对γ不灵敏的PIN脉冲中子探测器

将PIN半导体制作成特殊组合结构的PIN脉冲中子探测器,利用三通道装置产生的γ脉冲和中子发生器DT反应产生的14MeV中子脉冲对探测器进行了研究.结果表明:PIN脉冲中子探测器对脉冲γ辐射不灵敏,对脉冲中子辐射的灵敏程度依赖于中子辐射转换靶,探测器的信噪比达到30∶1,是一种在中子、γ混合脉冲辐射场中测量脉冲中子的新型探测器     

用于n,γ混合场的新型脉冲中子探测器研究

新型脉冲中子探测器采用特殊工艺将两个PIN半导体组合而成.利用脉冲γ辐射研究了探测器对γ的响应；利用脉冲中子源研究了探测器对DT中了的响应，并与闪烁探测器进行了比较 .结果表明：脉冲中子探测器对脉冲γ辐射基本不灵敏，对脉冲中子辐射的灵敏程度依赖于中子辐射体，是一种用于n，γ混合脉冲辐射场中子测量的新型探测器. 关键词： 硅半导体 差分补偿 脉冲中子探测器 n γ混合场     

用于强γ环境中测量中子参数的薄膜塑料闪烁探测器

提出了在强γ环境中脉冲中子通量的薄膜闪烁体测量方法.根据其与中子、γ响应的理论计算结果,研制成功一种对γ不灵敏,用于探测快脉冲中子通量的新型探测器.该探测器由塑料薄膜闪烁体+光电探测器构成.与传统探测器相比,该探测器具有如下特点1.高中子灵敏度;2.高n/γ分辨;3.在给定能区具有平坦的能量响应.     

使康普顿探测器灵敏度能量响应相对平坦的一种方法

介质型标准康普顿探测器对1．5MeVγ的灵敏度约为0．5Mevγ辐射对应灵敏度的1．7倍，在0．5～5MeV对应能区内，能量灵敏度相对该能区的平均灵敏度的最大差异近40％，也就是说在该能量区内介质型标准康普顿探测器的灵敏度变化较大，能量响应不太平坦，如果用于近距离测量具有能谱结构的高强度γ辐射，就比较难获得不确定度小的绝对强度结果。本工作研究了康普顿探测器各构成部分的材料和尺寸对探测器输出的贡献，各种γ辐射能量下探测器的灵敏度，设计加工了灵敏度可调的康普顿探测器，在强钴源放射性源场中验证了部分研究结果。     

元素分离样品中丰中子同位素弱γ活性探测

MPGeγ探测器的γ能量信号与4πΔEβ探测器的β射线能损信号符合后再与BGO探测的β+衰变的正电子湮灭511keV γ信号作反符合组成一种新的探测系统. 该系统可使γ谱测量的康普顿本底下降约一个数量级. 对缺中子同位素衰变γ射线的探测作强抑制的同时,丰中子同位素衰变γ射线的探测仍能保持相对单谱为(46±3)%的高效率. 使用该系统对已被合成的丰中子核素²⁰⁸Hg的半寿命进行了一次新的测定. 所得新的²⁰⁸Hg半寿命测定值41.5+min,与以往用放射化学母牛法给出的结果一致,测量误差有较大改进.     

用于n、γ混合场的脉冲中子探测器研究

在瞬态的n、γ混合辐射场中，常采用飞行时间法原理，将n、γ射脉冲分开，实现对脉冲中子的探测。但在某些实验装置条件下，由于测量环境或者中子源强度等受到限制，不能采用成熟的n、γ飞行时间差甄别混合辐射场中的γ，尤其是在近距离测量中，n、γ分辨成为难题，因此，必须研究一种适合于n、γ混合辐射场的新型脉冲中子探测器。     

产生切连科夫辐射的康普顿电子在介质中的临界散射角

讨论了γ光子在同一种介质中连续产生康普顿散射和切连科夫辐射的条件。这一条件可用产生切连科夫辐射的康普顿电子在介质中的临界散射角的大小来表示。     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107Gy.s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109Gy.s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出:在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出:光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

