φ76mm×100mm BGO探测器性能研究

根据中能重离子核反应实验中测量较高能量γ光子的需要,利用国内条件试制了一台大圆柱BGO探测器.本文报道了晶体的包装与相对光输出以及探测器的能量与时间分辨性能,比较了不同光电倍增管对探测器性能的影响,分析了在有关实验中采用这种探测器的可行性.     

高性能PIN-硅探测器的研制及其在高能放射性核束实验中的应用测试

鉴于国内核物理实验对高性能硅探测器有大量需求,而国外对中国进行技术封锁,满足实验需求的高性能探测器不易获得.中国科学院近代物理研究所在原有制备工艺基础上首次采用套刻技术,有效减少了光刻及腐蚀过程造成的Si O2沾污,大幅提高了探测器性能和成品率.本文对采用该工艺研制的300μm厚,有效面积50 mm×50 mm硅探测器进行电学性能测试和在束探测性能测试.探测器在–45 V耗尽电压下,其漏电流小于40 n A,对5 Me V左右的a粒子的能量分辨(σ)约为45 ke V.将该探测器作为能量沉积(ΔE)探测器,利用250 Me V/u的¹¹C放射性束流及其在次级碳靶上的反应产物对探测器进行了探测性能测试.测试结果显示,该探测器对于C元素的电荷数Z的分辨为0.17,与文献中记录的国外生产的同类型探测器的实验数据(Z分辨0.19)相当,可以满足中高能放射性束实验对轻质量区粒子鉴别的要求.     

Si-PIN与CdTe探测器应用于X射线荧光能谱测量的研究

半导体探测器具有优异的性能因而被广泛应用于能量色散X射线荧光测量,以传统型Si-PIN半导体探测器与复合型CdTe半导体探测器为研究对象,分别从材料属性、探测效率、能量分辨率等方面对两种探测器进行对比,重点分析探测器灵敏区厚度、入射X射线能量、后级电路成型时间等因素对其性能的影响,并对由逃逸峰、空穴拖尾效应所导致的X射线荧光能谱的差异进行分析;同时,针对探测器空穴收集不完全的问题,基于FPGA设计了带有上升时间甄别功能的数字多道脉冲幅度分析器,能够有效消除空穴拖尾的影响,提高能量分辨率。从实验结果可知:对能量低于15keV的射线,Si-PIN与CdTe探测器的探测效率基本相当;对能量大于15keV的射线,CdTe探测器的的探测效率明显占优;Si-PIN探测器的最佳成形时间约为10μs,CdTe探测器的最佳成形时间约为2.6μs,因而CdTe探测器更适用于高计数率条件;对于不同能量的X射线,Si-PIN探测器的能量分辨率优于CdTe探测器;CdTe探测器具有明显的空穴拖尾效应,将CdTe探测器与带上升时间甄别功能的数字多道脉冲幅度分析器配合使用,其能量分辨率显著提高。     

叠层碲锌镉探测器制备及γ能谱特性测试

实验制备了单层和叠层(双层)碲锌镉探测器,并利用241Am@59.54 keV和57Co@122 keV γ射线源测试了其γ能谱特性。相比单层探测器,对于较高能量的57Co@122 keV γ射线,叠层碲锌镉探测器表现出较高的探测效率和光峰值效率,较好地改善了康普顿连续统一体,表现出与整块等厚度碲锌镉探测器类似的性能;但光生载流子收集效率变差,能谱峰位向低道区偏移;能量分辨率未得到改善。实验初步表明,通过叠加方法制备叠层碲锌镉探测器是可行的,并可推断制备更大厚度的叠层探测器将有利于中高能γ射线能谱测量。     

三级GEM气体探测器性能的实验研究

GEM探测器是一种新型微型气体探测器(Micro-Pattern Gas Detector), 在粒子物理实验及低能X射线成像系统中有着较大的应用前景. 文章研制了一种适用于低能X射线成像和带电粒子径迹测量的三级GEM气体探测器. 使用放射源⁵⁵Fe对其气体放大特性、电荷传输效率及能量分辨本领等性能进行了实验研究, 重点研究了传输区电场对气体有效增益和能量分辨本领的影响. 实验结果表明, 三级GEM探测器的暗电流和噪声较小, 有效增益能够达到10⁵以上并稳定地工作, 对5.9keV的X射线能量分辨率可达24%, 传输区电场强度大于3000V/(cm.atm)时, 能量分辨率基本稳定在30%左右.     

