用于激光等离子体中X射线测量的单光子计数型CCD的标定

 介绍了单光子计数型CCD的工作原理。实验选择参数准确的X射线放射源前向辐照CCD的像元面,计数由此产生;通过积分获得X射线的强度分布,在CCD处于单光子计数状态下,扣除本底信号,得到该型CCD产生一个计数所需的光子能量,约6.453 eV。标定了该型CCD的探测效率。结果表明：在单光子计数型CCD的有效能区内,对于不同能量的入射光子,其探测效率不同,在5.3 keV处获得最高探测效率66％;随着能量的增大,探测效率降低。标定结果可为激光等离子体研究中定量测量X射线光谱提供实验参考。     

单光子计数型CCD的蒙特卡罗模拟

建立了适用于研究PI-LCX:1300型单光子计数型CCD量子效率及多像素事件的蒙特卡罗模拟模型,采用蒙特卡罗程序Geant4对0.5~30.0 keV能量区间的X射线在CCD芯片中的输运进行了模拟研究。研究了X射线在CCD芯片中的能量沉积谱,给出了CCD探测X射线的效率曲线,其结果与厂家提供的效率曲线一致。研究了Si片厚度对探测效率的影响,结果表明在有效探测范围内,Si片越厚探测效率越高,而对较高能量的X射线,此趋势不明显。研究了能量沉积分布在多个像素中的问题,结果表明周围像素中的能量沉积主要由中心像素的特征X射线及瑞利散射X射线所贡献,在5~30 keV之间X射线能量越高,能量沉积效率越低,多像素污染效果越弱。     

单光子超导探测器

 电荷耦合器件CCD已经成为天文学中经常使用的光学探测器,它对光子有很好的线性响应,在某些波长范围内非常有效.但是随着波长的减小,其探测效率越来越低,并且缺少本征频率和时间分辨率.在半导体CCD探测器中,光子的能量和激发态能量相当,因此不可能探测单个光子,也得不到光谱信息.     

成像法测量脉冲激光远场能量密度的模型及不确定度分析

 设计了基于漫反射成像法测量脉冲激光远场能量分布的方案,在相机标定的基础上建立了CCD图像灰度值与漫反射板上脉冲激光能量密度对应关系的数学模型,该模型考虑了漫反射板的漫反射率和CCD像元响应度的空间不一致性,并对不同测量位置的离轴角的影响进行了修正。分析表明:CCD灰度值、镜头透过率、漫反射率和CCD响应度的不确定度传播系数为1,镜头光圈数的不确定度传播系数为2,镜头焦距的不确定传播系数随离轴角增大而增大,成像中心像素坐标的不确定度传播系数在图像顶点处最大。针对相机标定实验中发现的利用Tsai单视角共面点标定相机得到的镜头焦距与实际存在较大偏差问题,指出对于定焦镜头,应该采用其它离线方法进行准确标定;对于变焦镜头,可采用单视角非共面点或多视角共面点进行在线标定。     

天文观察用超软X射线探测器的标定

在北京同步辐射装置3W1B光束线上,对天文观测用超软X射线(0.2keV—3.5keV)正比计数管探测器进行了系统地标定.得到了正比计数管的死时间、计数率坪曲线、能量线性、能量分辨、窗材料透过比曲线;借助于已标定过的光电二极管探测器,测量了正比管探测器的能量响应效率,标定不确定度在10%—18%之间.另外,还对正比管系统在卫星上的六道记录和在实验室里的多道记录进行了对比,两种记录方式符合得很好.     

天文观察用超软X射线探测器的标定

在北京同步辐射装置3WlB光束线上,对天文观测用超软X射线(0.2keV-3．5keV)正比计数管探测器进行了系统地标定．得到了正比计数管的死时间、计数率坪曲线、能量线性、能量分辨、窗材料透过比曲线;借助于已标定过的光电二极管探测器,测量了正比管探到器的能量响应效率,标定不确定度在10％一18％之间．另外,还对正比管系统在卫星上的六道记录和在实验室里的多道记录进行了对比,两种记录方式符合得很好．     

软X光能谱仪探测元件响应曲线标定

报道了软X光能谱仪探测元件的能量响应曲线标定工作.实验利用北京同步辐射装置–3W1B束线及反射率计靶室,在束流40—80mA、贮存环电子能量2.2GeV专用光运行模式下,在150—1500eV能区的四个能段,做了铝阴极X射线二极管、滤光片及掠入射平面反射镜能量响应标定实验.通过实验数据比对及分析,最终给出X射线二极管在不同能量段最大可能的测量误差范围.     

