放射性气溶胶监测仪准直器优化设计

基于反符合钝化注入平面硅(PIPS)探测器设计一个合适的准直器,降低低能α粒子对β粒子计数的影响。利用Geant4软件模拟反符合PIPS探测器添加准直器前后不同能量的α粒子和β粒子探测效率,结果表明,添加准直器后α探测效率降低约18%,β能量大于0.65 MeV时,添加准直器后的β探测效率降低约0.5%。利用²⁴¹Am标准面源对反符合PIPS探测器添加准直器前后的探测效率进行实验测量,发现与理论计算的探测效率吻合好,可去掉约95%的能量小于3 MeV的α粒子。准直器可应用在气溶胶监测仪需要准确区分α粒子和β粒子计数的场合。     

α/β粒子在不同类型探测器上的能量响应及其等效因子的一致性

通过测量不同类型探测器或同一类型探测器不同台（路）对不同能量α/β放射性粒子的计数效率和等效因子,比较它们之间等效因子的一致性,探讨各类型探测装置在总放射性测量中的适应性。结果显示,常用的3种探测器即复合有机闪烁体、流气式正比计数器、金硅面垒半导体探测器对总α和总β粒子的计数效率-粒子能量关系总体上一致,总α计数效率与能量呈指数关系,总β计数效率与能量呈对数关系,低能β出现偏转。3种探测器能量响应比对的实验结果显示,复合有机闪烁体和流气式正比计数器两者的α和β等效因子具有良好的一致性,而金硅面垒半导体探测器对α测量的等效因子与前两种探测器相似,但是对β粒子的能量响应有显著差异,低能β等效因子明显偏低,因此金硅面垒半导体探测器不宜于总放射性测量和食品卫生检验。     

硅位置灵敏探测器

半导体位置灵敏探测器是探测带电粒子位置的一种探测器,它具有位置分辨率和能量分辨率高、线性好的优点。在核物理实验和研究工作中——鉴别粒子,角度校正,核极化测量,裂变碎片和重离子的测定以及衰变反冲物的角分布测量等方面得到了广泛的应用。国外研制这种器件的单位较多。目前已达到的水平为:在器件整个长度上满刻度的线性为1%;位置分辨率为0.1毫米;能量分辨率对5.486兆电子伏的α粒子半宽度为50千电子伏;几何尺寸为30×8,40×8,50×8毫米~2。我们所研制的硅位置灵敏探测器见图1。     

4H-SiC肖特基二极管α探测器研究

碳化硅(SiC)是一种具有优良物理性能的宽禁带半导体材料,可作为探测器的优良探测介质。用241Am源5.486 MeV的α粒子研究4H-SiC肖特基二极管α探测器的能量分辨率和信号相对上升时间等特性。在真空室中,使SiC探测器暴露在α粒子下,SiC探测器输出良好的响应信号。SiC二极管对5.486 MeVα粒子的能量分辨率最佳可达3.4%;经前置放大器FH1047输出和示波器观测,脉冲幅度随偏压增加而稳定在(35.39±0.21)mV;脉冲上升时间随偏压增加而稳定在(137.87±9.44)ns。4H-SiC肖特基二极管对α粒子响应良好,可用于α粒子强度测量。结合SiC耐辐照、耐高温等特性,进一步改进后有望制成分辨率更高、上升时间更快、耐辐照的新型α探测器和中子探测器。     

CR-39探测器对α粒子入射角度和能量响应的实验研究

为掌握固体径迹探测器CR-39对α粒子的入射角度和能量响应特性,通过建立1个可调节α粒子的入射角度和入射能量的241Am源照射系统,进行了不同入射角度和入射能量的α粒子照射CR-39探测器的实验研究,比较了不同照射条件下的径迹密度.实验结果表明,CR-39对α粒子的能量响应下限约为0.5 MeV,对入射角度响应的上限约为70°.本研究结果可为优化设计测氡的扩散杯(瓶)、提高其对氡的探测效率等提供科学的指导依据.     