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。     

CEE-TPC中GEM读出探测器传输性能实验研究

气体电子倍增器(GEM)因其具有较好的位置分辨以及各项同性的二维结构等优点,近年来受到了广泛的关注,在HIRFL-CSR上正在建设的低温高密核物质测量谱仪(CEE)也计划使用GEM作为TPC的读出探测器。不同电场条件下GEM探测器的传输特性对探测器的有效增益及能量分辨有较大影响。文中研究了单层GEM探测器中漂移区电场及感应区电场对探测器传输特性的影响;随后研究了双层GEM探测器的电压分配及传输区电场对探测器电荷传输性能的影响。结果表明,在单层及多层GEM探测器中,漂移区电场、传输区电场及感应区电场主要通过改变电子透过率和GEM雪崩电场强度及分布影响探测器的电荷传输性能,进而影响探测器的有效增益及能量分辨。以上实验结果表明GEM探测器是CEE-TPC读出探测器的理想选择,同时测试结果也为TPC中多层级联GEM工作点的选择提供了参考依据。     

暗物质寻找实验中CsI（T1）晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中,采用了CsI（T1）晶体反符合探测器作为主动屏蔽体.本工作对CsI（T1）晶体反符合探测器的实验性能进行了研究.通过FADC系统记录的脉冲波形数据,研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力;研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数;为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响,利用低本底HPGe探测器对CsI（T1）晶体内部的放射性进行了测量,得到晶体内部Cs同位素的放射性活度.探测器系统进行了约18d的试运行取数.实验数据表明,CsI（T1）晶体探测器的反符合效率约为31%,HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd.为了进行暗物质探测研究,需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

暗物质寻找实验中CsI(Tl)晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中, 采用了CsI(Tl)晶体反符合探测器作为主动屏蔽体. 本工作对CsI(Tl)晶体反符合探测器的实验性能进行了研究. 通过FADC系统记录的脉冲波形数据, 研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力; 研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数; 为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响, 利用低本底HPGe探测器对CsI(Tl)晶体内部的放射性进行了测量, 得到晶体内部Cs同位素的放射性活度. 探测器系统进行了约18d的试运行取数. 实验数据表明, CsI(Tl)晶体探测器的反符合效率约为31% HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd. 为了进行暗物质探测研究, 需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

基于4H-SiC的高能量分辨率α粒子探测器北大核心CSCD

为突破传统半导体核探测器耐高温与抗辐照性能不足的瓶颈,采用4H-SiC宽禁带半导体材料研制了4H-SiC探测器,并研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率和能量线性度。所研制4H-SiC探测器漏电流低,当外加反向偏压为200V时,其漏电流仅14.92nA/cm2。采用具有5种主要能量α粒子的226 Ra源研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率,获得4H-SiC探测系统对4.8~7.7 MeV能量范围内α粒子的能量分辨率为0.61%~0.90%,与国际上报道的高分辨4H-SiC探测系统能量分辨率一致。同时,实验结果表明：4H-SiC探测系统对该能量范围内α粒子的能量线性度十分优异,线性相关系数为0.999 99。     

基于X射线光子计数探测技术的材料K-edge特性识别实验研究

X射线光子计数探测器是多能谱CT成像技术的核心,其通过能量阈值可以选择记录不同能量的X射线光子,有助于分析不同材质的物理特性。利用搭建的基于光子计数探测器的多能谱CT系统,开展高纯度金属材料K-edge特性识别实验研究。通过设置探测器的不同能量阈值,在不同能量范围获取金属材料投影图像,利用投影图像灰度信息分析不同能量X射线的衰减特性,以识别金属材料K-edge特性。最终实验结果表明,基于光子计数探测器的X射线能谱CT系统,能够识别金属材料与特定能量X射线光子发生相互作用所表现出的K-edge特性。通过计算K-edge特征峰能量阈值与材料K-edge理论能量值之间的线性对应关系,对光子计数探测器的能量阈值进行了标定。     

基于4H-SiC的高能量分辨率α粒子探测器

为突破传统半导体核探测器耐高温与抗辐照性能不足的瓶颈,采用4H-SiC宽禁带半导体材料研制了4H-SiC探测器,并研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率和能量线性度。所研制4H-SiC探测器漏电流低,当外加反向偏压为200V时,其漏电流仅14.92nA/cm2。采用具有5种主要能量α粒子的226 Ra源研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率,获得4H-SiC探测系统对4.8~7.7 MeV能量范围内α粒子的能量分辨率为0.61%~0.90%,与国际上报道的高分辨4H-SiC探测系统能量分辨率一致。同时,实验结果表明:4H-SiC探测系统对该能量范围内α粒子的能量线性度十分优异,线性相关系数为0.999 99。     

