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。     

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°.     

HPGe 探测器晶体尺寸及效率的研究

采用蒙特卡罗方法模拟计算光子的探测效率需对高纯锗( HPGe ) 探测器进行准确的建模。模拟计算研究了HPGe 晶体长度对探测效率的影响,并在空间不同的测量位置对放射源进行测量,将模拟计算与实验测量相结合,对探测器晶体的尺寸进行调整,获得了HPGe 探测器晶体的模拟计算的准确尺寸,并在122s1 332 keV 能量范围内对模拟结果进行了验证。结果表明,在此能量范围内HPGe 探测器的探测效率的模拟计算值与实验测量值的相对偏差大多数在5% 内,并建立点源探测效率与探测器轴向距离的关系。The accurate shape of HPGe detector is needed in order to calculate its detection efficiency with Monte Carlo methods. In our calculation, the influence of the HPGe crystal size on efficiency has been investigated; the final crystal sizes were determined by comparison with experiments and were validated by the experimental efficiency obtained at several source-to-detector positions. The results show that when the crystal dimensions determined are used to calculate the detection efficiency in the energy range 122s1 332 keV, the relative deviations between simulated and most experimental results were within 5%. In addition, the relationship between detection efficiency and axial distance to detector was established.     

BGO高能γ探测器性能测定与效率模拟

实验测定了两套新制作的φ75×100 BGO高能γ探测器的能量分辨与时间分辨,根据BGO晶体中Ge的热中子俘获所释放的2条高能γ射线对γ能谱作能量刻度.模拟计算了4—30MeV能量区间BGOγ探测器的全能峰效率、单逃逸率与双逃逸率,计算了入射γ光子在0—30MeV区间均匀分布时BGO探测器的实际计数响应与计数效率随γ光子能量的变化,分析了γ光子在探测介质中的能损向下延展造成的能谱扭曲.     

CsI(Tl)晶体中反冲Cs和I核Quenching?Factor的测量

许多实验对用CsI(Tl)闪烁晶体作为探测器来寻找和探测暗物质的可行性进行了研究.本工作利用8MeV单能中子轰击CsI(Tl)晶体探测器来研究Cs核和I核的QuenchingFactor.在数据处理中,运用脉冲形状甄别(PSD)方法来分辨反冲核信号和本底信号.实验结果表明,在7keV到132keV的能区中,Quench ingFactor随着反冲核能量的减少而增加.在探测暗物质的实验中,这一性质对于CsI(Tl)晶体探测器获得较低的能量阈值是很有利的.     

高纯锗探测器实验的可视化数据分析系统

高纯锗(high-purity germanium, HPGe)探测器是γ放射性分析的重要设备之一。HPGe探测器实验对于核学科人才培养至关重要。基于兰州大学核科学与技术学院HPGe探测器本科生实验教学需求，开发了基于LabVIEW的可视化数据分析系统。系统以可视化的编程方式完成HPGe探测器的效率刻度和能量刻度，能够实现对实验数据的分析与处理及实验结果的可视化输出，具有活度测量和未知源判断两种功能。系统界面清晰简洁、操作方便，丰富了实验教学模式，有助于激发学生的学习兴趣，提升实验课堂教学效果。同时，该系统在中子活化分析、核素分析、环境辐射监测等方面也具有一定的应用价值。     

X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种基于CsI(Tl)闪烁晶体和面阵CCD器件、采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输、以扇形束线阵扫描方式实现对X光高分辨探测的方案。CsI(Tl)晶体的尺寸大小将直接影响到晶体的发光效率及X光的高分辨探测,据此开展了蒙特卡罗模拟研究。模拟研究了X射线能量、X射线源到探测晶体的距离(源距)、CsI(Tl)晶体的厚度与X射线能量分布、全能峰效率与CsI(Tl)闪烁晶体转换效率之间的关系。结果表明,当X射线能量为120~450 keV,CsI(Tl)晶体尺寸厚度为0~1.5 cm变化时,全能峰效率的变化范围为31.34~96.74%,CsI(Tl)闪烁晶体的转换效率的变化范围为12.8~97.43%。可见,X射线的能量及CsI(Tl)闪烁晶体尺寸的厚度,是决定X光高分辨探测的重要参量,这对优化X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的尺寸设计具有一定的参考价值。     

CsI（TI）晶体中反冲Cs和I核Quenching Factor的测量

许多实验对用CsI(Tl)闪烁晶体作为探测器来寻找和探测暗物质的可行性进行了研究。本工作利用8MeV单能中子轰击CsI(Tl)晶体探测器来研究Cs核和I核的Quenching Factor。在数据处理中，运用脉冲形状甄别（PSD）方法来分辨反冲核信号和本底信号。实验结果表明，在7keV到132keV的能区中，Quenching Factor随着反冲核能量的减少而增加。在探测暗物质的实验中，这一性质对于CsI(Tl)晶体探测器获得较低的能量阈值是很有利的。     

植物研究用γ射线成像系统设计（英文）

为了利用正电子发射断层成像技术在植物生理功能研究中的优势,正在开发由两个探测器相向放置构成的γ射线成像系统.系统中采用的探测器是由10×10的氧正硅酸镥(LSO)晶体阵列与滨松R5900-C12耦合组成.单个LSO尺寸为1.8mm×1.8mm×10mm.根据PET应的特点,测试了该探测器的性能.所有闪烁晶体的图像在位置图谱中清楚可见;511keV全能峰处的能量分辨率位于14.5%-22%之间;符合时间分辨率随着位置灵敏光电倍增管的供给电压的增加而得到改善.这些实验结果表明,该LSO探测器适于构造高分辨率的双探测器成像系统.     

