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。

闪烁晶体几何形状、表面处理和单双面读出对伽马射线探测器光收集的影响

能量分辨率是闪烁体探测器的一个重要性能指标,特别是对于伽马能谱仪等伽马射线探测和识别领域。光收集是影响闪烁体探测器能量分辨率的一个重要因素,本工作利用Geant4工具包对闪烁体探测器中的光子传输进行了模拟,模拟了CsI(Na)晶体形状、表面处理和探测器的读出方式等对伽马射线探测器的光收集效率和光收集均匀性的影响。模拟结果表明,通过对圆柱、圆台、长方体和正方体等晶体形状的结果进行对比,圆台具有较高光收集效率和光收集均匀性;晶体表面研磨后具有更好的光收集特性;双面读出方式比单面读出方式的光收集性更高,能够提高10%~20%。为验证该模型的可靠性,搭建了实验平台进行实验验证工作,实验结果与蒙特卡罗模拟结果在2%范围内一致,该研究工作为优化伽马射线探测器以提高能量分辨率提供了关键设计依据。

硅油辅助法制备用于X射线探测的高质量MAPbX(I、Cl)_(3)单晶

高质量大尺寸的块体单晶对研究钙钛矿材料的基本特性和高能射线探测成像有重要价值。使用硅油辅助法制备MAPbI3单晶和MAPbCl_(3)单晶,并对其光电性能和X射线探测性能进行表征。结果表明:硅油辅助法生长的单晶质量和性能比逆温生长法获得的单晶更好,MAPbI3单晶的(110)晶面摇摆曲线半峰宽达到0.011 2°,荧光寿命为1 022 ns,缺陷态密度最低达到5.61×10^(9)cm^(-3);MAPbCl_(3)单晶的(100)晶面摇摆曲线半峰宽达到0.014 3°,荧光寿命为957 ns,缺陷态密度最低达到3.57×10^(9)cm^(-3)。基于MAPbI3单晶的X射线探测器获得7 300μC/(Gy·cm^(2))的高灵敏度。上述结果表明:硅油辅助法适合于大批量生产辐射探测用的高质量钙钛矿单晶。

杂化X射线探测器的优势与进展

占主导地位的X射线探测器主要分为直接半导体型X射线探测器和间接闪烁体型X射线探测器。近年来,杂化X射线探测器通过结合半导体和闪烁体材料的优势而出现。作为活性层的混合半导体和闪烁体导致了不同的工作机制。两相之间电荷/能量转移可以避免闪烁体的余辉效应。并且闪烁体的存在也优化了半导体材料的性能。本文总结了杂化X射线探测器的机制、进展和协同效应,以突出杂化X射线探测器的优势。根据不同的工作机制和各自的特点,我们详细讨论了三种类型的杂化X射线探测器。最后,我们对杂化X射线探测器存在的局限性和未来的发展方向进行了展望。

基于材料调控的直接转换型铅卤钙钛矿X射线探测器研究进展

X射线探测在诸如医学成像、特定晶体结构测定、射电天文学等领域有着非常重要的作用。而传统的用于X射线探测领域的材料如硅、锑化镉等存在制备工艺复杂、成本高、X射线探测灵敏度低等缺点,严重制约了X射线探测领域的发展。近年来,铅卤钙钛矿材料作为备受关注的热点材料,因其具备较大的原子序数、高吸收系数等优点,在X射线探测领域表现出非常优异的性能。而钙钛矿材料体系是一个大家族,不同组分的钙钛矿材料各有其优缺点,即使是同一组分的钙钛矿,根据其结晶性等参数的不同,性能表现也各不相同。本文从钙钛矿材料调控的角度出发,综述了近些年来直接转换型钙钛矿X射线探测器取得的成就,并对未来钙钛矿X射线探测领域的发展趋势做出了展望。

钙钛矿单晶X射线探测器:未来可穿戴电子器件的B位工程

卤化铅基钙钛矿单晶(SC)X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而,铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX_(3)杂化钙钛矿具有多种结构,通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相结合。在这篇展望中,我们总结了钙钛矿SC X射线探测器的最新进展,提供了从铅基到无铅再到无金属的B位工程概述。随后,提出了未来钙钛矿可穿戴电子器件的前景。我们希望这篇展望将为结构设计提供有益的指导,以实现高效、环保的钙钛矿可穿戴电子器件。

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。

低维卤化物钙钛矿直接型X射线探测器研究进展

X射线探测在医学影像、安检、工业无损探测等领域应用广泛。卤化物钙钛矿X射线探测器因具有灵敏度高、检测下限低等显著优点而引人瞩目,然而三维结构的钙钛矿内部离子迁移显著,导致其稳定性较差。研究表明,低维结构可以有效抑制钙钛矿中的离子迁移,进而提高钙钛矿X射线探测器的稳定性。本文围绕X射线探测器的工作原理、关键性能参数、低维钙钛矿材料及器件等方面,详细介绍了低维钙钛矿X射线探测器近期的研究进展,系统分析了低维钙钛矿材料的结构特性及其对X射线探测性能的影响。低维钙钛矿可实现兼具高灵敏度和高稳定性X射线探测器的制备,是发展潜力巨大的候选材料。进一步优化材料体系,设计器件结构,制备大面积、像素化的成像器件,深入研究探测器的工作机制等是促进低维钙钛矿X射线探测器走向应用的关键。

