直接型卤素钙钛矿X射线探测器结构设计研究进展

X射线探测技术在医疗诊断、安防检测和科学研究等领域有着广泛的应用,直接型X射线探测器拥有更高的理论探测效率、空间和能量分辨率,受到了国内外的广泛关注。钙钛矿材料因其X射线衰减系数大、体电阻率高、光学带隙合适以及易大面积制造等优势,成为直接型X射线探测器的理想材料。随着对探测性能的需求的不断提高,合理的器件结构设计显得尤为重要。本文从电极工程和能带工程两个方面出发,综述了有关直接型钙钛矿X射线探测器器件结构设计的最新进展。最后,我们对这些研究进展进行了总结,并对未来的发展进行了展望。我们希望这篇综述能为研究者们提供参考和启发。

用Si光电二极管标定软X射线探测器

为了实现软X射线波段光源相对光谱分布的测量,引进了一种利用新型软X射线波段传递标准探测器—Si光电二极管对软X射线探测器进行标定。标定了软X射线波段光谱测量实验中常用的探测器—通道电子倍增器在放大电压为1.3kV时的量子效率,并对实验结果进行了分析,得出在8～30nm波段内探测器标定误差为5.7%～8.9%。

可微调非粘结光锥阵列耦合数字X射线探测器

光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径,但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足,设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制,特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下,通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点,设计了基于ARM+4FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统,所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm,能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.

PIN光敏二极管X射线探测器的性能与应用研究

介绍了 PIN型光敏二极管和电荷灵敏前放组成的 X射线探测器的性能和测量结果 ,并与Cd Zn Te探测器的能谱测量结果进行了比较 ,还研究了温度对光敏二极管能量分辨率的影响。2 5℃时 ,光敏二极管探测器对2 4 1Am的 5 9.5 ke V峰的能量分辨率为 7.6 % ,冷却到 0℃后达到 4 .7%。

资源一号卫星星内粒子探测器与神舟二号X射线探测器对高能电子探测的比较分析

利用资源一号卫星和神舟二号留轨舱上搭载的高能粒子探测设备对 2 0 0 1年 2～ 6月同一时段内的资料进行了对比分析 .神舟二号飞船X射线探测器的观测结果反映的空间高能电子的分布 ,表明在 4 0 0km的较低高度上 ,地理纬度 4 0°附近以及SAA地区也可以观测到数百keV的高能电子 .资源一号卫星的探测结果显示了在 80 0km高度附近 ,同一时段内若干兆电子伏特的高能电子的全球分布 .后者出现的最低地理纬度和相应的经度位置则和前者是一致的 ,说明两个高度上高能粒子的分布仍然都受地磁场控制 ,粒子主要来源于地球辐射带 .资源一号卫星高能粒子探测器的能挡与神舟二号飞船X射线探测器的能挡不同 ,彼此可以较好地补充 .但由于神舟二号轨道倾角较低 ,全面的对比也受到一定的局限 ,在进一步深入分析现有资料的同时 。

FY-2C卫星太阳X射线探测器性能定标

通过具体的实验对FY-2C太阳X射线探测器进行了详细的定标．太阳X射线探测器的传感器采用充Ar气的正比计数器．主要探测能量大于4 keV的太阳X射线流量．在坪特性、效率、正比性、能道划分、能量分辨率和时间分辨率等6个方面详细介绍了定标的方法及结果．定标结果表明, FY-2C卫星的太阳X射线探测器在各个方面都具有很好的性能．最后对FY-2C的在轨探测数据与GOES卫星进行了比较．GOES卫星的太阳X射线传感器采用电离室．FY-2C的探测结果与GOES的探测结果非常吻合．结果表明, FY-2C太阳X射线探测器可以很好地监测太阳X射线的流量变化,为空间环境监测提供有效的服务．

CVD金刚石膜X射线探测器的研制及性能研究

金刚石以其独特的性能成为辐射探测器的理想材料。采用HFCVD方法制备了高质量、(100)取向的CVD金刚石膜,在此基础上研制出X射线探测器。使用55Fe 5.9keV X射线研究了CVD金刚石膜探测器的光电流和电荷收集效率。结果表明,探测器在偏压加到100V还具有好的欧姆接触;电场为50kV.cm-1时的暗电流与光电流分别为16.3和16.8nA;电荷收集效率η为45.1%,对应的电荷收集距离δ(CCD)为9.0μm。

基于脉冲星导航系统的X射线探测器

X射线脉冲星导航中脉冲到达时间(TOA)是脉冲星导航系统中基本的测量量,其测量精度直接影响导航定位的精度。国内外对用于X射线脉冲星导航的探测器研究还处于探索阶段。通过比较不同类型探测器的特性,根据导航定位精度对探测器各项性能指标的要求,提出一种X射线探测器系统设计方案,为用于脉冲星导航的X射线探测器的研制提供一种参考。本方案用CCD作为探测器主体,整个探测器由光学结构、CCD及电子学系统组成。

GaN基PIN结构X射线探测器

使用GaN基材料制备了PIN结构核辐射探测器,研究了探测器对X射线响应的多方面性能。在没有X射线照射时,探测器具有很小的漏电流,在-10 V时小于0.1 nA。对探测器的X射线的响应时间特性进行了分析和模拟,给出了很好的物理机制解释。研究了信噪比随外加偏压的变化,并得到了最佳信噪比对应的工作电压为-20 V。

快响应化学气相沉积金刚石软X射线探测器的研制

利用高品质化学气相沉积(CVD)金刚石,采用微带线结构研制了CVD金刚石软X射线探测器。利用脉宽为10 ps的激光器进行了探测器响应时间的测量,获得半宽度为115 ps的信号,经过计算得到CVD金刚石探测器的上升时间为49 ps。在激光原型装置实验中,通过与软X射线能谱仪测量结果的相互比对,证实所研制的CVD金刚石探测器是一种响应时间快、信噪比高、性能可靠的软X射线探测器。

