GECAM卫星溴化镧晶体性能研究

GECAM卫星伽马射线探测器(GRD)设计使用3 in(1 in=25.4 mm)直径的溴化镧晶体(LaBr3晶体)作为伽马射线探测灵敏材料,后端耦合硅光电倍增管(SiPM)进行读出。对引力波最高能电磁对应体全天监测器(GECAM)卫星所用的LaBr_(3)晶体进行了本底测试,并根据晶体的掺杂类型进行了分类,使用放射源对所有晶体的性能进行了测试。为了研究LaBr_(3)晶体的辐照损伤情况,使用^(60)Co放射源对晶体进行了辐照损伤性能测试。测试结果表明,LaBr_(3)晶体的本底可分为单掺杂和双掺杂两个类型。GECAM卫星的LaBr_(3)晶体的能量分辨<18%@59.5 keV,满足设计使用要求。在1.65 kGy剂量的累积辐照后,经过较长时间的退激发,LaBr_(3)晶体试验前后662 keV的峰值变化小于15%,满足空间环境条件下(GECAM卫星在轨3年)的使用要求。

不同尺寸溴化镧晶体探测效率的MC模拟

运用蒙特卡罗(MC)方法以圆柱体裸晶体为例,对不同尺寸下的圆柱体溴化镧晶体的探测效率进行了刻度,得出了探测效率的拟合函数并通过拟合确定了其待定参数值。对相关实验研究具有一定的指导和参考价值,利用所得到的函数公式可以推导出各种尺寸大小的变化所对应产生的溴化镧的探测效率值,节省了重复实验的大量时间和精力。

引力波伽马射线暴探测用大尺寸溴化镧晶体封装件的制备及性能研究

本文采用改进的坩埚下降法生长了∅76 mm×76 mm的以氯化铈(CeCl 3)为掺质的溴化镧(LaBr 3)晶体。该晶体经切割、研磨加工、封装制成超薄铍(Be)金属LaBr 3晶体防潮封装件,封装件的晶体尺寸为∅76 mm×15 mm,入射窗选用200μm厚的Be金属片,当入射能量为5.9 keV时能量分辨率为55%。对封装件依次开展力学(1000 g冲击、14.12 g随机振动)、热真空(-40~+50℃、≤1.3×10^(-3)Pa)、辐照(160 krad剂量60 Co辐照)试验,并对试验前后封装件进行闪烁性能表征。结果表明,试验前后晶体外观无肉眼可见变化,662 keV的能量分辨率由5.30%变至4.89%,光输出损失0.2%。

直径2英寸氯化铈掺杂溴化镧晶体的制备与闪烁性能研究

本文采用改进的Bridgman法,以优化的工艺成功地定向生长出了50 mm×50 mm的溴(氯)化镧(铈)晶体,即掺氯化铈的溴化镧晶体,简称LBC晶体,测量了样品的光输出、能量分辨率、闪烁时间特性等性能指标。结果表明,坩埚下降法定向生长50 mm的LBC晶体具有优异的闪烁性能,其能量分辨率为3.1%,光输出相当于NaI∶Tl晶体的156%,衰减时间为17 ns。

一种基于溴化镧晶体的伽马能谱采集系统设计

为了提高脉冲中子全谱测井的统计精度,设计了一种基于溴化镧晶体的高效伽马能谱采集系统。对探测器原始信号进行前置放大、极零相消、S-K滤波成形、增益调节等电路调理,用较少的滤波成形级数得到准高斯波形;通过高速数字化多道脉冲幅度分析电路对数据快速处理,能够采集到分辨率更高的能谱曲线。现场试验结果表明,使用溴化镧探测器的高效脉冲中子全谱测井仪分辨率更高,含油饱和度解释结果与取心结果一致,剩余油解释结果精度更精确。

新型溴化镧闪烁晶体探测器研制

采用优选的封装材料及优化的工艺,将Φ1.5"×1.5"的LBC闪烁晶体与R6231-100光电倍增管直接耦合,并整体封装在铝合金外壳中,制成新型溴化镧闪烁晶体探测器。该探测器的能量分辨率为2.8%(^(137)Cs),在500 keV^1400 keV范围内能量响应的非线性为0.96%,脉冲幅度随探头方向的变化量为0.2%,在-30至+40℃范围内脉冲幅度输出的温度系数为-0.65%/℃。探测器除了来自于^(138)La的0.077cm^(-3).s^(-1)本底辐射外,还有来源于^(227)Ac及其子体的0.99cc^(-1).s^(-1)本底辐射。

DRS4在PET上的应用研究

利用8+1通道DRS4采集板作为PMT的电子学读出和数据采集系统,由H8500耦合La Br3晶体阵列以及XP20D0耦合La Br3晶体条组合成的探测器对22Na 511 ke Vγ射线进行了测试。经波形数字化处理后,单个La Br3晶体条FWHM为3.42%,DRS4系统获得La Br3晶体阵列位置映射图散点清晰,一维位置谱峰Sigma值小于CAMAC系统。实验表明:DRS4满足PET数据采集系统要求,可大幅消减电子学的规模和功耗,有利于PET系统的小型化和降低搭建成本。

LaCl_3和LaBr_3单晶弹性模量的测量及计算

采用纳米压痕法测量了新型无机闪烁体材料LaCl3和LaBr3单晶的弹性模量,以及用波形信号发生器产生的超声波在两种晶体中沿c轴和垂直c轴方向的传播速度,并结合声速,通过Christoffel方程计算得到了两种晶体的弹性常数矩阵,利用第一原理计算了两种晶体沿c轴方向的弹性模量值。结果表明:在LaBr3晶体中声波的传播速度大于LaCl3的;纳米压痕法实验测得LaCl3和LaBr3单晶沿c轴方向的弹性模量值分别约为45.3GPa和32.5GPa,接近真实情况。