低能X射线工业CT探测器光电转换效率的研究

光电转换效率是低能工业CT探测器的重要性能参数。分析了几种常用闪烁晶体的发光效率、几何尺寸、发光波长等参数对光电转换效率的影响,并通过实验测试比较了不同厚度(闪烁体沿X射线方向的尺寸)的CsI(TI)和CdWO4闪烁体探测器的光电转换效率。证明在低能工业CT中,CsI(TI)比CdWO4更适合用作X射线探测器闪烁体材料,且闪烁体的厚度对光电转换效率的影响很大。这对优化工业CT系统探测器闪烁体的选型与尺寸设计具有一定的参考价值。     

无机闪烁探测器综述

主要介绍了无机闪烁探测器的发展和现状.包括对常用无机闪烁晶体NaI(Tl)、CsI(Na)、CsI(Tl)、CsI(Pure)、BaF2、BGO、CdWO4、GSO:Ce和YAP:Ce等的密度、等效原子序数、衰减时间、光输出、发射光谱、能量分辨率、温度特性、辐射性能、加工性能等方面的介绍,以及对Ce3 掺杂的新型闪烁体的特性及发展前景的介绍.旨在为读者选择、使用无机闪烁晶体提供一份参考.     

CsI(Tl)探测器对带电粒子能量响应的入射位置依赖关系

在放射性核束物理的实验研究中,通常采用CsI(Tl)探测器对反应产物中的带电粒子进行总能量测量.使用GEANT4软件对CsI(Tl)闪烁体探测器能量响应通进行了蒙特卡罗模拟,在考虑了晶体外表面包覆材料反射率、耦合光敏二极管面积、射程等影响因素后,重点研究了CsI(Tl)闪烁体探测器对带电粒子能量响应的入射位置依赖关系....     

自制CsI(Tl)晶体的光输出非均匀性

实验测试了中国科学院近代物理研究所制备的9根大尺寸闪烁晶体样品(40mm×40mm×300mm)的光输出及其非均匀性。使用了多种光反射材料和包装方法对样品进行包装,对其光输出及其非均匀性进行测试。对实验数据进行分析,确定了大尺寸晶体的最佳读出端和包装方法。在测试中,所有CsI(Tl)闪烁晶体样品的光输出非均匀性均好于7%,部分样品可达到2%左右。结合本次实验结果,对影响CsI(Tl)晶体光输出非均匀性的因素进行了简要分析。     

高能γ光子CsI(Tl)谱仪的研究与设计

利用EGS4程序包模拟研究了6.6MeV的高能γ光子在CsI闪烁体中的运动行为,决定了探测这种能量γ光子所需CsI晶体的大小。根据模拟计算和实验的要求,设计了CsI(Tl)γ光子谱仪。用137Cs和22Na源对谱仪的测试表明,此探测器具有较好的探测效率,在0.662MeV的光电峰上可以达到74%。模拟计算对3.3和6.6MeV的光电峰可以分别达到37.12%和23.00%。     

ΔE-E望远镜在~9C碎裂反应上的应用

为研究9 C的晕核结构,一套ΔE-E望远镜探测器应用在兰州放射性次级束流线(RIBLL)上进行的9 C碎裂反应实验中,用来测量反应中产生的碎片。为解决ΔE-E望远镜中硅条的干扰问题及硅条和CsI的能量刻度,利用硅条的感应信号对重离子在硅条上产生的饱和信号进行能量刻度,并通过模拟程序与事例得到的刻度点对CsI(Tl)晶体进行能量刻度。同时使用在硅条和CsI(Tl)晶体上的位置信息对反应物径迹进行重建,从而得到同一离子在硅条与CsI(Tl)晶体上信号的符合,并得到了最终的有效物理事件。     

非真空坩埚下降法生长CsI(Tl)晶体的闪烁性能

研究了用非真空铂坩埚下降法生长的CsI(Tl)晶体的在紫外和γ射线激发下的光致发光和光衰减特征,探索了CsI(Tl)晶体的发光强度和发光不均匀性与Tl离子含量和分布之间的关系以及改善晶体发光均匀性的措施.并对CsI(Tl)晶体在γ射线辐照下光输出随积分时间和辐照剂量的变化做了分析和讨论.实验表明,用这种方法所生长的CsI(Tl)晶体的发射波长、衰减时间和辐照硬度与其他方法生长的同类晶体相同.     

