高純鍺射線探測器及其新技術(shù)教學(xué)課件

高純鍺射線探測器及其新技術(shù)怎樣思想，就有怎樣的生活高純鍺射線探測器及其新技術(shù)高純鍺射線探測器及其新技術(shù)怎樣思想，就有怎樣的生活高純鍺射線探測器

及其新技術(shù)石宗仁放射性計量測試部中國原子能科學(xué)研究院西安，2006,1021報告內(nèi)容引言１．Ge探測器２．Ge反康普頓和對譜儀３．Ge反康普頓譜儀陣列４．clover和cluster５．電極分割的Ｇe６．射線蹤跡陣列７．脈沖形狀分析總結(jié)導(dǎo)出的特性參數(shù)角分辨率(angularresolution),位置分辨率,考慮Doppler效應(yīng)的有效能量分辨率E， E2=E2s+E2n+E2D.優(yōu)良指數(shù) fom=P/TE-1.分辨本領(lǐng)(resolvingpower),在大的復(fù)雜的本底中挑選出弱射線的能力． RP=exp[ln(N0/N)/(1-ln/lnR)], R=0.76(SE/E)P/T.引言－射線探測器的特性5.能量范圍，6.定時分辨率，7.線極化靈敏度及其優(yōu)良指數(shù)，8.探測下限等。 所有參數(shù)都是射線能量Ｅ及其多重性Ｍ的函數(shù)，通常指Ｅ＝1.332MeV和Ｍ＝１.Ge探測器的發(fā)展提高E,,P/T性能指標．顯著提高分辨本領(lǐng).有關(guān)技術(shù)的發(fā)展電制冷技術(shù)使其廣泛的應(yīng)用，MC模擬為設(shè)計良好的探測器及計算其特性提供工具，數(shù)字電子學(xué)．１．HPGe探測器在1962年Ge(Li)，A.J.TavendaleandG.T.Ewan。

FWHM=6keV,分辨率的革命．相對NaI(Tl)的效率1％。在1971年HPGe,R.H.Pehietal.。大體積，現(xiàn)在p型HPGe的直徑和高度達98110mm2,體積800cc,質(zhì)量4.4kg， 207.6%，F(xiàn)WHM=2.4keV。HPGe探測器類型n-型和p-型Ge． n-型幾keV-20MeV，抗輻照及損傷可恢復(fù). p-型幾十keV-20MeV，有較好的能量分辨率．在幾何上，常用的為單開端同軸和平面兩種，及特殊的，如井型等.單開端同軸可認為由同軸平面和真同軸兩部分組成.單開端同軸從n-型和p-型的中心電極通過DC耦合分別引出負的和正的信號。HPGe的響應(yīng)函數(shù)響應(yīng)函數(shù)，一個單能射線在HPGe探測器中產(chǎn)生的脈沖幅度譜，特別是峰形函數(shù)。場增量、陷阱和表面道效應(yīng)影響峰形函數(shù)。脈沖形狀HPGe探測器輸出的脈沖形狀與電子和空穴對的產(chǎn)生位置有關(guān)。單開端同軸的平面部分與z和r，及真同軸部分與r有關(guān).晶軸取向效應(yīng),相對電場和電載體運動方向間的夾角影響脈沖形狀。脈沖形狀的影響 負面效應(yīng)定時分辨率比閃爍體差，彈道虧損．

正面意義甄別單次和多次相互作用的脈沖，定位．脈沖形狀甄別單次和多次相互作用產(chǎn)生的電流脈沖形狀HPGe的效率增大HPGe的立體角及其本征效率，即增大體積。增大體積帶來一系列的困難，如偶然和、符合和、彈道虧損、角分辨率及E等顯著地增加。提高HPGe顆粒度是另一個重要的方向。保持高效率，克服上述困難，還能實現(xiàn)射線源的影像測量等。２．Ge反康普頓和對譜儀為了提高P/T及單色化脈沖譜，有兩種譜儀：Ge反康普頓譜儀

在Ge外套2cm厚的BGO或4cm的NaI。Ge和閃爍體的反符合信號禁戒Ge的輸出．它適合E＜2MeV，78cm2，P/T從20%55%。對譜儀(pairspectrometer)

在Ge外套BGO或NaI環(huán)，環(huán)分兩半。Ge和兩半閃爍體三重符合信號允許Ge輸出。它適合E2MeV時。單色化脈沖譜．聯(lián)合譜儀。３．Ge反康普頓譜儀陣列在1980年Copenhagen,P.Twin．第一個用5個NaI(Tl)屏蔽的Ge(Li)反康譜儀構(gòu)成陣列(Array)，稱為TESSA．(totalenergysuppressionshieldarray)增大立體角和顆粒度。使用Ge探測器的重大創(chuàng)舉。Ge反康普頓譜儀陣列的意義角分布，能級自旋和多極混合比；通過多重符合得出射線級聯(lián)關(guān)系；分辨本領(lǐng)顯著地提高。現(xiàn)代的陣列