软X射线能谱定量测量技术研究

采用每毫米1000线的自支撑透射光栅配上背照射软X射线CCD(charge coupled device)组成了透射光栅谱仪,利用北京同步辐射装置(BSRF)3W1B光束线软X射线实验站上X射线源分别对透射光栅的衍射效率和软X射线CCD的响应灵敏度进行了准确的实验标定,获得了150eV到1500eV能区的绝对衍射效率和响应灵敏度的实验结果;同时在国内外研究工作的基础上,发展了自己的透射光栅衍射效率理论计算模型和X射线CCD响应灵敏度计算模型,开展了相应的理论计算和实验标定结果比对工作,理论和实验符合较好,     

光子计数型CCD测量激光等离子体X射线

 介绍了光子计数型电荷耦合器件(CCD)的工作原理,标定了2.0~30 keV的探测效率。在超强超短激光等离子体相互作用中,实验用靶为复合靶,分别用Cu＋Mo和Al+Cu制作。第1层靶是Cu或Al物质作为电子示踪材料,第2层靶是Mo或Cu物质作为荧光材料,利用光子计数型CCD测量了Mo和Cu的X射线能谱, 同时得到CCD的能量分辨率大于37。该CCD可用于激光等离子体低通量高能X射线测量实验。     

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。     

高灵敏度区域中子监测仪探测效率曲线模拟

中子监测仪对不同能量中子的探测效率是其重要的性能指标,直接影响其测量值的可信度与使用效果。针对中国科学院高能物理研究所生产的高灵敏度区域中子监测仪（HANM型）,利用蒙特卡罗软件模拟其探测效率曲线,模拟结果表明该仪器探测效率随能量增加,先上升后下降,其探测效率最高值在1 MeV附近。通过改变模拟条件中的射线入射方向,对比探测效率曲线趋势变化,验证该型仪器的探测效率曲线趋势的可靠性。在此基础上,分别利用D-D,D-T加速器产生2.5 MeV和14 MeV单能中子,对探测效率曲线进行校准与验证,最终获得此型仪器的探测效率曲线。     

Lucy-Richardson迭代解谱在X射线荧光分析的应用

硬X射线调制望远镜是我国第一颗X射线天文卫星,其载荷低能X射线望远镜采用了SCD型探测器CCD236,主要对能量在0.7～13.0 keV的软X射线光子进行观测。卫星发射前,需要对探测器进行详细的性能标定,其中包括能量响应矩阵的标定。能量响应矩阵是能谱分析的关键。CCD236探测器输出能谱并不是观测光源的真实发射谱,而是发射谱与探测器能量响应矩阵的卷积结果。一般可以通过直接反卷积的方法还原光源的真实能谱。解谱过程可以看作是一维成像问题,利用能量响应矩阵与输出能谱进行反卷积解谱。常用的反卷积算法为Lucy-Richardson迭代算法,其利用条件几率的贝氏定理反复进行运算,进而对输出能谱进行反解,得到观测光源的真实发射能谱。通过能量响应矩阵对CCD236探测器的55Fe测量能谱进行解谱。经过解谱,能谱的能量分辨从144.3 eV提升到了65.6 eV@5.9 keV,连续谱成分被明显地抑制,提高了能谱的峰背比。反解能谱由两个半峰全宽很小的（<70.0 eV）高斯峰组成,两成分的强度比为8.4,能够很好地表征真实发射谱的结构。利用这种方法可对材料X射线荧光谱进行解谱,还原材料的荧光谱,提高能谱的能量分辨。反解结果中主要元素各类荧光线通过解谱彼此独立,能谱峰背比很高,可以很好地用于X射线荧光分析中,提高荧光谱的质量。     

电荷耦合器件光电响应特性标定研究

 电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法——小孔衍射方法：即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰度输出标定其响应特性。介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析。     

