用于总β测量闪烁探测器输出脉冲甄别原理初探

介绍了一种新型总β测量闪烁探测器的原理与结构,对闪烁探测器输出回路脉冲计算公式及其极值进行了推导,利用MATLAB强大的数值计算功能讨论了闪烁探测器输出回路脉冲形状与回路RC时间常数的关系。并初步提出信号甄别的方法。     

粒子脉冲形状甄别的向量投影法

文中根据多种粒子脉冲形状甄别(PSD)方法的特点,抽象其数学实质提出向量投影法,讨论了向量投影法的普适性,对其参数选择进行了详细的分析,并给出最优化的选择,文中还对α,γ粒子实测数据进行了计算,给出结果,证明了在合理参数的选择下,向量投影法可以得到最优的脉冲甄别效果.     

硅漂移探测器数字脉冲处理技术

硅漂移探测器(silicon drift detector, SDD)是一种高性能X射线探测器,具有极其广泛的应用. SDD射线探测系统由SDD器件、前置放大器和脉冲处理系统组成,现有的SDD脉冲处理系统存在脉冲堆积抑制性能差以及易受前级系统参数波动影响的问题,导致探测系统性能变差.本文提出一种SDD数字脉冲处理系统,在该系统中,模数转换器(analog-to-digital converter, ADC)直接采样前置放大器的输出,并将数据传输到数字脉冲处理平台进行处理.结合SDD器件与前置放大器的信号特性,分析ADC采样位数与采样频率对系统性能的影响;提出两种优化的ADC采样电路,防止因ADC采样位数不足引起能量分辨率变差.对数字脉冲处理系统中的脉冲成形算法进行研究,结果表明成形信号不会因前级系统的参数变化而畸变,证明了该数字脉冲处理系统的鲁棒性.建立完成SDD数字脉冲处理系统,并对系统进行测试,验证了系统的正确性.     

基于标准探测器的硅单光子雪崩探测器探测效率测量

针对硅单光子雪崩探测器探测效率高准确度测量的需要,建立了一套溯源至标准探测器的硅单光子探测器探测效率测量装置。首先通过大动态范围高精度衰减产生光子数已知的准单光子源来校准探测器的探测效率,其次对影响探测效率测量的后脉冲概率和死时间进行了分析与测量,最后系统分析了各测量不确定度的来源,实现了硅单光子雪崩探测器在632.8nm波长处探测效率测量不确定度达到0.6%(k=2)。该装置采用超连续谱光源与单色仪组合输出单色光源,结合标准探测器,可根据需要实现硅单光子雪崩探测器宽波段内的探测效率自动化测量。     

双面硅多条探测器的测试

介绍了由中国科学院近代物理研究所和北京大学微电子研究院联合研制的双面硅多条探测器的初步测试过程及测试结果。测试内容包括: 探测器的电特性、 能量分辨率、 二维能谱、 条间串扰（crosstalk）。在-25 V全耗尽偏压下, 各条的反向漏电流均小于10 nA, 对于5.486 MeV的α粒子, 正面各条的能力分辨率在1.5%左右, 条间串扰在6%左右; 背面各条能量分辨率稍差, 在3%左右, 其条间串扰在1%左右。同时对进口的Micron BB1直流耦合单边读出的双面硅条探测器做了相同测试, 并进行了性能对比。The testing of a doubled-sided multi-strip silicon detector manufactured by Institute of Modern Physics of CAS and Peking University were introduced. The electrical characteristics and energy resolution, two dimensional spectrum, crosstalk were presented. The reverse leak current of each strip is smaller than 10 nA under bias voltage of 25 V. The energy resolution of strips on the front side is about 1.5%, but a little worse for the backside strips, about 3%. The level of crosstalk is about 6% for the front side, 1% for the backside. Same tests were carried out on the commercial Micron BB1 detector and a comparison was presented.     

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.     

二维位置灵敏硅探测器的应用研究

对二维位置灵敏硅探测器进行了239Puα源刻度测试,并在弹性散射实验中使用了二维位置灵敏硅探测器.考察了两种定位方法在实验中与测试中的一致性.测量了二维位置灵敏硅探测器的能量分辨率、位置分辨率和位置畸变.对位置畸变进行了定性理论解释.     

沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器（MSND）性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高。沟槽宽度和沟槽间距为15 m和5 m是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线。当系统甄别阈取300 keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5 m和200 m时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137Cs源662 keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1103,与平面探测器相比提高了23.7倍。本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点。     

沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器(MSND)性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高。沟槽宽度和沟槽间距为15μm和5μm是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线。当系统甄别阈取300keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5μm和200μm时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137 Cs源662keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1×103,与平面探测器相比提高了23.7倍。本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点。     

溯源至低温辐射计的硅陷阱探测器紫外波段绝对光谱响应度测量

介绍了溯源至低温辐射计的紫外绝对光谱响应度测量装置,对硅陷阱探测器在三个激光波长点进行了绝对光谱响应度校准实验.测量了硅陷阱探测器的空间均匀性和非线性系数,分析了影响测量准确度的各不确定度分量.实验表明:硅陷阱探测器在紫外波段266、325、379 nm三个激光波长点处的绝对光谱响应度测量扩展不确定度分别为0.19％、0.14％、0.11％,可作为紫外波段光辐射功率基准保持和传递的标准探测器,用于提高紫外波段光谱辐射度的校准能力.     

