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.     

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     

CsI(Tl)晶体探测器APD读出的温度效应

对中国科学院近代物理研究所自行生长的铊激活碘化铯闪烁晶体CsI(Tl)光输出及Hamamtsu公司生产的S8664-1010型雪崩光二极管(APD)增益对温度的依赖关系做了系统研究. 结果表明, CsI(Tl)晶体光产额在室温范围内随着温度的增加而增加, 在－2℃—8℃温度范围内的平均温度系数为0.67%/℃, 在8℃—25℃温度范围内的平均温度系数为0.33%/℃. 而对所使用的APD, 其增益在室温范围内的温度系数为－3.68%℃(工作电压400V). APD结合CsI(Tl)晶体在室温下对¹³⁷Cs的662keV γ射线的能量分辨可达5.1%.     

双维位置灵敏CsI(Tl)探测器

描述了一种双维位置灵敏CsI(Tl)探测器.用3组分α源测量该探测器得到的位置分辨为0.81mm(FWHM),对于69MeV/u ³⁶Ar能量分辨为0.9％(FWHM).在RIBLL的ΔE-E粒子鉴别望远镜中常常作为E探测器.由于CsI(Tl)晶体对不同的粒子的能损-光输出的非线性,需要针对不同离子对CsI探测器作能量-光输出校正曲线.     

双维位置灵敏CsI(Tl)闪烁探测器

介绍了一种双维位置灵敏CsI(Tl)闪烁探测器, 利用GEANT4对它进行了蒙特卡罗模拟, 得到了RIB 17N的位置分布谱及探测器的空间位置分辨,　模拟结果与实验测量值很好地吻合。给出了影响探测器分辨的主要因素及改进方案。A two dimensional position sensitive CsI(Tl) scintillation detector readout with PSPMT was introduced. The performance of detector was simulated by using Monte Carlo code GEANT4. The position spectrum of RIB 17N and the detector’s position resolution were obtained, and the simulation results accorded with the experimental ones. The main factors, which can affect performance of the detector, and some planned detector improvements were presented.     

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。     

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.     

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)晶体探测器APD读出的温度效应

对中国科学院近代物理研究所自行生长的铊激活碘化铯闪烁晶体CsI(T1)光输出及Hamamtsu公司生产的S8664-1010型雪崩光二极管(APD)增益对温度的依赖关系做了系统研究.结果表明,CsI(T1)晶体光产额在室温范围内随着温度的增加而增加,在-2℃—8℃温度范围内的平均温度系数为0.67%/℃,在8℃—25℃温度范围内的平均温度系数为0.33%/℃.而对所使用的APD,其增益在室温范围内的温度系数为-3.68%/℃(工作电压400V).APD结合CsI(T1)晶体在室温下对~(137)Cs的662keYγ射线的能量分辨可达5.1%.     

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.     

Si-Csl（TI）望远镜探测系统用于大动态范围空间重离子鉴别与测量的研究

太阳极轨射电望远镜（SPORT）是一颗从事太阳活动研究的卫星。重离子探测仪是其中的高能粒子探测仪的关键组成部分。鉴于重离子探测仪对多种类离子（2 ≤ Z ≤ 26）的鉴别和大范围能段（8～300 MeV/u）的测量需求,中国科学院近代物理研究所设计并研制了一套Si-CsI（Tl）望远镜探测系统样机,这套望远镜系统由1个Si探测器、1个入射面为正六边形的CsI（Tl）晶体及其专用电子学系统构成。利用兰州重离子加速器冷却储存环系统（HIRFL-CSR）提供的高品质束流对这套望远镜探测系统样机进行了在束测试,完成了种类为2 ≤ Z ≤ 18的重离子直接测量与鉴别,利用直接测量的重离子,进行外推得到,最高测量要求的300MeV/u Fe离子也在设计要求的范围内。实验结果显示这套望远镜探测器样机满足空间中对大范围能段重离子探测的设计需求,该套方案为SPORT计划中的重离子探测仪的设计及建造奠定了很好的技术基础。Solar Polar Orbit Radio Telescope (SPORT) project, aimed at solar activities and solar atmosphere, is a satellite-borne apparatus which is composed by many sub-payloads and is under development in China. High Energy Heavy Ion Telescope (HEHIT) is one of most key sub-payloads in this project, and the main purpose of HEHIT is to identify space heavy ions (2 ≤ Z ≤ 26) with a broad energy range (8～300 MeV/u). In this paper, a prototype telescope of HEHIT, which includes a silicon detector, a CsI(Tl) crystal with regular hexagonal incident plane and customized electronic system, has been developed in the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP, CAS). To obtain the performance of the prototype telescope, this telescope was tested with high quality beams provided by the accelerator of Heavy Ions Facility and Cooler-Storage-Ring in Lanzhou (HIRFL-CSR). The heavy ions ranging from Z =2 to Z =18 were clearly identified and measured from the beam test and an extrapolation was also done reasonably and it showed that the prototype detector could meet the requirement of t Fe(Z =26) with energy up to 300 MeV/u. In a word, this prototype telescope could satisfy the requirements of the measured heavy ions in the future SPORT project and this scheme of telescope will provide a favorable technique in the future design and construction of HEHIT.     

Size-induced effect on cathode luminescence spectra of CsI(Na) and CsI(Tl) crystals

We investigated the cathode luminescence characteristics of CsI(Na)and CsI(Tl)crystals by the spectrum and structure properties at room temperature.We fabricated three different sizes of CsI(Na)and CsI(Tl)crystals and measured their luminescence spectra under cathode rays.We found that CsI(Na)cathode luminescence peaks appear at 420 and 305 nm,and CsI(Tl)cathode luminescence peaks are 540 and 410 nm,the grain size affects CsI(Na)luminescence significantly,and the Na-related420 nm luminescence intensified relatively when the average grain size reaches~20μm,which becomes weak when the grain size is down to nano-scale.But the cathode luminescence spectra of CsI(Tl)crystals with different size have no obvious changes.Our explanations for these phenomena are that the different impurities in the same host material CsI lead to different luminescence mechanisms.These cathode luminescence characteristics indicate the suitability of CsI(Na)and CsI(Tl)crystals to match photomultiplier tube for large area crystal detector development.     

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.     

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.     

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.     

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.