基于蒙特卡罗方法的NaI探测器效率刻度及其测量轫致辐射实验

为了将NaI探测器更好地应用到轫致辐射谱测量工作中,对一套NaI探测器做了研究:利用~(137)Cs,~(60)Co等同位素γ源,结合蒙特卡罗方法,得到全能峰效率的模拟值与实验测量值符合得较好;利用蒙特卡罗N粒子编码模拟NaI对不同能量光子的响应,得到了该探测器对光子的能量响应,并将获得的能量响应用于轫致辐射的解谱工作,解谱结果与原始谱符合得很好;将该探测器应用到强流电子束打靶轫致辐射测量实验中,对轫致辐射在NaI探测器中的响应做了初步测量.     

二维位置灵敏硅探测器的应用研究

对二维位置灵敏硅探测器进行了239Puα源刻度测试,并在弹性散射实验中使用了二维位置灵敏硅探测器.考察了两种定位方法在实验中与测试中的一致性.测量了二维位置灵敏硅探测器的能量分辨率、位置分辨率和位置畸变.对位置畸变进行了定性理论解释.     

TEXONO低能中微子实验中的CsI(T1)晶体探测器

TEXONO合作组首次采用CsI(T1)晶体测量反应堆中微子的能量、通量和反常磁矩,描述了实验的基本原理,探测器结构及其性能.     

高增益型气体电子倍增微网结构探测器的性能研究

随着微结构气体探测器的不断发展, 不同的探测需求相继提出.为了实现气体探测器在高增益和低打火率的条件下长时间稳定工作, 结合气体电子倍增器(GEM)与微网结构气体探测器(MicroMegas)的探测优势, 成功研制出一种基于GEM作为预放大的MicroMegas探测器, 详细介绍了探测器结构和工作原理, 并利用⁵⁵Fe放射源对探测器增益、打火率、能量分辨和工作稳定性等性能进行了实验测量. 分析结果显示GEM-MicroMegas探测器可以连续工作30 h 以上, 探测器增益可以超过10⁶, 相对于无GEM膜的MicroMegas探测器, 相同增益下打火率可以降低近100倍. 关键词： 微网结构气体探测器 能量分辨率 增益 打火率     

高温超导3mm波成像技术研究

为了探讨高温超导探测器的应用前景 ,研制了 1 2元线列高温超导探测器和成像原理样机。1 2元高温超导探测器的黑体平均 D*≥ 1 .8× 1 0 9cm Hz1/ 2 W- 1,平均 R≥ 1 .9× 1 0 4 VW- 1和 3mm辐射响应平均 D* ≥ 7.5× 1 0 8cm Hz1/ 2 W- 1,平均 R≥ 1 .6× 1 0 4 VW- 1。采用能量探测器代替外差混频器件研制的成像系统对 3mm辐射成像获得成功 ,预示高温超导探测器 (Bolometer)在 3mm波可得到广泛应用。     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

ALICE实验中光子谱仪的触发选判机制的模拟研究

对ALICE实验光子谱仪的触发选判机制进行了模拟研究, 内容包括: 1) 对光子谱仪的能量重建性能进行了研究, 通过计算机模拟检验光子谱仪探测器对大横动量范围的入射粒子的能量重建性能; 2) 对光子谱仪探测器的事件触发效率进行了研究, 通过计算机模拟分析触发阈值的选取并计算触发效率; 3) 对光子谱仪探测器的事件触发频率进行了研究, 通过计算机模拟对p-p和Pb-Pb两种碰撞模式下的触发频率分别进行了估算和讨论.     

掺钆液闪中子探测器的研制

中子在探测器中能产生与暗物质粒子(WIMPs)类似的核反冲信号,对于低背景的暗物质直接探测实验,精确测量和排除中子的干扰尤其重要。为测量中国锦屏地下实验室(CJPL)中子本底的通量,研制了高效的、具有很强"中子-伽马"分辨的掺钆液闪快中子探测器。介绍了掺钆液闪中子探测器的研制和性能,包括探测器形状和尺寸的设计,液体闪烁体类型、光电倍增管型号以及液闪容器材料的选择,探测器的伽马能量刻度以及中子与伽马信号的甄别。用Am-Be中子源对探测器进行探测效率刻度,得到阈值为0.2 MeV等效电子能量的中子探测效率为(6.30±0.30)%,满足中国锦屏地下实验室对中子通量测量的要求。