硅像素探测器X射线探测效率实验研究

X射线探测器经历了气体探测器和闪烁体探测器时代,进入了半导体探测器时代。作为一种新型的半导体探测器,硅像素探测器具有分辨率好、探测效率高、时间响应快、功耗低等特点。为了研究硅像素探测器X射线探测效率,设计了一套X射线探测系统,并进行了实验研究。实验分别测试了4.51、5.41、6.40、8.05 keV共4种不同能量的X射线的探测效率。后期进行了误差分析和数据处理,得到4种不同能量X射线正面入射时探测效率分别为53.00%、51.56%、40.65%和29.91%。该实验研究为寻找高探测效率的X射线探测器提供了一种新的思路。

室温下高探测效率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD),该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增(SAGCM)异质结构。通过电场调节和缺陷控制,SPAD在293 K的门控模式下工作,光子探测效率(PDE)为70%,暗计数率(DCR)为14.93 kHz,后脉冲概率(APP)为0.89%。此外,在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时,室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。

ZnS(Ag)/^(10)B_(2)O_(3)闪烁体烧制过程中内部孔隙对探测效率的模拟研究

为探究ZnS(Ag)/^(10)B_(2)O_(3)闪烁体内部不同孔隙大小、含量对探测效率的影响,通过基于Monte Carlo方法的Geant4模拟软件构建了相同占空比下不同孔隙大小、相同孔隙大小不同占空比的闪烁体几何模型进行模拟,得到孔隙的存在会影响闪烁体的最优探测效率,表现为探测效率随着占空比的增大而变小,孔隙的直径与探测效率并未呈现出严格的反比例关系,仅在闪烁体厚度大于0.4 mm范围上呈现出孔隙直径0.2 mm到孔隙直径0.05 mm探测效率下降的趋势,在小于0.4 mm厚度的范围上并未出现明显的规律。

基于蒙特卡罗模拟的BGO探测器探测效率研究

基于蒙特卡罗模拟方法,对比分析了圆柱型闪烁体探测器NaI(Tl)、LaBr3(Ce)及锗酸铋(BGO)对γ射线的探测效率,研究了晶体尺寸、入射γ射线能量、放射源与探测器间距离、包壳材料厚度对探测效率的影响。在相同条件下,BGO的绝对探测效率、全能峰探测效率及本征探测效率均大于LaBr3(Ce)及NaI(Tl)。对于BGO探测器,探测效率与晶体尺寸呈正相关关系;绝对探测效率及全能峰探测效率随γ射线能量的增加呈现先上升后下降趋势,本征探测效率与γ射线能量呈负相关关系;绝对探测效率及全能峰探测效率与放射源与探测器间距离呈负相关关系;包壳材料厚度对本征探测效率几乎无影响,越薄的铝制外壳可达到越好的绝对探测效率及全能峰探测效率。该研究结果能够为闪烁体探测器几何设计、产品研发和无源效率刻度提供一定参考。

水中总α放射性测量的超铀α核素探测效率研究

乏燃料处理厂运行、退役可能释放超铀核素到环境中,其环境水体和废水中总α放射性监测是环境监管重点工作。超铀α核素发出α射线能量和分支比不同,造成其探测效率有较大差异,准确分析其探测效率有利于提高测量准确性。通过蒙特卡洛模拟和实验装置模型,模拟20个不同质量厚度的13个超铀α核素的探测效率,并计算其计数率、探测效率等效因子、活度比计数率,进一步分析这些量与质量厚度的关系及对测量结果的影响。研究表明:当用^(241)Am作标准源,需要用探测效率等效因子、分支比、比例进行探测效率修正;当质量厚度小于2.548 mg/cm^(2)时,探测效率等效因子为0.72~1.00;当质量厚度大于饱和厚度时,探测效率的倒数与质量厚度呈线性关系,可以更优刻度探测效率;饱和厚度与α射线平均能量呈线性关系,可以最优进行质量厚度源制备。