双钙钛矿Ba_(2)LuNbO_(6):Tb^(3+)闪烁体多模式X射线探测

采用高温固相法制备了双钙钛矿结构的Ba_(2)LuNbO_(6):x Tb^(3+)(x=0.01,0.02,0.05,0.10,0.20)闪烁体材料,并系统地研究了其晶体结构、形貌和X射线激发的光学性能。研究表明,在X射线激发下,Ba_(2)LuNbO_(6):Tb^(3+)的发射光谱主要由Tb^(3+)的特征发射组成,其中最强发射峰位于545 nm处。X射线发射(RL)强度随Tb^(3+)浓度的增加逐渐增大,当x=0.1时发射强度达到最大值。此外,X射线辐照5 min后的热释光(TL)曲线显示该样品存在位于T1(377 K)和T2(460 K)的两个陷阱。其陷阱深度分别为0.754 eV和0.920 eV,这表明该材料具有潜在的X射线信息存储性能。因此,我们可通过加热或者980 nm激光二极管激发,有效诱导读出存储在深陷阱中的载流子,实现高亮度光激励发光(PSL)和热刺激发光(TSL)。基于此,由Ba_(2)LuNbO_(6):Tb^(3+)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)所制备的柔性闪烁体薄膜,在低X射线剂量辐照下表现出优异的X射线成像分辨率(12.5 lp/mm)以及延时成像特性。以上结果表明,所制备的Ba_(2)LuNbO_(6):0.1Tb^(3+)在X射线探测和X射线信息存储方面具有潜在的应用前景。

科学家首次实现单原子X射线探测

在美国俄亥俄州立大学物理学教授、阿贡国家实验室科学家Saw Wai Hla的带领下,来自俄亥俄州立大学、阿贡国家实验室、美国伊利诺伊大学芝加哥分校和其他机构的科学家团队获得了世界上第一个单原子的X射线信号。这项由美国能源部基础能源科学办公室资助的突破性成就,可能会彻底改变科学家探测材料的方式。相关论文2023年6月1日登上了《自然》杂志封面。

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.

X射线探测器系统的设计与实现

随着工业化和现代化的发展,对产品质量和安全性的要求越来越高。本论文旨在介绍一种基于专利技术的X射线探测器系统的设计与实现。该系统采用了先进的探测器技术,能够高效、准确地检测和测量X射线的强度和能量。论文详细介绍了该系统的设计原理、关键组成部分以及实际应用效果。通过对该系统的研究和分析,可以为X射线探测领域的进一步发展提供有益的参考。

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 。

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%。

核弹头模型的γ射线探测

本文对４种最基本的核弹头模型的γ射线探测进行了研究，给出了这４种模型的核弹头的γ射线发射率，及利用ＨＰＧｅγ谱仪进行探测和识别的可能性，并对其探测灵敏度进行了分析。

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%。

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．

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.

射线探测用碲锌镉晶体及其器件研究

采用改进的布里奇曼(B ridgm an)方法进行锌组分为0.15碲锌镉(Cd0.85Zn0.15Te)晶体的生长。通过严格控制晶体生长过程中Cd的蒸气分压,使得所生长的碲锌镉晶体在结晶质量方面达到了较好的水平。对其性能进行测试,红外透射比T>60%、沉积相密度<1×104/cm2、位错腐蚀坑密度DEPD<6×104/cm2、X射线衍射双晶回摆曲线半峰全宽FWHM<20 arcsec、电阻率ρ>1010Ω.cm。利用所生长的晶体初步制作了平面型单元碲锌镉射线探测器,所用晶体的尺寸为5 mm×5 mm×2.5 mm,制成的探测器在室温下对125I和241Am放射源进行了探测测量。对125I放射源,探测出了强度为74.5%的27.5 keV的γ射线特征峰,不能仔细分辨出强度为39.8%的27.2 keV的γ射线特征结构;对241Am放射源,探测出了59.5 keV的γ射线特征峰,分辨率优于6 keV,半峰全宽FWHM<10%,同时还能检测出Te、Cd的X射线逃逸的混合峰以及241Am低能Te-K系、Np-L系的两个X射线特征峰。

钝化处理对CdZnTe Γ射线探测器漏电流的影响

表面漏电流引起的噪声会限制CdZnTe探测器的性能 ,尤其对于共面栅探测器 ,漏电噪声的大小与器件的电极设计和表面处理工艺密切相关。研究了化学钝化的工艺条件对CdZnTe表面状态的影响 ,借助原子力显微镜、电子探针和微电流测试仪等手段 ,研究了CZT表面形貌、组成等特性与器件电学性能之间的关系 。