基于光锥的X射线探测器耦合方法

针对传统的纤维光锥耦合式X射线探测器存在"多余"的耦合界面层会造成光通量损失,降低探测器的空间分辨率等问题,提出了基于电荷耦合器件(CCD)的光锥直接耦合方法。该方法采用带有高增益微通道板的图像增强器实现前置放大,像增强器通过纤维光锥直接与CCD的光敏面耦合,既作为光学转换器件,也起到放大作用。实验表明:这种耦合方法减少了光损失,空间分辨率提高一倍以上。

神舟二号飞船搭载的超软X射线探测器和γ射线探测器初步观测结果

The preliminary observing achievements of the Super Soft X ray Detector and the γ ray Detector in the fields of cosmicγ ray burst, solar X ray burst and cosmic X ray /γ ray background radiation are summarized. The detectors are onboard Shenzhou 2 which was launched on Jan.10, 2001. The scientific missions and the general situation of the instruments are briefly described.

小型化快响应软X射线探测器研究

研制了用于探测脉宽为亚纳秒级软X射线脉冲的小型化X射线探测器,对该类结构的X射线探测器的响应时间参数进行了理论分析与计算。根据理论分析与计算结果,采用基于有限元法的电磁场仿真软件HFSS10.0对该探测器的探测二极管进行了电磁场建模与仿真,并根据传输线理论对传输超宽带信号的同轴输出通路进行了优化设计,采用超薄高介电强度薄膜构成大存储电容的新方式,解决了设计该类高速探测器中存在的大存储电容与耐高压的技术难题。在"神光Ⅲ原型激光装置"上对该探测器进行了实验考核。实验结果表明,探测器的响应时间可达51ps。此外,还对设计该类高速响应探测器时某些物理学方面的考虑进行了讨论。

用CCD阵列组成的高分辨X射线探测器

介绍了基于ＣＣＤ的高分辨Ｘ射线探测器的结构和ＣＣＤ阵列的性能，比较了常用闪烁体的性能，设计了数据采集电路，将此探测器用于微焦点Ｘ－ＣＴ系统，结果表明系统具有很好的空间分辨率。

利用普通视频CCD作为紫外激光和软X射线探测器的研究

介绍了利用价格便宜的普通视频CCD来获取紫外激光和软X射线图像的方法和应用结果,以代替价格昂贵的紫外CCD、使用不方便的X光胶片或者昂贵的X光CCD,其关键点是:(1)去除CCD相机的自动增益校正;(2)将相机的校正系数γ值设置为1;(3)去除CCD相机前面的保护窗。作为一种简易的装置,可以用于紫外激光测量及激光与等离子体相互作用研究。结果表明,采用改造后的普通视频CCD测量紫外激光光斑,准确可靠,其灵敏度比科学级紫外CCD的低一个量级,它还可以测量软X射线的二维分布,作为X光针孔相机使用非常方便。

基于SDD的太阳X射线探测器脉冲成形电路设计

设计应用在风云二号03批空间环境探测器上的太阳X射线探测器在研制过程中需要一套完善的地面测控系统,太阳X射线探测器采用性能优越的SDD(Silicon Drift Detector,硅漂移传感器),主要对地面测控系统的脉冲成形电路进行了详细的电路分析,改进了电路结构,采用高速运算放大器实现了脉冲信号的滤波成形,用较少级数进行滤波即得到准高斯波形。利用Multisim12.0软件对成形电路的不同参数进行仿真测试,实验结果表明,设计电路达到了设计指标要求,具有移植性和通用性,使其能够在后端的脉冲幅度分析电路中被有效利用。

空间硬X射线探测器的本底抑制

空间硬X射线探测器的本底是影响其性能的关键因素,其成分比较复杂。讨论本底抑制的几种方法,并对常用的几种屏蔽材料通过实验和计算进行比较,给出实验了结果。

微结构对CVD金刚石X射线探测器电性能的影响

制备了结构为Ａｕ/金刚石膜/Ｓｉ/Ａｌ的光导型Ｘ射线探测器,研究了金刚石膜微观结构对器件暗电流－电压特性、电流温度特性以及在稳态Ｘ射线辐照下响应特性的影响．研究表明,采用[００１]结构金刚石膜制备的器件具有较大的暗电流和Ｘ射线响应．在高于５００Ｋ的温度区域内,随着温度的上升,器件暗电流以指数式上升,这可能与Ｓｉ占据金刚石格点产生１．６８ｅＶ的激活能有关．

一种高效率低纹波X射线探测器电源的设计

针对X射线探测器在野外现场的供电要求,采用高效率直流/直流升压电源芯片MAX668结合倍压电路与二阶电子滤波器实现高效率低纹波+100 V高压电源的设计。改变传统线性恒流源的设计方式,采用降压开关电源芯片作为电源调整器件,AD623仪表放大器将检流电阻上的电压信号,放大并与电源调整芯片构成负反馈,实现恒流源设计。实测表明,高压电源的静态功耗为14.5 mW,纹波小于15 mV,恒流源输出电流为350 mA时的效率大于81.3%。

一种X射线探测器测试仪的开发与应用分析

线阵列X射线探测器是X射线安全检查设备的核心部件,X射线探测器测试仪是针对安检设备的基础部件—X射线闪烁探测器的信号增益、本底噪声信号、相邻像素信号串扰等性能指标进行测试而设计的基础部件专用测试仪器。本文简要论述X射线探测器测试仪的功能和关键技术,介绍一种手动微调探测器测试仪的设计。该测试仪已经应用于X射线探测器的测试,文中列出了部分测试结果。