CsI:Na(CsI:Tl)荧光透过率和对X射线的转换因子

在建立模型的基础上,较为全面地分析了CsI:Na(CsI:Tl)X射线转换屏的荧光透过率及对X射线的转换因子,明确了转换因子与X光子能量、转换屏厚度、衬底反射率、荧光吸收系数之间的函数关系.计算表明,荧光透过率(及转换因子)与衬底反射率和1/(σL)值有较强的关系,为有较高的荧光透过率,实际制作的CsI:Na转换屏的1/(σL)值应在10以上,最好能达到30~40.在相同情况下,反射方式的转换因子高于透射方式.用增加厚度来提高转换因子时应考虑荧光透过率降低的负面影响.可选择适当的CsI:Na(CsI:Tl)厚度使转换因子最佳.     

硅光电二极管作为CsI(Tl)晶体读出元件的实验研究

报道了硅光电二极管作为CsI(Tl)晶体读出元件的实验研究.测量了日本Hamamatsu生产的两种硅光电二极管的读出性能,包括能量分辨率与偏压、成形时间、灵敏面积和晶体尺寸的关系.     

长柱形CsI(Tl)闪烁晶体探测器的能量重建

提出了用于TEXONO实验中双端读出的长柱形CsI(Tl)闪烁晶体探测器的两种粒子能量重建方法———“算术平均值能量重建法”和“几何平均值能量重建法”,讨论了两种算法的理论依据和计算方法,并对两种算法进行了比较     

Fast light of CsI（Na） crystals

The responses of different common alkali halide crystals to alpha-rays and gamma-rays are tested in this research. It is found that only CsI(Na) crystals have significantly different waveforms between alpha and gamma scintillations, while others do not exhibit this phenomena. The rise time of the fast light is about 5 ns and the decay time is 17±12 ns. It is suggested that the fast light of CsI(Na) crystals arises from the recombination of free electrons with self-trapped holes of the host crystal CsI. Self-absorption limits the emission of fast light of CsI(Tl) and NaI(Tl) crystals.     

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.     

用于暗物质探测实验的CsI(Tl)晶体探测器性能的实验研究

在直接测量暗物质的实验中,反冲核能量的Quenching Factor是一个重要参数.用低能X射线源对一套测量入射中子引起的反冲核能量Quenching Factor的系统进行了能量刻度,得到了这套系统的能量响应关系.PMT单光电子的发射对应于晶体中的能量沉积约为0.32keV.同时研究了不同能量的X射线引起的PMT输出电流信号的积分时间宽度与积分电荷的关系,得到最佳的PMT输出电荷收集条件.     

CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应的模拟研究

CsI(Tl)闪烁体是X光转换为可见光比较重要的一个部件,在惯性约束聚变中的X 光诊断等方面有着十分重要的应用。通过Geant4软件较为全面地分析了CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应,模拟了1~5 keV的软X光入射不同厚度（20,30,50 m）CsI(Tl)的能量沉积谱,探究了粒子之间相互作用的物理过程,并比较了不同能量软X光在不同厚度CsI(Tl)闪烁体中的沉积效率。仿真结果表明,随着CsI (Tl)闪烁体厚度的增加,软X光在CsI (Tl)闪烁体中沉积的能量也逐渐增加,沉积效率与CsI (Tl)闪烁体厚度成正比。模拟研究为选择合适厚度的闪烁体做低能段软X光探测实验做铺垫。     

BESⅢ-CsI(Tl)晶体量能器时间信息的研究

BESⅢ-CsI(Tl)晶体量能器采用FADC的DAQ电子学读出系统. 通过扫描信号幅度的分布寻找信号峰位. 为了降低扫描时间窗内(3μs)的低能本底计数、提高能量分辨和降低无效计数率, 除了传统的输出信号峰位(表征沉积能量)之外, 我们引出另一个较粗的时间信息, 即对应信号峰位的扫描步长数, 其步长精度为50ns. 本文将通过电子束流实验研究对这一时间信息的特点及如何利用时间信息进行详细的分析和讨论.     

HIRFL-CSR ETF多层CsI(Tl)望远镜探测器能量刻度方法

在兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的外靶终端（ETF）,设计建造了一套多层CsI（Tl）望远镜探测器,用于对轻质量带电粒子的鉴别。这套探测器由7层CsI（Tl）晶体组成,每一层晶体光输出信号由4个光电倍增管分别在晶体4角读出。由于CsI（Tl）晶体对于重离子的响应是非线性的,且与入射离子的种类有关,这些因素使得对这台探测器的能量刻度需要做专门的研究。利用RIBLL2提供的能量在200 s~300 MeV/u的次级束流对探测器进行了测试,并针对第一片CsI（Tl）晶体的光输出以及所有CsI（Tl）晶体光输出的和的刻度方法分别进行了探索。在此能区下,第一片CsI（Tl）晶体猝灭现象可以近似忽略,即光输出与能量沉积近似呈线性。对于所有晶体光输出的和,利用一个经验公式对其进行刻度,利用这种刻度方法计算得到的光输出的值与实验测量值之间的差别小于5%。A multi-layer CsI(Tl) telescope has been designed and constructed at External Target in Facility (ETF) terminal of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou(HIRFL-CSR), and is used for identifying light charged particles. The detector consists of seven layers of CsI(Tl) crystals, and the signals of each crystal are read out by four photomultipliers at the corners. Since the response of the CsI(Tl) crystal to the heavy ions is non-linear and also depends on the species of the incident ions, the energy calibration method of the telescope must be carefully studied. With the help of the secondary beams selected by RIBLL2 in the energy ranges from 200 to 300 MeV/u, the telescope has been tested and the energy calibration method for the first-layer crystal together with the whole telescope has been investigated. In this energy region, the quench effect in the first-layer crystal can be neglected and a linear expression can be used to represent the relation between the light output and the energy deposition in the crystal. To the total light output of the telescope, an empirical formula is used for the energy calibration. The difference between the calculated results and the experiment data is globally less than 5%.     

