CsI (T1)晶体量能器探测单元宇宙射线实验的建立与调试

建立一套CsI (T1)晶体量能器探测单元的宇宙射线测量系统,用于探测器单元的质量检测,以及发光强度与均匀性测量.本文针对于此实验装置的径迹与定位系统、电子学系统的研究作了较为详尽的说明,并对前期的Monte Carlo研究作了简要介绍.     

CSR外靶实验终端中CsI（Tl）晶体的测试

为测量重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的外靶实验终端上不同能量的γ射线,一种用于探测γ射线的高能量分辨的探测装置正在中国科学院近代物理研究所建设,该探测器由中国科学院近代物理研究所自行生长的铊激活的碘化铯CsI（Tl）晶体组成。与日本Hamamatsu公司生产的S8664-1010型雪崩光二极管（APD）耦合,测试其光输出的非均匀性和能量分辨,从测试结果给出了所需CsI（Tl）晶体合格的标准。目前已完成该γ探测球计划的六分之一,所提供的晶体合格率达94%以上。     

CsI（Tl）晶体发光均匀性对能量线性和分辨率的影响及修正方法的研究

本文研究了CsI（TL）晶体发光输出不均匀性对能量分辨率以及能量线性的影响,并在假设晶体均匀性已知情况下探讨了修正能量分辨率和线性的可行性。     

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。     

BESⅢ量能器总装中CsI(Tl)晶体探测单元的光脉冲检测

主要介绍BESⅢ量能器总体安装过程中的光脉冲质量检测,对6240个CsI(Tl)晶体探测单元进行了三次光脉冲检测,介绍了量能器上光纤系统在检测晶体探测单元质量上的重要作用,并根据光脉冲测量的不同结果得出了晶体探测单元的不同问题及其解决方法.     

自制CsI(Tl)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(Tl)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果。测量662keVγ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出)。     

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.     

CsI(Tl)晶体的APD前端读出特性研究

雪崩光电二极管(Avalanche photodiode,APD)体积小、探测效率高、内置增益、对磁场不敏感,但其内置增益、输出脉冲信号的信噪比受偏置电压与温度影响明显。将APD作为Cs I(Tl)闪烁晶体的光电读出器件,并配以低噪声的电荷灵敏前置放大器,组成闪烁探测器的探头。在不同的偏置电压与温度下,测试了该探头组成的闪烁探测器的能量分辨率。实测表明,偏置电压、温度将影响探测系统的能量分辨率,在室温且APD两端的偏置电压为370 V时,对能量为662 ke V的γ射线能量分辨率为4.98%;在-20-40oC内,能量分辨率随温度的降低而提高。     

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。     

自制CsI（TI）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（T1）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（T1）晶体光输出非均匀性的因素进行了简要分析。     

中能重离子在位置灵敏CsI(Tl)探测器中能损与光输出响应的关系

描述了一种双维位置灵敏CsI(Tl)探测器的结构及其读出系统,用中能次级束研究其能损与光输出关系。使用Bρ+(ΔE-TOF)方法鉴别次级束,刻度了CsI(Tl)探测器位置信号的线性,并用其光输出与入射粒子的A、Z关系刻度其能量。结果表明,CsI(Tl)探测器输出信号的ADC读出与QDC读出(即其光输出)有很好的线性关系。     

下一代康普顿望远镜的量能器探测单元研究

Me V能区的γ射线天文研究远落后于其它能区,导致该能区的天文物理信息至今还没被充分挖掘,因此,研制下一代高灵敏度的康普顿望远镜对于开展Me V能区的γ射线天文研究具有重要的科学意义。量能器作为康普顿望远镜的重要组成部分,应具有高能量分辨率和高位置分辨率,为此,设计了一种双端读出的γ射线探测器作为量能器的基本探测单元,并对其进行细致的研究。结果表明:通过双端读出信号幅值,可以确定γ射线的总能量以及在晶体中的相互作用位置,采用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,Si PM)匹配铊激活碘化铯(Cs I(Tl))晶体时,探测单元获得比采用光电二极管(Photodiode,PD)和雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)都更好的性能,对662 ke Vγ射线的能量分辨率可达5.9%(Full Width at Half Maxima,FWHM),位置分辨率约为5.7 mm(FWHM)。该探测单元能够很好地满足下一代康普顿望远镜对量能器的性能要求。     

NaI（Tl）晶体对γ射线响应函数的蒙特卡罗模拟

以137Cs放出能量为0．662MeV的7光子在NaI（T1）晶体中的响应函数为研究对象,探讨响应函数的计算方法。对能量沉积谱分段,计算出落在每一能量段内的概率,依此将实验测得的参数代入程序中对谱线进行拓展形成符合高斯分布的全能峰。用蒙特卡罗方法建立物理模型,利用设计的模拟软件模拟出整个光子的运动过程,同时显示出晶体探测到的γ光子响应函数。     

CSR外靶实验终端中CsI(T1)晶体的测试

为测量重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的外靶实验终端上不同能量的γ射线,一种用于探测γ射线的高能量分辨的探测装置正在中国科学院近代物理研究所建设,该探测器由中国科学院近代物理研究所自行生长的铊激活的碘化铯CsI(T1)晶体组成.与日本Hamamatsu公司生产的S8664-1010型雪崩光二极管(APD)耦合,测试其光输出的非均匀性和能量分辨,从测试结果给出了所需CsI(T1)晶体合格的标准.目前已完成该γ探测球计划的六分之一,所提供的晶体合格率达94%以上.     

Monte Carlo方法对不同尺寸NaI（Tl）晶体探测效率的刻度

应用蒙特卡罗方法,在VC++开发平台下编制了可以自定义NaI晶体尺寸的软件,实现对不同能量的γ射线的探测效率的计算.根据计算得到的数据矩阵拟合出不同体积探测器对点源的效率函数,并确定出函数的参数.     

BESⅢ CsI(T1)晶体量能器前置放大器相对增益的测量

介绍了BESⅢ CsI(T1)晶体量能器使用的前置放大器的相对增益和相对噪声水平的测量方法、测量系统及测量结果.     

CsI(T1)晶体发光均匀性对能量线性和分辨率的影响及修正方法的研究

本文研究了CsI(TL)晶体发光输出不均匀性对能量分辨率以及能量线性的影响,并在假设晶体均匀性已知情况下探讨了修正能量分辨率和线性的可行性.     

BESⅢCsⅠ（T1）晶体量能器前置放大器相对增益的测量

介绍了BESⅢCsⅠ（T1）晶体量能器使用的前置放大器的相对增益和相对噪声水平的测量方法、测量系统及测量结果。