短脉冲高剂量率γ射线源技术研究

 介绍了“强光一号”加速器产生宽度约20 ns的高剂量率脉冲γ射线的工作过程;分析了短脉冲γ射线源二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;说明了等离子体断路开关的工作特性;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则与设计参数。给出了不同短脉冲γ射线源的实验结果,得到了3种辐射参数：脉冲宽度约20 ns,辐射面积为2,30和100 cm²时,相应的辐射剂量率为10¹¹,0.7×10¹¹和10¹⁰ Gy/s。     

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%。     

基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统设计

本文设计了基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统来降低天然本底和康普顿散射对低活度放射性测量的影响。该系统选用Φ145 mm×95 mm×80 mm的NaI （Tl）环形探测器与Φ75 mm×75 mm的NaI （Tl）主探测器构成反符合探测器,采用FPGA和高速ADC同步采样主探测器脉冲信号和反符合环形探测器输出信号。在FPGA中实现了核脉冲信号采集、缓存、反符合甄别、梯形成形等相关算法。在天然本底测量实验中,数字反符合γ谱仪系统的计数率为191.80 cps,本底抑制系数为2.69;对137Cs放射源的测量实验表明,在反符合探测器端面中心处,反符合测量峰总比为0.41,能量分辨率为6.99%;在反符合探测器侧面中间部位,反符合测量峰总比为0.30,能量分辨率为7.48%。实验结果表明,基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统明显降低了天然环境本底和康普顿散射对测量的影响,适用于低活度放射性测量、现场就地放射性测量。     

能量响应平坦的康普顿探测器设计

以开展能量响应平坦的真空康普顿探测器为目的,采用厚薄材料叠加补偿设计思想,使用蒙特卡罗方法,对真空康普顿探测器的灵敏度能量响应进行了优化设计。优化的探测器系统采用0.01,1.00 mm厚Au叠加的发射极,3 mm厚Fe前窗以及3 mm挡铅。在f40 mm准直下,实现了在0.4~7.0 MeV 能区内,探测器本征灵敏度极值变化小于10.7%。该能量响应平坦性优于当前各种常见的探测器。     

Gamma-ray direct observations from space

Summary This paper is devoted to problems of gamma-ray astronomy in the energy range <10¹¹ eV. Measurements of spectra and fluxes in this energy range are carried out by means of direct observations from space. Most of the discussed results have been performed with the four telescopes of the Compton Gamma-Ray Observatory. The main topics of the paper are: diffuse galactic gamma-ray emission, point-like galactic gamma-ray sources, gamma-ray line emission, gamma-ray bursts and active galactic nuclei. Rapporteur talk given at the XXIV International Cosmic-Ray Conference, Rome, August 28–September, 8, 1995.     

康普顿探测器优化设计

康普顿探测器可以获得脉冲X射线照射量随时间变化的波形,探测器特性主要由收集体、介质和金属外壳的材料、尺寸决定。针对神龙一号加速器产生的X射线的能谱结构,应用蒙特卡罗模拟方法,进行探测器结构尺寸设计,获得最佳的有机玻璃介质厚度为30 mm。探测器灵敏度系数随X光能量变化的曲线表明其能量响应较差,分析与计算结果表明在收集体前加低Z金属可有效改善能量响应特性并提高灵敏度系数。计算得到用于测量神龙一号加速器的X射线照射量的康普顿探测器的灵敏度系数为6.86×1011(C/kg)-1。     

紧凑型单能伽马射线源

基于高亮度电子束与超短强激光相互作用的逆康普顿散射X/γ射线源具有单色性好、能量可调、偏振可控等特点,在核安全及核安保领域具有广泛的应用前景。清华大学将研制国际上首套能量达MeV的紧凑准单能伽马源装置并开展包括先进辐射成像、基于核共振荧光的物质分析检测等应用工作。给出该光源设计方案,以及针对其关键性能指标进行的优化及光源最终性能指标。目前已完成光源的设计,正在进行部件的加工采购,预计将于2023年启动装置的安装调试工作,于2025年完成项目的调试和验收。     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明:该型检波器具有承受微波脉冲功率高(大于7kW)、响应快(响应时间小于2.0ns)、动态范围大、输出信号幅度高(可达数十V)、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

