(n, α)3H, simulated insufficiently in the old version Geant4, can be given correct results in the new version (version 4.9.4). New cross section library was added into the program. The study of several nuclear reaction channels shows that the cross sections, the secondary particle energies and the branching ratios are consistent with the experimental values. For doped 6Li materials, the comparison of thermal neutrons detection efficiencies of experimental results, MCNP and GEANT4 simulations, shows that the simulations are reasonable. From the studies above, it is feasible to simulate the 6Li(n, α)3H reaction with GEANT4. It will provide helpful information for the further study of the position resolution of scintillation neutron detector.     

基于GEANT4的CsI(Tl)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟, 得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(Tl)晶体测量γ射线的能谱。对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性。该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具。 With the modeling of the light transportation in crystal and electron multiplication in the PMT, a Monte Carlo simulation of CsI(Tl) scintillator detector has been implemented with Geant4 toolkit. The energy spectra simulated with different crystal shape, size and wrappings are obtained. And the reliability of the simulation parameters is confirmed by comparing with the measurements. The simulation code can be used as an reliable tool for the design of scintillator detectors.     

PIPS-α谱仪探测效率蒙特卡罗模拟及其影响因素

在放射源能谱测量过程中,PIPS-谱仪探测效率的影响因素有几何因子、空气层吸收、死层吸收、本征探测效率等,为了更精确地计算放射源的活度,分析母体核素种类和浓度,探究各因素对探测效率的影响具有重要意义。使用蒙特卡罗软件模拟不同探源距、真空度下的放射源的能谱测量;使用SRIM模拟5 MeV 粒子在空气和死层中的射程及分布;使用PIPS-谱仪测量241Am,238Pu,239Pu三种标准源的实际能谱;根据实验与模拟的结果对各个因素对探测效率的影响进行分析,并计算得到谱仪对不同放射源的本征探测效率。结果表明：在PIPS-谱仪的能谱测量过程中,影响谱仪探测效率的主要因素是几何因子和本征探测效率,空气层和死层对粒子的吸收可以忽略不计;谱仪对241Am,238Pu,239Pu三种标准源的本征探测效率分别为64.84%,49.95%,51.55%。     

高分辨的弹性反冲探测分析技术

在中国原子能科学研究院HI－13串列加速器上建立了一套高分辨的弹性反冲探测分析技术,用高质量的127I重离子束轰击薄膜或块材靶样品,利用Q3D磁谱仪及其焦面探测器和纵向型双向型双电离室ΔE－E望远镜探测器两套探测系统,在前角区测量了靶中各种元素的反冲能谱,利用卢瑟福散射截离子在靶材料中的阻止本领,将能谱转换成元素的深度分布,利用Q3D磁谱仪系统,对C和H等轻元素的分析得到纳米级的深度分频谱,用ΔE－E望远镜探测器可同时得到靶材料上从轻至中重各种元素的深度分布,其深度分辨率达0－30nm。     

基于GEANT4的CsI(T1)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟,得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(T1)晶体测量γ射线的能谱.对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性.该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具.     

GEANT4 simulation of gamma ray in a double-gap resistive plate chamber

For more than 20 years nuclear physicists have used the GEANT code to simulate particle-matter interaction. In most recent version, GEANT4 is a toolkit for simulating the passage of particles though matter, which contains a complete range of functionality including tracking, geometry, physics models, and hits. In this article, an attempt to use GEANT4 to model a double-gap resistive plate chamber （RPC） with its improved efficiency is presented. The efficiencies of the double-gap RPC have been evaluated as a function of gamma energy range 0.005-1000MeV. A comparison to available previous simulation package GEANT3 data is also performed.     

面阵扫描型警戒系统目标探测方法

根据红外面阵探测器的成像特点,提出了一种面阵扫描型警戒系统,该系统的新颖之处在于面阵的旋转会带来目标探测有效像元数目的增加,并使得目标探测信噪比得到提高.描述了使用面阵探测器扫描型警戒系统的系统参数和工作过程,推导了该系统的点扩散模型,分析了目标的成像特点,重点描述和分析了针对本系统特点的目标探测算法,并介绍了其信号处理的硬件结构.实验结果表明,基于面阵探测器的红外搜索系统具有很高目标探测概率,并且能够在强杂波环境中检测弱目标.     

混合式红外焦平面阵列的进展

着重介绍锑化 (InSb)、碲镉汞(HgCdTe)、硅化铂(PtSi)等混合式红外焦平面阵列(HIRFPA)的现状和发展前景。     

非制冷红外焦平面无效像元识别与实时补偿

非制冷红外焦平面阵列(UFPA)不可避免地存在无效像元, 这对UFPA的成像效果造成了极坏的影响。为解决这一问题, 在分析并总结各种非制冷红外焦平面无效像元识别算法优缺点的基础上, 提出一种新的无效像元识别与实时补偿方法。根据像元响应特性, 采用循环迭代法以搜索最优的无效像元判别阈值, 并据此标识出无效像元的位置。在硬件实现阶段, 对于M×N的UFPA器件, 在任意采样时刻, 利用移位寄存器保存当前采样点之前的M个响应值, 使其输出可实时更新为与采样点同列的上一个数据; 同时, 利用一般的寄存器实时保存与采样点同行的前一个数据, 采用同帧行列间内插法实现无效像元的实时补偿。该算法有效地解决了无效像元识别阈值选取困难及不易实时补偿的问题。针对320×240的UFPA器件, 该算法在基于FPGA的红外图像处理系统上得以实时实现, 成功地消除了无效像元对UFPA成像效果的影响。     

焦平面阵列反光板的优化设计与制作

光学读出红外热成像系统中,焦平面阵列(FPA)反光板的初始弯曲降低了系统的光学检测灵敏度。针对FPA的设计制作,提出了两种降低其反光板初始弯曲的优化设计方案:减薄反光板上金层厚度和制作带加强筋的反光板。在理论分析的基础上,设计制作了单元尺寸为200μm的反光板金层减薄FPA,其反光板曲率半径提高至原来金层未减薄FPA的4.71倍,系统光学检测灵敏度提高了5.2倍;单元尺寸为60μm的反光板带加强筋FPA,其反光板曲率半径提高至原来没有加强筋FPA的4.29倍,系统光学检测灵敏度提高了1.18倍。实验验证了理论分析的结果。     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器技术

介绍了混成式热释电焦平面探测器的基本结构和主要制备工艺流程以及国内外研究现状。混成式热释电焦平面探测器的关键制备技术主要包括热释电材料的优选与减薄技术,铟柱倒装焊混成技术、热隔离技术和读出集成电路技术等。指出了混成式热释电焦平面探测器的发展趋势。     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

用于凝视焦平面的多视场红外光学系统

红外光学系统决定着红外系统的工作模式与工作精度,影响系统的作用距离,是红外系统的重要组成部分。多视场光学系统可以用不同的视场对同一目标进行搜索、识别、跟踪与瞄准,在军事应用领域获得了广泛的应用。光学系统的结构形式影响红外系统的成像质量、性能指标、外形尺寸、价格成本、机电复杂程度等,因此研究和选取合适的多视场光学系统结构形式显得非常重要。对目前国内外应用于凝视焦平面探测器的多视场红外光学系统结构形式,如切换变焦、光学补偿变焦、机械补偿变焦、混合变焦、双光路变焦等进行了特点分析,比较了其优点与局限性,对光学设计人员合理选用多视场光学系统结构形式具有一定的理论指导作用和意义。     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.