星载高速跨阻放大器电离总剂量效应研究

为得到卫星搭载的高速跨阻运算放大器在星载环境中长时间工作后的性能变化情况,对3款增益带宽积大于1 GHz的高速跨阻放大器芯片关键特征参数的电离总剂量损伤特性及变化规律进行了试验研究。辐照试验在^(60)Coγ射线源上采用高温加速评估的方法完成,辐照到放大器芯片上的剂量率为0.3~0.5 Gy(Si)/s。分析了放大器芯片输出偏置、输出噪声和带宽等关键电参数在辐照前后及高温(85℃±6℃)退火前后的特性,讨论了引起电参数变化的机理。结果表明,经过两轮150 Gy(Si)剂量辐照及高温退火后,放大器芯片的输出偏置和输出噪声水平无明显变化,时域脉冲响应正常,-3 dB带宽减小了3%左右。带宽为3款高速跨阻放大器芯片的辐射敏感参数,其变化与电离辐射在SiO_(2)/Si界面引起正电荷建立和界面态直接相关。辐照后的芯片仍然能够满足高带宽测试情况下的需求,150 Gy(Si)为电参数和功能合格的累积剂量。

电流型碲锌镉探测器模拟信号调理方法研究

针对电流型碲锌镉(CdZnTe,CZT)探测器输出的快脉冲模拟信号后沿存在过冲、振铃等信号畸变问题,采用传输线理论,分析了阻抗匹配对CZT探测器输出电流型快脉冲信号的影响,仿真研究了电流型快脉冲信号的典型阻抗匹配方法。根据仿真结果,采用平面型CZT探测器样品,在西安120 MeV电子直线加速器上开展了实验研究,研究了不同阻抗匹配位置、不同匹配电阻阻值下CZT探测器输出的模拟信号,实测波形和仿真结果符合较好,验证了本文提出的模拟信号调理方法的可行性。提出的以阻抗匹配为核心的模拟信号调理方法,对电流型半导体探测器,及其他类似超快时间响应探测器中的脉冲信号畸变问题,具有一定的借鉴意义和参考价值。

能量响应平坦的康普顿探测器设计

以开展能量响应平坦的真空康普顿探测器为目的,采用厚薄材料叠加补偿设计思想,使用蒙特卡罗方法,对真空康普顿探测器的灵敏度能量响应进行了优化设计。优化的探测器系统采用0.01,1.00mm厚Au叠加的发射极,3mm厚Fe前窗以及3mm挡铅。在40mm准直下,实现了在0.4～7.0MeVγ能区内,探测器本征灵敏度极值变化小于10.7%。该能量响应平坦性优于当前各种常见的γ探测器。

真空康普顿探测器能量响应平坦性关键因素模拟分析

对真空康普顿探测器灵敏度构成进行了分析,得到了影响探测器能量响应的关键因素。使用蒙特卡罗方法对比分析了这些关键因素对探测器能量响应平坦性的影响。结果表明:发射极的材料及厚度是决定能量响应的最重要因素,不同材料、不同厚度的发射极,探测器能量响应曲线差异较大,对于高Z材料,厚度10μm量级与100μm量级,探测器能量响应曲线有着相反的变化趋势;前窗是影响探测器能量响应的次重要因素,前窗材料的种类对能量响应影响的分散性小于10%,而前窗材料厚度对探测器能量响应影响较大;后窗对能量响应影响的分散性小于5%;衰减物质使探测器对低能(<0.4 MeV)γ射线的灵敏度衰减较大,主要用来调整探测器对低能γ射线响应曲线的变化趋势。

基于反射滤光方法的氟化钡快响应γ射线探测技术

测量和分析了氟化钡(BaF2)晶体的基本光谱特性;设计并研制了一种反射式紫外带通滤光器,用于抑制BaF2晶体630ns慢响应荧光成分并获取0.6ns快响应荧光成分,快慢成分之比提高了102以上。基于该滤光器和BaF2晶体,研制了ns级时间响应γ射线探测器,可用于强流快脉冲γ射线测量。