Timing properties and pulse shape discrimination of LAB-based liquid scintillator

Linear Alkyl Benzene (LAB) is a promising liquid scintillator solvent in neutrino experiments because it has many appealing properties. The timing properties of LAB-based liquid scintillator have been studied through ultraviolet and ionization excitation in this study. The decay time of LAB, PPO and bis-MSB is found to be 48.6 ns, 1.55 ns and 1.5 ns, respectively. A model can describe the absorption and re-emission process between PPO and bis-MSB perfectly. The energy transfer time between LAB and PPO with different concentrations can be obtained via another model. We also show that the LAB-based liquid scintillator has good (n, γ) and (α, γ) discrimination power.     

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性．本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法：一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量．将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B₀补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定.在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz(对应磁场为±0.093 9μT)范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性．     

位敏型探测器数字法读出研究(英文)

中国散裂中子源( CSNS ) 的建造对中子探测器提出了非常高的要求,如更大的有效面积、二维位置灵敏、高计数率、高探测效率和低的 灵敏度等。与传统的模拟读出方法相比,数字法读出具有更高的计数率, 更小的数据传输量,更简单的电子学设计以及更高的信噪比。对数字法读出进行了理论计算,利用GEM探测器的原始数据分析了数字法读出的位置分辨率与读出条宽度的关系。结果表明,数字法读出对于位置分辨要求较低( 小于4 mm) 的大面积位置灵敏探测器是一种较好的选择,如CSNS 小角谱仪探测器。Efficient thermal neutron detectors with large area, two-dimensional position sensitive, high counting rate high detection efficiency and low gamma sensitivity are required to satisfy the demands for the China Spallation Neutron Source (CSNS). Compared with the traditional analog readout method, the digital readout method has the advantages of higher counting rate, smaller quantity of data transmission, simpler readout system and higher signal to noise ratio. The theoretical analysis of the digital readout method is reported in this paper. Used the raw data of GEM detector, the relationship between the position resolution and the width of the readout strip was studied. The results indicate that the digital readout method could be a good choice for the large area position sensitive detector where the requirement of position resolution is less than 4 mm, e.g. the detector of Small-Angle Neutron Scattering (SANS) diffractometer of CSNS.     

CsI(Tl)晶体的$lt;i$gt;α$lt;/i$gt;/γ 波形数字化实时甄别

基于CsI（Tl）探测器对α/γ 粒子的波形甄别能力,采用电荷比较法设计了一种波形实时甄别系统. 介绍了实时甄别系统的设计原理,利用⁶⁰Co-γ源、²⁴¹Am-α源对实时系统进行了甄别实验,探究了不同参数对甄别效果的影响,并给出了最优甄别效果下的参数设置. 研究表明,设计的数字化实时波形甄别系统体积小,能准确、实时地甄别开α/γ粒子,最佳品质因子大于1.4,事件计数率可达3× 10⁵/s. 关键词： 数字化波形甄别 实时 电荷比较法 CsI(Tl)晶体     

Development of large-area quadrant silicon detector for charged particles

The quadrant silicon detector, a kind of passivated implanted planar silicon detector with quadrant structure on the junction side, gained its wide application in charged particle detection. In this paper, the manufacturing procedure, performance test and results of the quadrant silicon detector developed recently at the China Institute of Atomic Energy are presented. The detector is about 300 μm thick with a 48 mm×48 mm active area. The leakage current under the full depletion bias voltage of -16 V is about 2.5 nA, and the rise time is better than 160 ns. The energy resolution for a 5.157 MeV α-particle is around the level of 1%. Charge sharing effects between the neighboring quads, leading to complicated correlations between two quads, were observed when α particles illuminated on the junction side. It is explained as a result of distortion of the electric field of the inter-quad region. Such an event is only about 0.6% of all events and can be neglected in an actual application.     

Optimum Temporal Pulse Shape of Launched Light for Optical Time Domain Reflectometry Type Sensors Using Brillouin Backscattering

We investigated numerically the relationship between the temporal shape of an optical pulse launched into an optical fiber and the power spectrum of the Brillouin backscattered light it produces. We analyzed the measurement error of the peak-power frequency of the Brillouin backscattered light power spectra obtained from the launched light with various pulse shapes. In this investigation and analysis, we characterized the pulse shape by the width, leading-trailing time, and steepness. Regardless of the launched pulse shape, the peak-power frequency-measurement error increases as the pulse width shortens. For identical launched pulse widths, a triangular pulse generates the Brillouin backscattered-light power spectrum with both the narrowest profile and the largest peak power, and consequently provides the minimum error when we measure the peak-power frequency. This shows that a temporally triangular pulse is the best for the launched light.