高纯锗探测器实验的可视化数据分析系统

高纯锗(high-purity germanium,HPGe)探测器是γ放射性分析的重要设备之一。HPGe探测器实验对于核学科人才培养至关重要。基于兰州大学核科学与技术学院HPGe探测器本科生实验教学需求,开发了基于LabVIEW的可视化数据分析系统。系统以可视化的编程方式完成HPGe探测器的效率刻度和能量刻度,能够实现对实验数据的分析与处理及实验结果的可视化输出,具有活度测量和未知源判断两种功能。系统界面清晰简洁、操作方便,丰富了实验教学模式,有助于激发学生的学习兴趣,提升实验课堂教学效果。同时,该系统在中子活化分析、核素分析、环境辐射监测等方面也具有一定的应用价值。

硅基锗探测器低暗电流技术研究

本文针对波导型硅基锗探测器制造工艺中引入的锗表面损伤与铝穿刺对锗探测器暗电流的影响进行了研究。我们发现,锗表面损伤和铝穿刺会对探测器暗电流产生直接影响并导致其增加。为此,本文采用湿法腐蚀工艺去除锗表面损伤层,同时使用低温淀积钝化层、以及电极金属增加TIN阻挡层的工艺,有效降低了锗探测器的暗电流,同时保持了其良好的欧姆接触特性。

硅基光电子工艺中集成锗探测器的工艺挑战与解决方法

锗探测器是硅基光电子芯片中实现光电信号转化的核心器件。在硅基光电子芯片工艺中实现异质单片集成高性能锗探测器工艺,是光模块等硅基光电子产品实现小体积、低成本和易制造的优先选择。本文讨论了硅基光电子芯片集成锗探测器在实际工艺中遇到的挑战和解决思路。硅基光电子芯片集成锗探测器主要挑战在于热预算兼容、金属污染防控及工艺结构的匹配三个方面。

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。

蒙特卡罗方法计算用于低能光子测量的高纯锗探测器的效率

在内照射活体测量中,为了用蒙特卡罗方法计算探测器对光子尤其是低能光子的探测效率,需要对探测器准确建模。通过使用蒙特卡罗模拟计算和实验测量相结合的方法来准确确定低能光子高纯锗探测器晶体的死层厚度、半径和长度;结果表明使用此方法确定的晶体尺寸来模拟计算探测器效率,在17.5～662keV光子能量范围内,低能光子高纯锗探测器探测效率的模拟计算结果与实验结果比较,相对偏差平均小于1.0%,最大为3.2%。

高纯锗探测器的效率曲线和符合因子计算

利用多能量γ射线源^(152)Eu和^(133)Ba测得高纯锗探测器在20 cm处的效率刻度曲线,结合单能量γ射线源^(241)Am和^(137)Cs获得的距离递推关系,得到高纯锗探测器在2 cm处无符合效应的效率刻度曲线。与MCNP模拟计算结果比较,获得^(60)Co在2 cm处的符合相加修正因子。

基于高纯锗探测器的核电厂一回路系统辐射源项就地γ谱测量

针对核电厂一回路系统管道内壁沉积的腐蚀活化产物,开展γ辐射源项就地测量技术研究。基于高纯锗探测器开发了辐射源项就地测量系统(Sterm-HPGe),利用蒙特卡罗软件进行了无源效率刻度,并开展了实验室效率验证工作。在300~1 408 ke V能量范围内,HPGe探测器在无准直器屏蔽和有准直器屏蔽情况下,点源全能峰效率计算值与测量值的相对偏差分别在±5%和±10%以内。测量系统在我国压水堆核电厂进行了现场应用,能够较准确地测量出管道内60Co、58Co、110mAg等典型沉积核素的源项活度,管道表面剂量率的计算值与测量值的相对偏差一般在±40%以内。