120 MeV电子直线加速器在线自动老练系统研制

为保证电子直线加速器的性能和稳定运行,需对高功率微波加速结构进行老练。针对微波系统老练效率低、时间长和实验人员工作强度大等问题,研制了基于EPICS和SNL的在线自动老练系统,系统基于现有控制系统结构开发,提高了老练效率,缩短了约25%的老练时间,同时减少了工作人员操作设备的工作强度,为后续加速器顺利出束并达到设计指标打下良好的基础。

一种快脉冲X射线源角分布测量方法

在脉冲X射线测量中,当出射X射线粒子总数低于108时,通过闪烁体成像测量角分布的方法难以获得结果。提出了一种将准直孔阵列、快时间响应闪烁体和多路延时光纤相结合的电流型测量方法,通过记录不同角度的瞬时脉冲波形,能够实现ns以下小焦斑快脉冲X射线角分布的测量。基于该方法研制的测量系统在亚ns重复频率快脉冲硬X射线源上进行了实验验证,获得了距源20cm处的角分布数据。

基于微通道板的中子探测器γ射线灵敏度

研制了一种基于微通道板的超快脉冲中子探测器,对其γ射线灵敏度进行了理论和实验研究。建立了探测器的γ射线灵敏度理论计算模型,利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量γ射线在不同厚度聚乙烯靶中产生的出射电子能谱和出射角度分布,并结合经验公式计算了单个电子在微通道板(MCP)孔道中产生的二次电子产额,最后得到了探测器的γ射线灵敏度,结果表明当聚乙烯靶厚度大于某一值时,γ射线灵敏度基本相同。利用西北核技术研究所的标准γ射线放射源对探测器的γ射线灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果一致。

期望最大法用于脉冲γ射线解谱的理论模拟与分析

分析了衰减透射法测量脉冲γ射线能谱的原理,理论模拟了衰减透射法能谱探测过程,使用期望最大法对模拟结果进行了能谱重建,分析了重建初始谱及测量噪声对解谱结果的影响。结果表明,期望最大法能较好地解出基于衰减透射数据的脉冲γ能谱;测量噪声水平在1%以内,算法具有较强的鲁棒性。

谱估计方法在大型实验装置地基振动测量中的应用

大型物理实验装置为获得高品质的强流脉冲电子束流,通常对地基振动都有较高的要求。详尽的地质振动状况分析是装置选址的重要前提。本文针对某装置待勘区域实际地质条件和周围人文环境,首先简要介绍了测点布设、振动测试系统的基本组成,然后通过分阶段测试比对试验对某装置待勘区域进行实际振动测量,最后应用谱分析的方法对区域内不同时间段、不同方向的测量数据进行分析,评估选址位置是否合理。数据结果表明,待勘区域在5μm·s^(-1)以上速度被95%概率检测,垂直方向位移振幅谱在185 nm,水平方向大于垂直方向约60 nm,物理实验表明,进一步基建过程中应采取适当的减震措施降低垂直位移幅度。

基于载流子猝灭模型的闪烁体发光非线性效应理论分析及实验验证

闪烁体探测器是辐射物理领域重要的探测器件,闪烁体作为其中的核心部分,其特性受到广泛研究,特别是闪烁体在高激发密度下的非线性效应由于其对测量结果的直接影响而得到格外关注.本文结合目前国内外闪烁体发光的相关理论,以载流子方程为基础,量化分析了激子的二阶猝灭效应对于载流子动力学过程的影响,着重计算分析了脉冲测量场景下不同激发密度产生的不同初始载流子浓度对于闪烁体光衰减曲线、光产额以及效率的影响.接着利用光致激发实验,研究了CeF_(3)闪烁体光产额与激发密度的关系,并利用载流子猝灭模型对实验数据进行了拟合,拟合曲线与实验数据一致性较高,并得到了CeF_(3)闪烁体10%非线性效应对应的能量密度阈值.通过本文研究工作建立的物理模型,结合不同的模型参数,可以实现多种闪烁材料发光非线性特性的预测和解释,对于理解及解决实验中遇到的闪烁体在高激发密度下产生的非线性效应问题具有重要作用.