BRISOL弱束流剖面成像仪的实验研究

本文介绍了北京放射性核束装置同位素在线分离器中弱束流剖面成像仪的研制情况,包括装置的组成、图像的获取和发光材料CsI对束流的光学响应,给出了初步实验结果。实验结果表明,这种基于CsI(Tl)闪烁晶体的束流剖面成像的方法可用于同位素在线分离器的调束。     

放射性惰性气体4π叠层探测器研制

核电场所产生的放射性惰性气体辐射场主要为β-γ混合场,叠层探测器具有良好的β-γ甄别能力。为了测量放射性惰性气体,研制了一套4π叠层探测器。该叠层探测器主要是由内层侧壁厚度为1 mm的中空圆柱形塑料闪烁体EJ-200,外叠加一层侧壁厚度为20 mm的碘化铯闪烁体CsI(Tl)组成的探头,两个圆柱底面用硅油耦合光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT),使用意大利CAEN公司的DT5790波形数字采样器和DPP-PSD(Digital Pulse Processing-Pulse Shape Discrimination)控制探头输出信号的获取和处理,后端使用ROOT和MATLAB软件对获取结果进行处理。通过使用~(133)Ba和~(137)Cs放射源对该探测器进行标定刻度,实现了β-γ信号甄别,表明该4π叠层探测器具备测量放射性惰性气体的能力。     

闪烁体的温度效应

本文介绍了测量闪烁体温度效应的装置及方法,给出了NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag),锂玻璃,蒽及塑料等六种闪烁体的温度依赖关系,并着重对NaI(Tl)闪烁体的温度效应进行了分析。     

制备和试验活化测井仪中的Bi_4Ge_3O_(12)闪烁体

本文阐述了制备和试验活化测井仪中的锗酸铋(Bi_4Ge_3O_(12),以下简称BGO)闪烁体,并将该闪烁晶体与被核地球物理学家广泛使用的碘化钠[NaI(Tl)]晶体进行对比,指出了BGO优于NaI(Tl)闪烁晶体的主要优点。本文还对化学计量配料和培养速度对闪烁晶体特性的影响进行了研究,并在一个萤石矿床上进行了氟的活化测井试验。     

CDEX实验中CsI(Tl)晶体反符合探测器实验测试

CDEX(China Dark matter EXperiment)合作组将在中国锦屏极深地下实验室(CJPL China Jin-Ping deep underground Laboratory)利用极低能阈高纯锗(ULE-HPGe)探测器进行暗物质的直接探测。在地下实验之前,对CsI(Tl)晶体反符合探测器进行了地面的实验研究。主要包括光导的选择,光反射层的选择,CsI(Tl)晶体的高度一致性测试,不同侧面非均匀性的测试,以及所有晶体的测试结果。通过地面实验的前期工作,我们对反符合探测器有了一定认识,为地下实验做了准备。     

碘化铯(铊)闪烁晶体

本文叙述了用斯托克巴格(Stockbarger)法制备CsI(Tl)晶体的过程和晶体的切割加工技术,分析了激活剂在晶体中的含量,研究了不同激活剂含量与晶体对Cs~(137)γ源和Po~(210)α源的光输出及能量分辨率的关系,测量了CsI(Tl)晶体在质子、氘核、α粒子激发下光输出与粒子能量的关系——能量响应。目前,我们所制得CsI(Tl)晶体的最好能量分辨率:对Cs~(137)γ源为9.8%(晶体大小为直径25毫米,高20毫米);对Po~(210)α源为2.9%(晶体大小为直径25毫米,厚1毫米)。所制得的最大晶体为直径40毫米,高50毫米。     

Monte Carlo模拟韧致辐射光子穿透闪烁体的能量和通量分布

在工业CT设计中,为了选择闪烁体的种类和几何尺寸,需要知道韧致辐射光子穿透闪烁体的能量和通量分布。根据Monte Carlo模拟光子输运过程的理论,模拟了2MeV、9MeV韧致辐射光子在NaI、CsI、CdWO4闪烁体内的输运过程,讨论了这类光子穿透闪烁体后光斑展宽问题和能量及通量的分布。研究表明,该方法可准确直观地定量分析韧致辐射光子在闪烁体内任意位置的能量和通量分布规律。     