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.     

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.     

一种新型keV波段超高分辨光栅光谱仪设计

在0.6～1.5 keV光子能量范围内设计了一种新型光栅光谱仪结构,该结构的光学系统包含前置凸柱面镜和凹柱面变线距光栅。针对子午尺寸为30μm(均方根值)的高斯光源和10 m的上游初始物距,该结构实现了33000～70000的分辨能力。该光谱仪可用于诊断软X射线自由电子激光的辐射光谱,其超高光谱分辨能力可以很好地测量自发辐射放大模式的光谱分布和细节。通过对该光谱仪系统中的光学像差进行详细分析和优化,在探测器平面上实现了覆盖整个能量范围的优质平场;将机器学习算法支持向量机引入到系统参数的设计中进行寻优,实现了最佳的分辨性能;将一面弧矢聚焦柱面镜添加到光谱仪光路中,用以减小光谱成像中的像散问题,实现了光谱光强度和探测效率的提升。     

206At的[πh1/2νi-113/2]10-同质异能态研究

利用能量为60-80MeV的12C束流,通过197Au(12C,3n) 206 At反应研究了206At核的高自旋能级结构. 用7台BGO(AC)HPGe探测器和一台用于探测低能γ射线的平面型HPGe探测器进行了γ射线的激发函数、γ-γ-t符合及γ射线的角分布测量. 基于这些测量,首次建立了包括25条γ跃迁的206At高自旋能级纲图. 确定了一个半寿命为(908±400)ns、自旋和宇称为10-的同质异能态. 基于较重的双奇核 208,210At能级结构的系统性,对206At的10-同质异能态进行了讨论.     

用于中国散裂中子源多功能反射谱仪的高气压多丝正比室探测器的研制

中国散裂中子源需要建设一台多功能反射谱仪中子探测器,满足在10年运行期间内,50%(@2A)以上的探测效率、好于2 mm的二维位置分辨、200 mm×200 mm的灵敏面积、3倍的n/γ分辨能力及良好的二维成像性能.基于此要求,探测器因此采用基于高气压~3He气体的多丝正比室,并以满足反射谱仪的探测效率、位置分辨、长期稳定工作和n/y分辨能力为目标进行探测器的设计.本文经过模拟和实验计算得出:以9 mm厚的铝合金入射窗、铝丝密封的高气压腔体和6 bar~3He+2.5 bar C_3H_8的工作气体的设计,可满足探测器对2 A中子10年运行期间内54%以上的探测效率要求;探测器对中子的位置分辨可达到1.4 mm左右;设计的气体净化系统,拥有2 L/min的气流速度可有效去除探测器内的负电性杂质气体,气体循环净化后可提高探测器约27%的气体增益,保证探测器长期稳定的运行;通过对~(252)Cf中子源的能谱测量和成像测量,得出探测器的n/γ分辨能力在5倍以上和均匀的成像结果.研制的探测器满足反射谱仪需求,并已在中国散裂中子源反射谱仪靶站就位联调.     

基于虚拟点探测器的虚拟点源效率刻度技术

主要针对尺寸为?75 mm×25 mm的241Am标准体源HPGe探测器探测效率展开研究,通过LabSOCS软件模拟及蒙卡计算研究发现,使用同一种结构类型的探测器测量特定形状的体源,其虚拟点探测器位置与虚拟点源位置满足线性、二次函数、指数等关系。针对确定的探测器,通过点源在对称轴线上不同高度位置实验就可以标定出虚拟点探测器位置,再结合它们的线性函数进一步计算出虚拟点源位置,最后将点源放置于虚拟点位置刻度即可得到体源的探测效率。因此,该技术方法首次提出通过虚拟点探测器位置找到了虚拟点源的位置,是一种全新的刻度方法,已达到实际应用的程度,可以大面积推广应用该技术成果。     

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。     

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。     

软X射线能谱仪

本文描述了一个用于托卡马克杂质谱线精细测量的高分辨软X射线谱仪。谱仪采用Johann型弯晶衍射结构,以多丝正比室作探测器件。其测量范围为2—8keV(1—6),能量分辨为4.1eV(在6.4keV处)。多丝正比室采用阳极丝逐丝读出法,位置读出精度2mm。谱仪配有自动数据记录系统。     

Φ76mm×100mmBGO闪烁探测器探测效率测量

用若干低能(p,γ)共振核反应产生的单能光子测得Φ76mm×100mmBGOγ探测器在17.65、17.23、6.13MeV三个能量点下的全能峰本征探测效率分别为7%、9%和22%.     

用于几keV能点动态成像诊断的KB-KBA混合型光学系统设计

围绕激光ICF研究中几keV能点的动态成像诊断需求,提出了具有大视场、高空间分辨、高集光效率和谱分辨特性的新型KB-KBA混合型光学结构。该结构以子午方向上两块单层膜球面镜校正像差,实现大视场内的高空间分辨;在弧矢方向上用一块多层膜球面镜聚焦,以保证较高的集光效率和谱分辨能力。该结构克服了传统单层膜和周期膜KBA结构在几keV能点动态成像诊断中存在的集光效率低,强度不均匀和有效视场受限等不足。针对2.5 keV和4.3 keV两个能点,给出了光学初始结构和膜系的设计,建立了考虑膜系反射性质的光线追迹模型。模拟结果表明,该KB-KBA混合型结构在子午方向1.4 mm视场内空间分辨均优于5μm,有效集光效率优于2×10~(-7)sr,可以满足动态成像诊断的需求。