水中总α、β放射性测量中探测效率等效因子相关性探讨

研究水中总放射性测量探测效率等效因子相关性。通过蒙特卡洛模拟计算和试验测量比较8个不同质量厚度40K、241Am源探测效率,验证实验测量装置模拟模型。模拟20个不同质量厚度、3个不同半径辐射源的6个α和β核素探测效率,计算其探测效率等效因子,进一步分析不同质量厚度,不同半径辐射源,不同能量的α、β核素探测效率等效因子相对偏差。40K作标准源,β核素辐射源半径不同,引起的探测效率等效因子相对偏差小于1.5%;241Am作标准源,α核素辐射源半径不同,引起的探测效率等效因子相对偏差小于8.05%,当质量厚度等于11.21 mg/cm^(2),辐射源半径不同引起的探测效率等效因子相对偏差小于3.08%。水中总α、β放射性测量,辐射源半径对α、β探测效率等效因子影响小于10%;日常水中总放射性测量,可以不考虑辐射源半径不同引起的探测效率等效因子修正,其结果能够满足相关标准要求。

长光纤ZnS探测系统的探测效率试验研究

随着快中子反应堆研究的不断发展,快中子直接测量技术成为研究焦点。提出了1种普通长光纤作为光信号传输媒介的ZnS探测系统。该系统不易受到电磁干扰,同时减小了探测器的体积。利用已有ZnS探测系统的探测效率,通过试验刻度,得到长光纤ZnS探测系统的探测效率为1.09%(2.45 MeV);同时,长光纤ZnS探测系统采集的脉冲信号时间宽度更低,降低了信号堆积的可能,有利于电子学信号采集系统分辨信号。该研究为快中子探测技术的工程应用提供了技术支撑。

澳科一号卫星太阳X射线探测器探测效率标定研究

太阳X射线探测器(Solar X-ray Detector,SXD)是“澳科一号”卫星B星(Macao Science Satellite-1B,MSS-1B)的主要载荷,包括软X射线探测单元(Soft X-ray Detection Unit,SXDU)和硬X射线探测单元(Hard X-ray Detection Unit,HXDU)两部分,采用硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)和碲锌镉探测器(Cadmium Zinc Telluride,CZT)双通道设计。太阳X射线探测器通过同时观测太阳精确的能量谱和强度信息,量化太阳耀斑的水平并研究其演化过程和机理等科学问题。为了实现从观测数据到真实太阳X射线数据的反演,需要对SDD和CZT的探测效率进行标定。利用蒙特卡罗程序MCNP5对SDD和CZT探测效率进行了模拟计算,并在单能X射线地面标定装置上开展了软、硬X射线探测效率标定实验。结果表明:SDD和CZT探测效率的实验结果与模拟预期结果吻合较好,其中,SDD-1的实验效率和模拟效率的最大相对误差不超过3.59%@16 keV,CZT-1的实验效率和模拟效率的最大相对误差不超过9.54%@120 keV。单能X射线流强测量的相对扩展不确定度为3.8%(k=2),太阳X射线探测器探测效率模拟结果的不确定度为0.12%。这项研究为“澳科一号”卫星的太阳X射线探测器提供了数据支撑,并对后续其他天文卫星的同类探测器标定提供指导和参考。

正比计数器探测效率的蒙卡模拟及测量研究

正比计数器是一款广泛应用于低能光子测量领域的气体探测器。为进一步研究正比计数器的辐射探测特性,利用Geant4程序模拟了正比计数器在2~90 keV能量段低能光子的探测效率,并利用正比计数器对标准放射源129 I、152 Eu和241 Am进行能谱测量,得到能量刻度曲线和探测效率。探测效率的实验测量结果与模拟结果最大偏差为2.29%,符合较好,验证了模拟能量段29.67~59.54 keV探测效率的准确性。结果表明利用Geant4建立的正比计数器模型与实际情况相吻合,为后续使用Geant4研究正比计数器辐射特性提供了依据。