用^(82)Br、^(160)Tb和^(40)K刻度高纯锗探测器效率研究

高纯锗探测器对被测样品需要用放射性标准源进行探测效率刻度。但如果大量不同材料、密度或几何体的样品需要刻度,使用的放射性标准源将非常昂贵,且不利于环境保护。研究一种用中子活化的82Br、160Tb和40K γ光子刻度高纯锗探测器全能峰效率的新方法。这种方法不需使用人工放射性标准源。实验中使用了一台相对效率42%的高纯锗探测器(直径76 mm)和两个土壤样品(φ70 mm×66 mm)。用82Br不同能量Ei相对554.3 keV全能峰计数率的比例εBr(Ei)拟合成相对效率函数fBr(E)。对160Tb γ能量(keV)Ej=86.7、197.0、215.6、298.6、392.5相对于1271.9 keV全能峰计数率的比例uj,用公式εBr(Ej)=uj.fBr(E1271)将uj转换成对82Br 554.3 keV的归一化相对效率。然后,用82Br的实验值εBr(Ei)和160Tb的计算值εBr(Ej)拟合成归一化相对效率函数f(E)。40K1460.8 keV γ能量的绝对效率εK可通过将KCl均匀混合到样品中进行测定。由此,其它任何γ能量E的绝对效率都可用式ε(E)=εK.f(E)/f(EK)计算出。实验表明,样品-探测器距离大于3 cm后fBr(E)变化不显著。为验证本方法(源-探测器距离3.1 cm),测量了两个φ70 mm×66 mm的土壤样品中放射性核素的活度,并与γ-γ符合法进行对比。结果每个样品中7种核素(226Ra、235U、232Th、40K、134Cs、137Cs和60Co)的活度浓度在不确定度范围内分别完全符合。这种方法非常有用,尤其对有一定体积的样品,因为它不必使用人工放射性标准源,且考虑了光子在样品中的自吸收。

高纯锗探测器全能峰效率的MC模拟

采用MC模拟高纯锗探头对轴向和边侧的点源全能峰效率,与实验测得的全能峰效率相比较发现二者存在较大的偏差。本工作通过不断调节晶体的半径、厚度和锗晶体外层铜支架厚度,获得了模拟计算的准确尺寸。结果表明:使用调整后的尺寸模拟计算的全能峰效率与实验效率在轴向方向的偏差在±5%以内,边侧方向在±6%以内,获得了较为准确的高纯锗探头物理模型。

高纯锗探测器液氮自动补给系统研制

文章介绍高纯锗探测器液氮自动补给系统的总体结构、控制原理以及电路的选取和特点,并简要说明了软件实现的功能。

高纯锗探测器的快定时性能及其应用

为了将高纯锗（ＨＰＧｅ）探测器用于快定时的物理实验中，本实验研究厂影响高纯锗探测器定时谱仪时间性能的各种因素，找出了获得谱仪最小时间分辨的各种最佳参数。并建立了分辨时间为４．１９ｎｓ，能量分辨率为２０ｋｅＶ，微分非线性好于±２．０％，计效率可承受１２０×１０￣３ｓ￣（－１）的时间微分扰动角关联谱仪。利用此谱仪，以￣（２０４）Ｂｉ为探针核，研究了Ｂｉ系高温超导的微观机理，取得了较好的结果。

高纯锗探测器的GeKX逃逸峰及其识别

本文计算了Ge的KαX射线光子逃逸所致之逃逸峰的强度,给出GMX型探测器逃逸峰的实验数据,说明了识别逃逸峰的方法,并提出锗探测器用于低能光子能谱测量的注意事项。

用蒙特卡罗方法计算高纯锗探测器的全能峰效率

本文采用蒙特卡罗方法及通用程序MCNP-4C模拟了γ射线的全能峰效率,并阐述了蒙特卡罗模拟的基本思想.结果表明,蒙特卡罗模拟得到的全能峰效率与实验测量得到的全能峰效率具有完全相同的特征.