A CsI(Tl) detector array used in the experiment of the proton-rich nucleus 17Ne

To investigate the configurations of the valence protons in Borromean nucleus 17Ne, a CsI(Tl) detector array, which consists of 9 CsI crystals (26×26×20mm3) coupled with photodiodes, has been successfully used in the 17Ne experiment to measure the energy of protons. In order to find the optimal working conditions and get the best energy resolutions, several technologies (including various wrapping materials, wrapping and coupling methods) have been used. The testing results showed that the best energy resolution of the CsI(Tl) is about 3.3% using the 241 Am α-source. The primary testing results with the proton beam were also provided.     

Property measurement of the CsI(Tl) crystal prepared at IMP

Large-sized CsI(Tl) single crystals, ～φ100mm×350mm, have been grown successfully, and this CsI(Tl) coupled with PD has been successfully utilized at RIBLL (the Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou) to measure the energy of heavy ions as a stopping detector. The performances of CsI(Tl) detector coupled with PD and APD have been tested and compared, including the temperature dependence of scintillating light yield.     

狭长CsI(Tl)闪烁体发光效率的研究

提出了基于狭长CsI（Tl）闪烁体和面阵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射线探测与成像的工业X-CT系统探测器方案.基此,通过物理分析及数学建模,利用Matlab模拟研究了X光能量小于450 keV时狭长CsI（Tl）闪烁体的发光效率等性能指标.研究结果表明：当光电吸收截面μph和康普顿吸收截面μc分别为0.000313和0.0000295、反射层反射系数R和衬底反射系数Rs分别取0.95和0.8、荧光线性吸收系数σ取0.000222 μm－1时,得到狭长CsI(Tl)闪烁晶体的长度l、高度h和宽度w取值范围分别是926～4512 μm、242～5000 μm和242～5000 μm的结论.在此范围内,既可使闪烁晶体有较好的空间分辨率又可获得最高的发光效率.     

CsI（T1）晶体量能器中硅光二极管的核计数器效应研究

研究了由于电磁簇射在CsI（T1）晶体后端的泄漏而引起的硅光二极管“核计数器”效应．通过GEANT模拟和实验测量分析其在BESⅢ的CsI（T1）晶体量能器中对能量测量的影响．     

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(Tl) layers spectroscopy - comparison with crystals

Abstract

Emission and excitation spectra at liquid helium and liquid nitrogen temperature of CsI(Tl) single crystals and evaporated thin layers have revealed the existence of new centers in such materials. In particular, an emission band is observed around 460nm excited near 325 nm correlates with the quality of the evaporated thin film in terms of light yield and temporal behavior. The results can be interpreted using a dopant ion-bound exciton model involving different kinds of perturbed and non-perturbed centers.     

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.     

用位置灵敏光电倍增管读出的CsI(Tl)探测器

报道了用双维位置灵敏光电倍增管读出的CsI(T1)探测器,其CsI(T1)晶体厚度为10mm,灵敏面积为60mm×60mm.探测器的空间位置分辨为0.81mm(FWHM).用蒙特卡罗的方法对该探测器作了进一步模拟研究,其结果与实际测试的结果很好地一致.     

CsI∶Tl晶体对高能X光照射量的响应关系研究

在X光探伤系统中使用效率较高的CsI∶Tl晶体作为X光转换体。CsI∶Tl晶体对X光的响应关系是精密图像处理、定量测量所需的一项重要参量,理论上已经推导了CsI∶Tl晶体对X光的响应呈现线性关系,并针对性地设计了在60Co放射源上的定量测量实验,所获数据不仅充分证明了理论推导的正确性,还证明了相应系统的这种线性关系的线性度非常好。     

Design and assembly of the CsI(T1) crystal module of the BESⅢ electro-magnetic calorimeter

The CsI(T1) crystal modules of the Beijing Spectrometer Ⅲ (BESⅢ) electro-magnetic calorimeter (EMC) were designed and assembled through Monte Carlo simulation and experiments. After the assembly was finished, the performance of each crystal module was tested by cosmic rays. All crystal modules were found to work well before the installation of EMC.     

Excitation spectra and structure of luminescence centers of manganese ions in single crystals of zinc sulfide

We investigate the photoluminescence excitation spectra in ZnS:Mn single crystals at room temperature and at the temperature of liquid nitrogen with a different concentration of Mn²⁺ ions. The strongest bands peaking at 557, 578, 600, and 637 nm are associated with a different position of the Mn ion in the lattice of the crystals under investigation. The difference obtained in the excitation spectra can be explained by the resonance transfer of energy between the Mn ions. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 67, No. 2, pp. 208–210, March–April, 2000.