球(Gammasphere)在1987年美國洛倫茲貝克萊國家實驗室建造球．

122個HPGe+BGO組成，110六角形，12五角形.有效立體角2，全能效率9%，P/T比55%。它的最大特點是將70個HPGe的外電極分割為兩半，顆粒數(shù)增加。GammasphereGammasphereEuroball歐洲球(Euroball)在1997年法國、英國、德國、意大利、丹麥和瑞典等聯(lián)合建造。Euroball它由30個單開端同軸HPGe、26個clover和15個cluster探測器構(gòu)成。共30+104+105=239.反康陣列的性能達到極限，需要新概念。４．Clover和clusterClover,四葉苜蓿草四個5070mm2,n-型單端同軸HPGe，每個相對NaI的效率21%，總體積470cm3．BGO長242mm，厚度從19.5mm到3mm。35mm厚重金屬準直器用于防止射線直接點火B(yǎng)GO。共用一個低溫罐．cluster半六角形的寬度是59mm，后部圓的直徑是70mm，長度是78mm，總體積1800cm3，膠丸(encapsulation)Ge探測器.clover和cluster通過直接(direct)和后加(add-back)兩種方式,后加方式保持大體積的效率，顆粒數(shù)分別增加了4和7倍,適合射線的線極化度測量，高能射線的探測?，F(xiàn)在，Clover中的外電極分割成，8，16，32．５．電極分割的Ｇe

將整塊HPGe探測器的電極分割(segmentation)是HPGe制造技術(shù)的突破．類型單開端同軸Ｇe分割.平面Ｇe正交條．CanberraEurisysMesuresinFrance5.1單端同軸電極分割的Ｇe在1987年LBNL的Gammasphere首先采用.一維分割（沿著軸向和垂直軸向）＋脈沖形狀分析.面顆粒(pixel).兩維分割＋脈沖形狀分析，體顆粒度(voxel)．特殊的內(nèi)電極分割．外電極兩維分割GRETA特殊的內(nèi)電極分割HESSI(HighEnergySolarSpectroscopicImager)第一和第二段間反符合，第三段屏蔽．5.2Ge平面正交條LBNLP-type,11mmThick,3.8cm3.8cm,1919正交條在兩側(cè),條寬2.0mm，條間隙0.5mm地側(cè)DC,高壓側(cè)AC耦合.2D位置.Ge平面正交條第３維電子和空穴在相反電極的收集時間差．用做ComptonTelescope天體源發(fā)射的核素的特征線．ComptonTelescope3D平面做ComptonTelescope的原理先進的康普頓望遠鏡AdvancedComptonTelescope６．射線蹤跡陣列在1994年美國LBNL的科學(xué)家提出了新的射線蹤跡陣列概念。它122個(hex.110+pent.12)36重分割的Ge構(gòu)成，稱為射線能量蹤跡陣列(Gamma-RayEnergyTrackingArray)，簡稱GRETA。歐洲稱AGATA

(AdvancedGammaTrackingArray)．由192(hex.180+pent.12)分割的Ge個構(gòu)成.基于Ge電極的高度分割、脈沖形狀分析(pulseshapeanalysis)、蹤跡運算(trackingalgorithm)和數(shù)字信號處理電子學(xué)等四個技術(shù)。Compton散射Compton散射150keV-8MeV3-4次產(chǎn)生全能峰。原理36重分割Ge構(gòu)成４立體角的球殼，Compton散射到其它電極區(qū)段的通過后加方式能夠恢復(fù)，提高了，脈沖形狀分析確定一個射線每次相互作用的位置、沉積能量及產(chǎn)生時間，根據(jù)位置和能量，蹤跡運算重建一個射線在球殼內(nèi)的蹤跡。全能沉積的保留，非全能的剔出，提高P/T。利用Compton散射公式，從第一相互作用點得到射線的角，修正Doppler移位．提高E．GRETAGRETA GammaRayEnergyTrackingArrayGRETINA30個36重單端同軸,10組.1/4GRETA.＄18.8M，2008年.MultipleScatteringCompton散射公式Compton其它優(yōu)點當源的位置已知，從可拒絕本底；高顆粒度，消除偶然和符合和，角分辨率減小，0.8；允許高計數(shù)率；在10MeV，效率提高一個量級；通過第二相互作用點確定射線的線極化度；具有高的優(yōu)良指數(shù)cQ(E)2等。線極化度測量線極化度測量７．脈沖形狀分析計算脈沖形狀計算dQ/dt=q[E(re)Ｖe+E(rh)Ｖh]/V0,電場幾何、電場強度、晶體取向、雜質(zhì)濃度、偏置電壓、探測器的溫度、及前置放大器的特性等決定了在特定位置產(chǎn)生的脈沖形狀。建立30000個位置的脈沖形狀的數(shù)據(jù)庫。脈沖形狀分析的目的和方法目的得到構(gòu)成脈沖的相互作用次數(shù)、每次的位置及其沉積能量。方法通過最小二乘法比較計算的與測量的，得出次數(shù)、每次的位置及其沉積能量。靜態(tài)和瞬態(tài)電荷信號在目標電極的靜電荷信號(netchargesignal),在鄰近區(qū)段產(chǎn)生的信號稱瞬態(tài)電荷信號(transientchargesignal)靜態(tài)和瞬態(tài)電荷信號瞬態(tài)靜態(tài)和瞬態(tài)電流信號電流信號位置分辨率比較靜態(tài)和瞬態(tài)電荷的幅度和形狀，比較電流信號的幅度和過零點，位置分辨率遠小于區(qū)段的幾何尺度.在r、z和位置分辨率2mm.Ge30000顆粒.總結(jié)-性能比較在=30%，M=1時類型EkeV%P/T%線極化計數(shù)率MHzGe390.072010－0.08反康Ge390.075510－0.08Gammasphere3995510－0.08GRETA3.760801能3總結(jié)膠丸，共用一個低溫罐，整塊Ge的電極分割,脈沖形狀分析,極低本底的Ge工作在液體Argon