基于全球闪电定位网的江淮闪电定位网探测效率分析:以台风“利奇马”为例

基于全球闪电定位网(World Wide Lightning Location Network,WWLLN)获取的闪电定位资料对江淮闪电定位网(Jianghuai Area Sferic Array,JASA)在内陆及近海区域的闪电实时探测性能进行评估。通过对2019年第9号超强台风“利奇马”期间产生的闪电活动进行对比分析,发现JASA和WWLLN对台风闪电的径向分布、时间变化和空间变化有较好的一致性,绝大部分闪电发生在云顶亮温小于220 K区域;在台风发展阶段,内核区闪电活动较为频繁,在台风成熟和消亡阶段时,闪电主要分布外雨带,内核区的闪电活动少但集中。在探测效率方面,JASA对江淮区域实时定位到的闪电数远多于WWLLN,相对探测效率和绝对探测效率分别为69.12%和92.51%。而在海洋区域(114~130°E,20~24°N和123~130°E,24~32°N),由于受到JASA站点位置分布的限制,闪电实时定位数略少于WWLLN,其相对探测效率和绝对探测效率分别为32.67%和52.26%。研究结果表明了JASA对内陆及近海区域雷暴具备较强的捕获能力,为实时监测台风期间强对流闪电活动的演变规律提供数据支撑,也为进一步完善站点布局以提升深海区域闪电探测性能提供了理论支撑。

人体感生24Na比活度测量的几何探测效率优化

通过测量人体24Na比活度可评估受照射人员的中子剂量,为降低中子剂量的探测下限,可提高γ探测器的几何探测效率,优化γ探测器的位置。利用MCNPX模拟不同照射几何条件下人体中24Na的空间分布,并模拟了24Na特征γ射线在体表的注量分布,最终选择人体背部中间靠近肝脏的位置进行测量。研究结果表明:当252Cf中子辐照剂量为100 mGy时,人体产生24Na的个数为(3.63~4.35)×109,使用晶体尺寸为φ 5×3 cm3的HPGe探测器在10 min内,对能量为1.369 MeV的24Na特征γ射线,可测量的计数不小于2.56×103,中子剂量的探测下限从~100 mGy降至小于1 mGy。

PIPS-α谱仪探测效率蒙特卡罗模拟及其影响因素

在α放射源能谱测量过程中,PIPS-α谱仪探测效率的影响因素有几何因子、空气层吸收、死层吸收、本征探测效率等,为了更精确地计算α放射源的活度,分析母体核素种类和浓度,探究各因素对探测效率的影响具有重要意义。使用蒙特卡罗软件模拟不同探源距、真空度下的α放射源的能谱测量;使用SRIM模拟5MeVα粒子在空气和死层中的射程及分布;使用PIPS-α谱仪测量241 Am,238Pu,239Pu三种标准源的实际能谱;根据实验与模拟的结果对各个因素对探测效率的影响进行分析,并计算得到谱仪对不同α放射源的本征探测效率。结果表明:在PIPS-α谱仪的能谱测量过程中,影响谱仪探测效率的主要因素是几何因子和本征探测效率,空气层和死层对α粒子的吸收可以忽略不计;谱仪对241 Am,238Pu,239Pu三种标准源的本征探测效率分别为64.84%,49.95%,51.55%。

使用单能X射线辐射装置对CdTe探测效率的实验刻度

CdTe探测器对单能平行光子源的绝对测量之前,需要进行效率刻度。利用MCNP5蒙特卡罗模拟程序建立CdTe探测器物理模型,模拟计算了10~260 keV能量段能点的本征探测效率,在10~60 keV能量段探测效率高于75%。用单能X射线装置和HPGe探测器对CdTe探测器本征探测效率进行了实验刻度。结果表明,在10~100 keV能量范围内CdTe探测器的模拟效率与实验效率趋势一致,最大误差不超过5.6%。因为Te元素在27 keV和32 keV处会产生逃逸峰,导致探测效率在这2个能量处有明显下降趋势。用^(241)Am和^(133)Ba放射源对CdTe探测器进行效率刻度验证,在能量为59.54 keV和81 keV放射源标定的探测效率与单能X射线辐射装置测量值相符。