三氟化硼Bonner多球谱仪的中子源能谱测量方法

为解决~3 He气体短缺且价格日益昂贵所造成的中子能谱测量装置灵敏元缺乏问题,研制了一套BF3正比计数管多球谱仪系统。基于蒙特卡罗方法对Bonner多球谱仪系统的细致结构进行建模,模拟计算得到了探测器能量响应灵敏度;在中国原子能科学研究院的高压倍加器上使用2.86MeV与14.84MeV能量的中子对谱仪系统的探测器能量响应灵敏度进行了标定,结合模拟结果确定了谱仪系统在实验条件下的能量响应灵敏度;使用此谱仪系统对241 Am-Be中子源能谱进行了测量,对多球谱仪测量结果使用自编Gravel算法进行逆卷积解谱,解谱所得能谱与^(241)Am-Be中子源标准能谱的对比结果表明,在总体不确定度小于21.46%的范围内二者符合良好,验证了整套多球系统具有较高的可靠性。该三氟化硼多球谱仪系统有望在加速器、反应堆及同位素中子源环境的中子能谱与剂量检测中得到更为广泛的应用。

基于高亮度γ源的核共振荧光研究综述

总结比较了国内外利用高亮度γ源进行核共振荧光(nuclear resonance fluorescence,NRF)研究的最新成果,从理论上分析了NRF的反应截面,介绍了利用Geant 4对NRF过程的蒙特卡罗模拟,通过比较不同激发光源下得到的NRF实验结果,说明了激光康普顿散射源在NRF研究中的优势。介绍了NRF实验中常用的背散射探测方法和透射探测方法,分析比较了不同探测器的性能。最后,展望了未来NRF的研究方向。

微通道板的增益研究

微通道板(Microchannel Plate,MCP)是一种超快时间响应的电子倍增器件,可以直接用于带电粒子探测。利用这一特点研制了时间响应亚纳秒的基于反冲质子的MCP中子探测器,而MCP的增益对探测器的性能具有非常重要的作用,因此有必要对探测器中MCP的增益进行理论和实验研究。采用蒙特卡罗方法模拟计算了单个电子在单个微通道上进行倍增产生的二次电子数目,计算得到了单片MCP在不同电压下的电子增益,然后利用α粒子实验研究了两片MCP的增益。计算结果表明:单片MCP增益理论计算得到的结果与厂家测试给出的结果比较一致;实验结果表明:当每片MCP所加电压为800 V时,两片MCP的增益约为9.0×106。该方法简便易行,为研究MCP的增益提供了新的技术手段,并为研究基于MCP的中子探测器提供了理论基础。

120MeV电子直线加速器束流准直研究

120 MeV电子直线加速器对于束流发射度有较高的要求,传统的光学准直难以满足需求。本文研究采用基于在线束流准直方法(Beam Based Alignment,BBA)以实现精度更高的准直,获得更好的束流性能。根据加速器结构配置情况,使用消色散校正法(Dispersion-free Steering Algorithm,DFS),对加速器束流匹配传输段在不同束流抖动情况下进行模拟计算。计算结果表明,DFS算法对于120 MeV电子直线加速器装置的束流准直应用效果良好。

时间拉伸漂移管模拟技术

通过粒子模拟(PIC)的方法研究了可用于全高半宽度10 ps量级快脉冲光信号脉宽测量的时间拉伸漂移管。分别模拟了光阴极半径、加速管长度、加速电压、漂移区长度、螺线管中心磁场强度、初始光电子能量和初始光电流对时间拉伸漂移管展宽系数的影响。分析了时间拉伸漂移管展宽系数的主要影响因素,同时给出了漂移管展宽系数对初始电子能量和初始光电流的线性关系,证明了所设计的时间拉伸漂移管能够满足逆康普顿散射源的束长测量。研究结果可为逆康普顿散射源电子束长测量提供技术手段。