同步辐射应用于软X射线探测器的标定

介绍同步辐射(SR)在惯性约束聚变(ICF)研究中的应用.北京同步辐射光源(BSRF)在专用光运行模式下,束流强度35—110mA,贮存环电子能量2GeV.标定前,首先采用1000PL/mm透射光栅作色散元件,对光源进行单色性研究,用面阵软X光CCD对光斑进行均匀性研究.在3W1B束线上,可用能区50—1550eV,通过不同材料前置滤片抑制高次谐波,获得单色性好于95%的单色光.几年来,对十余种ICF实验诊断用软X光探测元器件及设备进行了能量响应绝对标定.大量实验标定数据被用于ICF实验诊断,提高了ICF实验数据的精度     

基于蒙特卡罗方法的全身计数器设计研究

全身计数器用于对人体内照射污染的监测,对最小探测活度(MDA)有较高的要求。为使全身计数器具备较好的灵敏度,需要降低本底辐射和提高射线探测效率。基于MCNP5模拟了全身计数器中NaI探测器在不同几何位置时的能量响应,对探测器位置及准直器角度进行研究,同时对不同厚度的屏蔽结构进行了仿真计算分析。研究表明,当屏蔽钢板厚度为14.9 cm时,能够较大程度地降低本底辐射。在源探结构上探测腔准直器角度在26以上,探测器与体模的距离为20 cm时,能够得到理想的能谱响应和探测效率。     

硬X射线调制望远镜低能探测器量子效率标定

低能X射线望远镜是硬X射线调制望远镜卫星的主要载荷之一,探测器采用CCD236.探测器的量子效率会影响能谱拟合和绝对流量,有必要对其进行标定.利用~(55)Fe放射源,以硅漂移探测器为标准探测器,标定了CCD236在Mn-K_α(5.899 keV)和Mn-K_β(6.497 keV)能量点处的量子效率,此能段在Fe线附近,对X射线天文观测有重要价值.考虑探测器的分裂事例后,Mn-K_α和Mn-K_β处的量子效率分别为71%和62%.在-95—-30?C工作温度范围内,CCD量子效率与温度无关.利用CCD236的结构及实测的量子效率,不考虑沟阻影响,得到耗尽层厚度为38μm.对CCD236施加不同的电压,其量子效率基本不变,表明其在两相驱动下高低电平的耗尽层厚度相等,进而说明CCD236一直工作在深耗尽状态,其耗尽层到了外延层和衬底层边界,已达最大值.     

基于CCD成像的侧向散射激光雷达几何标定方法

通过分析CCD成像特点,设计了侧向散射激光雷达几何标定实验,得到CCD各像元的角宽度,并确定了CCD像元与散射光位置之间的对应关系.对两次实验中采集的回波信号进行标定,并分别与POM02进行相函数比对、与后向散射激光雷达进行探测信号比对,结果表明:相函数廓线和POM02测量结果相吻合;侧向散射激光雷达信号与后向散射雷达的距离修正信号在650m以上的变化趋势一致.侧向散射激光雷达弥补了后向散射激光雷达在近地面段不能探测气溶胶的不足,该标定方法可靠,为进一步利用侧向散射激光雷达研究近地面气溶胶的时空分布奠定了坚实的基础.     

不同能量质子辐照诱发CCD图像传感器性能退化实验与分析

为了评估电荷耦合器件(CCD)在空间科学探测以及航天卫星成像等空间辐射环境中应用的可靠性,揭示了CCD转换增益以及线性饱和输出等重要性能参数的退化机制及其实验规律。辐照实验在质子回旋加速器上进行,质子能量为60 MeV和100 MeV,质子注量分别为1×10¹⁰ cm^-2、5×10¹⁰ cm^-2和1×10¹¹ cm^-2。将CCD的主要性能参数在两个不同能量质子辐照后进行比较,实验结果表明,CCD的性能参数对质子辐照产生的电离损伤和位移损伤非常敏感,辐照后转换增益和线性饱和输出明显下降,且暗信号尖峰和暗电流明显增大。此外,分析了质子辐照CCD诱发的电离损伤和位移损伤,给出了CCD性能参数退化与质子辐照能量和注量的变化关系曲线。     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

激光束阵列探测器标定方法

在大光斑高能激光光强时空分布参数测试方法中，阵列探测器测试法是一种较好的方法。它能测量出激光束的总能量和强度时空分布。阵列探测器主要由探头、数据采集系统和软件处理系统等三部分组成。探头采用高吸收材料制作，其表面按一定规律分布着多个独立探测单元，能同时测量高能激光束的能量及其空间分布。系统不可避免地存在测量误差，为消除系统误差，需要对系统进行标定，包括能量系数标定和探测单元的响应系数标定等。