涂硼电离室中子探测效率和灵敏度

从电离室工作原理导出了平板型涂硼中子电离室探测效率及灵敏度的计算公式,并求得其热中子探测效率和灵敏度。电离室对热中子探测效率饱和值为1.35%,灵敏度饱和值为9.65×10-1 4A.cm-2.s-1,与已有公式所得结果8.43×10-14A.cm-2.s-1相近。α粒子和Li离子对探测效率的贡献相差不大,但α粒子对灵敏度的贡献占主导地位。适当的硼膜厚度、慢化快中子、选用浓缩硼均有利于提高涂硼电离室探测效率和灵敏度。

高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟

利用同轴型高纯锗(HPGe)探测器测量152Eu和133Ba在15cm处的探测效率,调节探测器死层厚度和冷指尺寸,利用Monte Carlo方法对同轴型HPGe探测器的全能峰效率进行模拟计算,并将计算效率与实验效率进行比较.结果表明,当HPGe探测器的死层厚度为0.22cm,冷指半径和长度分别为0.301cm和1.00cm时,模拟效率与实验效率相符。

闪电定位误差及探测效率评估

为了实现闪电定位中定位误差及探测效率评估的自动化,从时差法闪电定位原理出发,分析了闪电定位原理存在的问题及其定位的误差来源。采用计算机模拟的方法,实现了对闪电的定位误差及探测效率的定量评估。以安徽省闪电定位网为例,说明了利用评估软件可以对已有的闪电定位网络作出有效的定位误差评估。分析了几种不同几何分布的布站效果,给出了几种基本布站模型,为将要布设的闪电定位网布站方案的提出提供选址依据。

高纯锗探测器探测效率研究

利用系列标准γ射线源对高纯锗探测器的探测效率进行了各种测量,与蒙特卡罗计算程序相结合,对于高纯锗探测效率进行了分析和讨论。计算效率与测量效率在4％以内吻合。在一定探测距离条件下面源与点源的探测效率在1％以内吻合,而且面源的自吸收可以用平行束在材料中的自吸收来计算;当面源靠近探测器时,由于γ射线的倾斜入射,这种方法就不适用了,需要用蒙特卡罗方法进行自吸收较正。

高纯锗γ谱仪对环境样品探测效率的模拟计算

作者利用蒙特卡罗方法 ,模拟计算了高纯锗γ谱仪对环境样品探测效率与γ射线能量、样品介质成份、密度及几何高度的关系 ,并与实验结果进行了比较 .结果表明 ,蒙特卡罗计算方法是进行高纯锗γ谱仪效率刻度的一种方便。

粤港澳闪电定位系统探测效率及精确度评估

为客观评估粤港澳闪电定位系统性能参数,将闪电定位资料与广州人工触发闪电试验及高建筑物自然闪电观测试验的观测结果进行了对比分析。结果表明,2007 2011年期间对真实闪电事件的闪电探测效率和回击探测效率分别为74%和40%,定位误差的算术平均值和几何平均值分别为2660 m和1500 m;2012年闪电探测效率和回击探测效率分别为97%和90%,定位误差的算术平均值和几何平均值分别为950 m和470 m。2008 2011年期间闪电定位系统的回击电流幅值约为真实值的0.7倍,而2012年约为真实值的4倍。总体上,2012年粤港澳闪电定位系统探测子站大幅度增加后,探测效率和定位精度均有明显提升,但对回击电流幅值的估算呈现系统性偏大。

海水就地测量探测器探测效率的MonteCarlo研究

为研制用于海洋放射性监测（特别是核电海域）的海水中就地7能谱仪，利用MonteCarlo程序MCNP，采用分层抽样、结果加权叠加的方法，模拟了海水中NaI（T1）、HPGe、CdZnTe、LaBr等探测器在理想状况下对几种有关7射线的能谱，并分析计算出以上各探测器对海水中137CS、60Co、56Mn、40K等放射性核素的探测效率、有效探测距离。结果表明，各探测器对γ放射性核素的有效探测距离约为20～40cm，具体数值与探测器种类和γ射线能量有关。综合探测效率和能量分辨率而言，LaBr探测器具有最好的实际应用价值。该结果为实际的海水中就地γ能谱仪的探测器选择和应用提供了重要参考。