薄窗型多阳极气体探测器研究进展

薄窗型气体探测器是最近发展并用于低能量加速器质谱探测技术。该探测器的入射窗采用氮化硅膜,薄而均匀,分辨率高,目前已在低能量粒子探测技术中得到初步应用,显示出广泛的应用前景。本文主要从薄窗型气体探测器基本原理、薄氮化硅膜与Mylar膜的对比、不同质子数Z的低能量粒子脉冲高度对比、薄窗型气体探测器与硅探测器的对比,以及应用等方面进行阐述。     

薄窗型多阳极气体探测器研究进展

薄窗型气体探测器是最近发展并用于低能量加速器质谱探测技术。该探测器的入射窗采用氮化硅膜,薄而均匀,分辨率高,目前已在低能量粒子探测技术中得到初步应用,显示出广泛的应用前景。本文主要从薄窗型气体探测器基本原理、薄氮化硅膜与Mylar膜的对比、不同质子数Z的低能量粒子脉冲高度对比、薄窗型气体探测器与硅探测器的对比,以及应用等方面进行阐述。     

锂漂移金硅面垒型探测器

本文详细地描述了锂漂移金硅面垒型探测器的制造工艺。这种探测器同时兼备了锂漂移型和面垒型探测器的优点。文中给出了探测器的主要性能,并对实验中的一些现象进行了讨论。探测器有效面积的直径为2—20毫米,灵敏区宽度高达4.5毫米。在窒温下,对于5.3兆电子伏的α粒子的能量分辨率为1—2%,对于Cs~(137)转换电子的能量分辨率为3.7%。探测器结构牢固,能应用于真空条伴。     

^6LiF夹心谱仪探头用金硅面垒探测器性能测定

金硅面垒探测器是6LiF夹心谱仪探头的关键组成部分,其参数直接影响整个夹心谱仪的性能.通过实验测定了各金硅面垒探测器在不同偏压下的漏电电流、空气对α粒子的影响、金硅面垒的死层厚度、偏压对峰位和分辨率的影响,以及在180V偏压下各金硅面垒探测器的最大能量峰位.根据测量结果,选出了两组性能基本相同的金硅面垒探测器,将其组装成性能优良的6LiF夹心谱仪效应探头和本底探头.     

碳化硅热中子探测器的优化设计

采用MC法对用于热中子探测的碳化硅探测器开展设计。优化了中子转换层参数和半导体器件参数,研究表明采用~(10)B作为中子转换材料,其最优厚度为2μm,在系统甄别阈为300 keV时对应的探测效率理论值为3.29%。制备了碳化硅外延层厚度20μm,灵敏区面积5 mm×5 mm的碳化硅器件,在外加反向偏压达180V时,其漏电流仅20.8 nA。性能测试表明:该器件对4.7-6.0 MeV的α粒子具有极好的能量线性,其线性度达0.999 97。对5.49 MeV的α粒子的能量分辨率为1.03%,对应半高宽57.3keV,与SiC高分辨α探测器分辨率相当。     

金硅面垒型半导体探测器在α能谱测量中的应用研究

针对α能谱测量需要探测器能量分辨率高、性能稳定及探测效率高等要求,选用金硅面垒型半导体探测器进行α能谱测量.论述了金硅面探测器的主要性能指标及影响因素,同时针对探测器输出信号的特点以及α能谱测量要求,从理论上分析了前置放大器的类型及设计时需要注意的事项,并设计了一种实用低噪声电荷灵敏前置放大器.实测α能谱数据表明,性能满足α能谱测量要求.     

α谱法测量锕系元素的评述

目前金硅面垒探测器是最常用的α粒子探测器,主要是由于它的分辨率高,稳定性极好,本底低和便宜。本文中讨论了α谱的各个重要参数,如能量分辨率、能区选择、能量刻度、本底和峰尾。文中给出了从环境样品中分离出的各种锕系元素(Th,U,Np,Pu,Am和Cm)的α谱的例子,并讨论了各种情况下的产额测定方案。     

高温下4H-SIC α探测器的性能研究

制成了基于4H碳化硅(4H-SiC)二极管的4H-SiC探测器,研究了室温～200℃下该探测器的IV特性,同时研究了该温度范围内4H-SiC探测器对α粒子的探测性能,获得了该探测器测得的α能谱及其半高宽和能量分辨率随温度变化的规律。探测器的正向电流值随着温度上升而逐渐增大,开启电压逐渐减小;当反向偏压一定时,在温度大于100℃时探测器的漏电流随温度迅速增加。但在温度为200℃和反向偏压为70 V的条件下,探测器的漏电流仅为190 nA。在室温～200℃范围内,4H-SiC探测器均具备α粒子探测能力。所得能谱的峰值随温度增加而增大,变化幅度相对于峰值小于1%;环境温度为200℃时,探测器的能量分辨率可达1.86%。本研究结果表明,4H-SiCα探测器具有良好的耐高温能力。     