同轴高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟与电荷收集时间的计算

高纯锗探测器具有很好的能量分辨率,被认为是核素分析的黄金标准,在很多检测领域成为规定的标准检测设备。在高纯锗探测器的制备过程中,可以采用蒙特卡罗方法对探测器进行模拟,用于确定探测器制备过程中的参数。采用MCNP4软件对同轴高纯锗探测器探测效率进行模拟,研究了不同材质入射窗、不同能量γ射线对高纯锗探测器探测效率的影响,并根据模拟结果选择合适的入射窗材料并确定死层厚度,进而为高纯锗探测器研制提供指导。还对高纯锗探测器晶体的内部电场进行模拟,计算得到能量沉积点的电荷收集时间,通过改变能量沉积点位置,更直观地反映晶体内部不同位置的电荷收集时间。

MC模拟高纯锗探测器准直器对X射线能谱测量的影响

为了研究不同限束光阑准直器对测量结果的影响,使用MCNP5蒙卡模拟软件建立带准直器的高纯锗探测器模型。通过模拟分析准直器各项参数对高纯锗探测器测量X射线能谱的影响,确立了准直器的最佳尺寸,为实验室使用高纯锗探测器测量X射线能谱提供一定的参考依据。计算了透射等效孔径(TEA)准直器指标,分析了高纯锗探测器测量X射线得到的探测效率。结果表明:对于能量小于80 keV的低能量段X射线能谱测量,选择孔径小、屏蔽厚的准直器;对于80 keV以上中高能量段的X射线应选择较大孔径的准直器,以避免由于从铅准直器中产生小角散射线和铅的特征线而影响X射线能谱的质量。

不确定度评价方法在高纯锗探测器参数修正中的应用

将统计性不确定度评价方法应用到高纯锗(HPGe)探测器参数的标定和修正工作中.结合蒙特卡洛模拟和统计性不确定度评价方法,分析探测器参数在探测效率模拟结果中的相对重要性,对重要参数同时进行多次简单蒙卡抽样,模拟计算探测器对多空间点、多γ源的探测效率,找出真实效率与模拟效率的最小偏差,即能确定最佳探测器参数.结果表明,此方法修正探测器参数后,对60Co,137Cs,241Am源在标定点的模拟效率与真实效率相对误差均小于0.5%,在3个验证点的模拟效率与真实效率相对误差均小于0.5%.

电制冷高纯锗探测器宽能区效率刻度

介绍电制冷高纯锗探测器在宽能区探测效率曲线刻度方法,提出并验证了在无低能标准源时可采用^(157)Gd冷中子瞬发γ源进行代替。实验中使用探测效率分段对数拟合及整体对数多项式拟合,对两种拟合方式进行对比,并使用^(152)Eu缓发源和^(157)Gd、^(35)Cl冷中子瞬发γ源能量相交区域进行拟合和误差计算。实验结果表示:整体拟合的计算相对简单,但分段拟合获得数据更为准确,相关性更好。无低能标准源可用时,使用^(157)Gd(n,γ)源效果更佳。

高纯锗探测器应用于稀有事例探测的研究进展

高纯锗探测器(HPGe)对于低本底稀有事例探测的发展具有重要的意义.本文介绍了HPGe的工作原理及其制备工艺,分析了对探测器起关键作用的钝化层和死层部分,并讨论了降低本底的关键技术.对于HPGe应用于包括暗物质探测和无中微子双贝塔衰变的稀有事例探测实验的进展,重点介绍了应用HPGe的CDEX、SuperCDMS、GERDA、MAJORANA等国际领先的稀有事例探测合作组相关实验技术和物理进展,进一步分析了HPGe用于下阶段国际稀有事例探测的发展方向.

60-2614keV能区同轴锗探测器效率曲线半经验拟合表达式的研究

作者研究了两类关于同轴锗探测器全能峰效率曲线的拟合公式.这两类公式对拟合参数都是线性的,都是由γ射线与物质相互作用过程(光电吸收、康普顿散射和电子对产生)的几率随入射γ射线能量的变化关系的渐近表达式中的若干项合并调整而得到的.两类公式都能够在很宽的能区上很好地拟合同轴锗探测器对点源、面源和圆柱体源的全能峰效率曲线.

高纯锗探测器波形分析研究进展综述

对于主要用于γ射线探测的高纯锗探测器而言,波形分析是在常规本底抑制措施基础上进一步降低本底水平、提升探测灵敏度的重要手段.针对单点/多点事例甄别、事例作用位置甄别和事例作用点信息完全解析等3类波形分析面临的主要问题,在介绍高纯锗探测器输出波形信号产生机制、获取手段、基本特征的基础上,回顾、总结了不同类型高纯锗探测器在不同应用场景下的波形分析研究进展,并对未来的波形分析研究方向进行了展望.