核 電 子 學(xué) 方 法.ppt

1、第一章、探測器信號與前置放大器,1、核輻射探測器概述,核輻射與物質(zhì)的相互作用； 電離、激發(fā)、光電效應(yīng) 能量電荷； 核輻射粒子通過介質(zhì)時沉積部分或全部能量產(chǎn)正、負(fù)電荷對。 收集電荷，形成電信號； 測量電信號，可獲得核輻射粒子所攜帶的信息。,常用探測器,脈沖電離室（電離） 正比計數(shù)器 （電離） 半導(dǎo)體探測器 （電離） 閃爍探測器 （激發(fā)，光電效應(yīng)）,脈沖電離室,探測帶電粒子 氣體的平均電離能: 20 - 40eV 非帶電粒子？,正比計數(shù)器,電離 氣體放大 氣體放大倍數(shù) 101-103 探測更低能量粒子,半導(dǎo)體探測器,“固體電離室” 電子-空穴對 平均電離能: Si(室溫） 3.61eV Ge(77

2、K) 2.96eV,閃爍探測器,原子激發(fā)發(fā)射光子光電轉(zhuǎn)換倍增 平均光能輸出額 3000/MEV 光陰極靈敏度 f(l) 倍增系數(shù),探測器等效電路,為一個輻射粒子在探測器中產(chǎn)生的電流信號， CD為探測器輸出電容,一般從幾個 pF到幾十 pF， RD為探測器輸出電阻,一般從幾百千歐姆至幾百兆歐姆， Q為一個粒子產(chǎn)生的電荷量，正比于輻射粒子沉積在探測器中的能量。,探測器輸出信號的基本特性,輸出信號的幅度 探測器的固有能量分辨 探測器的線性和穩(wěn)定性 時間特性（電流波形）,探測器信號幅度,輸出信號的幅度取決于： 探測器中的介質(zhì) 粒子沉積的能量 入射粒子在探測器介質(zhì)中產(chǎn)生電荷對的平均對數(shù)為： 其中 E為入

3、射粒子在介質(zhì)中沉積的能量， 為平均電離能 ， A為探測器次級效應(yīng)的倍增系數(shù)。,探測器信號幅度,定義 單位能量（如1Mev）產(chǎn)生的平均電荷對數(shù),對于閃爍探測器 其中 為光電倍增管的平均倍增系數(shù)， 為光電倍增管光陰極得到的電子數(shù)與入射粒子沉積在閃爍體中能量之比：,探測器的能量-電荷轉(zhuǎn)換系數(shù),對于1MeV的能量沉積，各探測器中產(chǎn)生的電荷： 脈沖電離寶：3104 電子離子對 正比計數(shù)器：3104A 電子離子對 半導(dǎo)體探測器：3105 電子空穴對 閃爍計計數(shù)器：,脈沖電離寶：0.25mV 正比計數(shù)器：25mV(設(shè)A = 100) 閃爍計數(shù)器：0.25V(設(shè)M = 105) 半導(dǎo)體探測器：2.5mV,輸出

4、信號的幅度為： 若探測器輸出端電容CD=20pF，可估算得到上述四種探測器輸出電壓信號幅度大致為：,固有能量分辨,電荷產(chǎn)生過程存在著隨機性，產(chǎn)生的電荷對數(shù)N的分布 ：,探測器的固有能量分辨定義為：,從測量的角度考慮,V的分布f(V)與f(N)相同，也是高斯分布 從實際測量的電壓幅度譜得到的能量分辨： 幾種探測器能量分辨的典型值： 脈沖電離寶：35%(0.1Mev) 正比計數(shù)器：1420%(5.9Kev) Ge(Li)半導(dǎo)體探測器：0.1%(1.33Mev) Nal閃爍探測器：78%(662Kev),探測器的線性和穩(wěn)定性,線性 電荷對數(shù)平均值與所消耗粒子能量的線性程度 電離室和半導(dǎo)體探測器具有較

5、好的線性 0.015% 閃爍體 1% 穩(wěn)定性 受環(huán)境溫度和電源電壓變化的影響,探測器的時間特性,電荷的收集過程 電流波形 基本原理，電荷在外電場作用下漂移 受探測器的介質(zhì)，結(jié)構(gòu)和機理影響,電離室輸出波形,含有快慢兩種成分分別在ms和ms量級 波形和粒子入射位置有關(guān),正比計數(shù)器輸出波形,iD(t)主要成分為倍增離子電流。 A為常數(shù)(外加電壓、探測器內(nèi)部氣壓等有關(guān)) a,b 為幾何尺寸，b2約為a2的105倍 T一般為0.11ms 持續(xù)時間近似取從最大到1%這部分，即為0.1s1s，與粒子入射位置無關(guān) 信號的產(chǎn)生時刻相對與粒子入射時刻有延遲,最大約為0.1s1s,閃爍探測器的電流波形,其中Ti為光電倍增管電子平均渡越時間，sT為渡越時間漲落的偏差。t0為閃爍體熒光衰變時間常數(shù)。 電流持續(xù)時間取決于sT 和t0，兩者都在1100ns量級，因而電流持續(xù)時間在1100ns