SiC基中子探测器对热中子的响应

以SiC二极管和中子转换材料6LiF为基础,研制了SiC基中子探测器,并用241Am源与临界装置分别研究了SiC基中子探测器的粒子响应、热中子响应。结果表明:SiC基中子探测器能够满足241Am源粒子的计数测量,但由于SiC二极管灵敏区薄,故不能用于5.48 MeV的粒子能谱测量;SiC基中子探测器对热中子响应良好,不同功率下,脉冲幅度谱中可清晰看到由6Li(n,)3H的反应产物粒子、3H粒子形成的双峰;脉冲幅度甄别法可将射线及电子学噪声甄别掉;在直接测量与符合测量中,SiC基中子探测器的计数率均与临界装置功率成线性关系,且直接测量的线性度比符合测量的线性度好,最好可达0.999 97。研究表明:降低肖特基接触金属的厚度、增加其外延层厚度、提高其外延层品质,可将SiC二极管用于带电粒子能谱测量。     

真空二极管辐射微波的机理分析

在研究真空开关的过程中,发现真空二极管能辐射出宽带微波.这种器件只由带触发装置的阴极和平板阳极组成,不存在金属波纹慢波结构,所以真空二极管的辐射机理与等离子体填充微波器件不同,不能直接套用等离子体填充微波器件的相关理论.本文描述了真空二极管产生辐射的物理过程,建立了真空二极管辐射的数学模型,通过求解波动方程得到产生辐射的色散关系,并绘制出了色散曲线.将理论分析得到的色散曲线与已经测得的微波辐射进行比较,两者能很好地符合.理论分析和实验结果表明,电子束和磁化等离子体的相互作用是真空二极管产生微波辐射的原因.     

Development of FPGA-based digital signal processing system for radiation spectroscopy

We have developed an FPGA-based digital signal processing system that performs both online digital signal filtering and pulse-shape analysis for both particle and gamma-ray spectroscopy. Such functionalities were made possible by a state-of-the-art programmable logic device and system architectures employed. The system performance as measured, for example, in the system dead time and accuracy for pulse-height and rise-time determination, was evaluated with standard alpha- and gamma-ray sources using a CsI(Tl) scintillation detector. It is resulted that the present system has shown its potential application to various radiation-related fields such as particle identification, radiography, and radiation imaging.     

Capabilities of the Gamma-400 Gamma-ray Telescope for Observation of Electrons and Positrons in the TeV Energy Range

The space-based GAMMA-400 gamma-ray telescope will measure the fluxes of gamma rays in the energy range from ∼20 MeV to several TeV and cosmic-ray electrons and positrons in the energy range from several GeV to several TeV to investigate the origin of gamma-ray sources, sources and propagation of the Galactic cosmic rays and signatures of dark matter. The instrument consists of an anticoincidence system, a converter-tracker (thickness one radiation length, 1 X₀), a time-of-flight system, an imaging calorimeter (2 X₀) with tracker, a top shower scintillator detector, an electromagnetic calorimeter from CsI(Tl) crystals (16 X₀) with four lateral scintillation detectors and a bottom shower scintillator detector. In this paper, the capability of the GAMMA-400 gamma-ray telescope for electron and positron measurements is analyzed. The bulk of cosmic rays are protons, whereas the contribution of the leptonic component to the total flux is ∼10⁻³ at high energy. The special methods for Monte Carlo simulations are proposed to distinguish electrons and positrons from proton background in the GAMMA-400 gamma-ray telescope. The contribution to the proton rejection from each detector system of the instrument is studied separately. The use of the combined information from all detectors allows us to reach a proton rejection of up to ∼1 × 10⁴.