Si-PIN核辐射半导体探测器性能测量研究

为解决金硅面垒半导体探测器存在的漏电流较大、表面不可擦拭、受环境影响严重、使用稳定性较差等缺点,开展性能更优异的Si-PIN核辐射探测器研究具有十分重要的意义,可推动α、n、裂变碎片能谱测量等技术进步。论文介绍了离子注入与平面工艺相结合制作Si-PIN探测器的方法,对灵敏面积为20 mm×20 mm的Si-PIN探测器主要开展了I-V、C-V电学特性参数测量研究,开展了Si-PIN探测器对226Ra源α粒子的能量分辨率、能量线性响应研究工作。当反向偏压为2 043 pF时,探测器全耗尽时的漏电流为40nA、结电容为43pF,对α粒子的最佳能量分辨率为0.68%,探测器线性响应良好。     

能够甄别能量的低本底α多路计数器

本文叙述了使用金硅面垒型半导体探测器(CM20)的低本底α计数器的结构特点和技术性能。本计数器对~(239)Pu源的4π探测效率大于30％,α本底每48小时小于10个,可同时测量5个电沉积样品,并能够对两种不同能量的α粒子进行初步鉴别。     

用于~(16)C核集团结构实验研究的望远镜探测器阵列性能研究

对16C核集团结构实验研究中使用的望远镜探测器阵列的性能进行了研究,此望远镜阵列主要用于靶后反应产物的探测及粒子鉴别。探测器阵列由9组望远镜组成,其中包括了硅微条、位置灵敏硅探测器(PSD)、大面积硅探测器(SSD)和CsI探测器单元在内的多种类型的探测器。用241Amα源对组成望远镜的各探测器进行了测试和优化,且在中国科学院近代物理研究所的重离子加速器放射性次级束流线(RIBLL)上进行了在束测试。结果表明,研制的望远镜探测器阵列具有较好的能量分辨、高的角分辨及粒子鉴别能力,可满足通过碎裂反应来研究16C等原子核的集团结构的需要。     

环形金硅面垒探测器的制备

本文叙述了环形金硅面垒探测器的制作工艺,给出了所制探测器的性能结果。Φ25(8)、Φ18(5)和Φ16(4)三种环形探测器在室温下对238Pu5,499MeVα粒子的能量分辨率分别为18.7、16和15.5keV(FWHM)。     

通过改变Si(Au)探测器灵敏区厚度鉴别带电粒子的方法及应用研究

重点研讨通过改变探测器偏压,进而改变探测器的ＰＮ结（有效探测灵敏区）厚度,实验对带电粒子的种类和能量鉴别的实验方法及其实际应用。实验测量了３ＭｅＶ质子和６．０５ＭｅＶα粒子在金硅面垒探测器Ｓｉ（Ａｕ）中的能损与探测器偏压关系曲线。同时利用刻度过的探测器鉴别氚离子束轰击氚钛（ＴｉＤｘ）靶发射的带电粒子能谱。在很强的本底情况下通过调节探测器偏压（灵敏区厚度）实现了对能量相近的不同带电粒子的有效鉴别和测     

用于空间天文的硅微条探测器原型样机研制

γ射线的天文观测是目前天文观测的前沿课题,通过观测高能γ射线的能谱和空间分布,可以研究宇宙中暗物质的分布及其物理特性。在众多γ射线探测器中,硅微条探测器具有很高的位置分辨率和能量分辨率,并且可以拼接组成大探测面,非常适合探测粒子的径迹和能量。为了解决硅微条探测器的关键技术,包括探测器微组装、前端读出电子学、数据采集电路,实验室自主研制了探测器样机并进行一系列测试。该样机的384个通道在0～180f C的输入动态范围内具有很好的线性(积分非线性小于5%),同时具有很低的噪声(等效输入噪声电荷小于0.16 fC)。样机的宇宙线能谱曲线可以清晰分辨出最小电离粒子的峰位约2.8 fC,并且可以用朗道卷积高斯函数精确拟合。     

紧凑型磁质子反冲谱仪磁分析系统的能量刻度

介绍了一种用于多种特定环境下脉冲氘氚聚变中子能谱测量的紧凑型磁质子反冲谱仪的磁分析系统。通过三维粒子输运和蒙特卡罗模拟对磁分析系统性能进行了分析,使用CR-39径迹探测器和多个能量α单能粒子对系统进行了能量刻度。结果表明,磁分析系统具有良好的能量离散与聚焦性能,对给定能量范围的反冲质子,能够以1.5%~2.1%的能量分辨率实现（0.5~1.4）×10^－4的探测效率。