基于硅光二极管阵列的X射线探测器的研制

介绍了10元CsI(Tl)闪烁晶体与10元硅光二极管阵列耦合而成的X射线探测器的设计制造过程。其中,二极管光敏元为0.75mm×1.25mm的窄条形,中心距为1.25mm,外观尺寸为12.5mm×1.25mm;闪烁体单元为1.0mm×1.5mm的窄条形,中心距为1.25mm,外观尺寸为12.5mm×1.9mm。对该探测器的硅光二极管进行了光谱测试和噪声测试,对射线探测器进行了串音和均匀性等性能测试。二极管的噪声为10?4V,射线探测器的非均匀性为0.08,有串音现象发生。对存在的问题进行了分析讨论并提出了改进方案。     

GOS陶瓷闪烁体的研制

Gd2O2S：Pr和Gd2O2S：Pr，Ce，F（均简称GOS）是很重要的新一代高性能多晶陶瓷闪烁体，与传统的CsI：TI、CdWO4等单晶闪烁体相比，它具有优异的成像性能和较低的生产成本，已在美国、德国、日本等国家的医用CT和安检CT等探测器中获得广泛应用。     

几种闪烁体γ/n分辨能力的MC模拟计算及比较

本文利用蒙特卡罗通用程序MCNP4B对脉冲γ射线束测量中可能用到的几种闪烁体的有关性能进行了模拟计算和比较,给出了三种比较感兴趣的无机闪烁体CeF3、LSO和CsF对γ射线的能量响应曲线。并利用有关能谱数据对八种无机闪烁体BaF2、NaI、CsF、CsI、GSO、PbWO4、YAP：Ce、YAG：Ce的γ/n分辨能力进行了计算,估算了分辨能力的最大、最小值,并与有机闪烁体ST401进行了比较。     

便携式γ能谱仪闪烁探头改进设计及性能研究

为满足当前便携式γ能谱仪对高性能闪烁探头的需要,本文提出了采用CsI(Tl)晶体耦合雪崩光电二极管的方式代替NaI(Tl)晶体耦合光电倍增管以构成新的闪烁探测器,并设计了低噪声电荷灵敏放大器作为探测器读出电路。根据唯一变量原则分别测试了能量分辨率随温度与偏压的变化规律,并对多种放射源的γ射线进行能谱响应实验。实验结果表明：当温度为23 ℃且偏压为370 V时,该闪烁探头对¹³⁷Cs、²²⁶Ra、⁶⁰Co和¹⁵²Eu源的γ射线具备优异的能谱响应特性,其中,对¹³⁷Cs源的γ射线能量分辨率可达4.98%,输出信号信噪比可达21∶1,上升时间为80 ns。可见,改进后的闪烁探头的性能有大幅提升,具备能量分辨率更佳、体积更小、抗机械性能与适用性更强等优点。     

8×8单元CsI(Tl)探测阵列研制

描述了1个8×8单元CsI(Tl)探测阵列的结构和工作原理。探测阵列的每个单元是由1块前表面21 mm×21 mm、后表面23.1 mm×23.1 mm、高50 mm的CsI(Tl)棱台、1块光导和光电倍增管组成。在兰州放射性次级束流线(RIBLL)上对探测阵列进行测试,得到探测阵列对30 MeV质子的能量分辨可达2.7%,对170 MeV7Be可达1.5%,可很好地用于放射性束物理实验中带电粒子的鉴别。     

蒙特卡罗方法模拟放射源位置对井型NaI(Tl)晶体探测效率的影响

利用Geant4数值计算程序,对放射源137Cs和60Co发射的单能γ射线(0.662 MeV和1.331MeV)经过井型NaI(Tl)晶体探测器后的能谱进行了蒙特卡罗模拟,并通过改变放射源在井型NaI(Tl)晶体中的位置对探测效率的影响做了进一步的研究。计算结果表明:对比常用的圆柱形NaI(Tl)闪烁探测器,由于井型NaI(Tl)晶体对放射源所张立体角很大,所以其对γ射线的源峰探测效率更高,并随着放射源在井内高度的增加而逐渐减小;在固定了放射源在晶体井下深度的情况下,放射源位置在水平面内的变化对源峰探测效率的影响并不大。