孔形对基于硅微通道阵列的CsI:Tl闪烁屏性能影响的模拟

使用Geant4程序模拟了微孔形状对基于硅微通道阵列的CsI:Tl像素化X射线闪烁屏性能的影响。模拟的闪烁屏性能参数包括:闪烁光子数、底光输出、传输效率、n次全反射占比、调制传递函数(MTF)与空间分辨率的关系。模拟过程中设定微孔的形状分别为方形和圆形,两种孔形的微通道阵列周期相同,均为10μm。模拟结果显示:方形微孔的闪烁光子数优于圆形微孔,闪烁光子数正比于微孔横截面积;闪烁屏厚度小于400μm时,方形微孔的底光输出优于圆形微孔,厚度大于400μm时,圆形微孔的底光输出优于方形微孔;圆形微孔的传输效率优于方形微孔;厚度为40和200μm的方形微孔闪烁屏空间分辨率优于相同厚度的圆形微孔闪烁屏。制备了方形微孔的CsI:Tl闪烁屏样品,测量了其MTF与空间分辨率的关系,当MTF为0.1时,空间分辨率为22.6 lp/mm。

CsI(Tl)闪烁探测器脉冲形状鉴别最优积分条件的探究方法

介绍了脉冲波形分析中用电荷积分法鉴别带电粒子的方法,给出了CsI(Tl)脉冲波形粒子鉴别能力的评估方法。用VME(versa module eurocard)数据获取系统的电荷积分插件QDC和基于PXI(PCI extensions for Instrumentation)的XIA获取系统获取CsI(Tl)闪烁探测器的脉冲信号波形各有优缺点。相较于过去在实验中利用QDC电子学插件对闪烁体的脉冲波形做快、慢成分的在线积分处理,该研究在XIA获取系统采集的CsI(Tl)闪烁体真实脉冲波形基础上,利用ROOT数据分析软件,在离线数据处理过程中利用程序调整积分门的延迟和宽度,研究了积分门的延迟和宽度的变化对探测器粒子鉴别能力的影响。定义了一种简单、明了的判断方法,通过比较2种不同粒子在二维鉴别谱中的分布距离来判断在不同积分门延迟和宽度下粒子的鉴别能力并研究其变化规律,探究该方法的可行性,为以后采用电荷积分插件实验提供参考。

CsI(Tl)闪烁体探测器能量分辨率的研究

为提高高年级学生的实验动手能力和创新能力,激发他们对实验的兴趣和热情,我们开设了研究型的教学实验:Cs I(Tl)闪烁体探测器能量分辨率的研究.该实验需要学生自己包装制作Cs I(Tl)探头,自己动手搭建测试平台并测量Cs I(Tl)探头的能量分辨率.整个实验最大限度地发挥了学生对实验的参与度及动手实验的机会.经过2013—2015年3年的教学实践表明,该实验是一个适合高年级本科生的研究型实验.

大面积CsI(Tl)闪烁晶体生长的研究

CsI(Tl)晶体密度大 ,发光中心波长长 ,余辉时间短 ,光产额高 ,易于加工 ,是综合性能优良的闪烁体 ,近年来在高能物理、核物理和医学等领域得到广泛应用。大面积高效短余辉透明闪烁转换屏要求晶体能量转换效率高、余辉时间短、透明、发光中心波长位于可见光范围 ,因而CsI(Tl)晶体成为转换屏的首选材料。本实验就是进行满足上述要求的大面积CsI(Tl)闪烁晶体生长的研究。采用坩埚下降法 ,将高纯碘化铯原料进行预处理后 ,掺入一定的TlI粉料生长晶体。针对晶体截面积大 ( 2 0 0mm× 2 0 0mm)的特点 ,设计合理的晶体生长温场 ,通过实验确定了最佳工艺参数。转换屏用闪烁晶体要求密度均匀 ,即对均匀入射的γ光子响应均匀。实验表明 ,TlI的掺入量及其在晶体中的分布是影响晶体这一性能的关键因素。实验确定了TlI的最佳掺入量的范围 ,通过控制生长工艺生长出TlI分布均匀的CsI(Tl)闪烁晶体 ,加工尺寸为 2 0 0mm× 2 0 0mm× 1 0mm。

薄圆盘CsI(Tl)晶体闪烁特性蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法,模拟99mTc 140 keV γ射线在圆盘状CsI(Tl)晶体中的闪烁过程及不同厚度不同包装下闪烁光的空间分布,得出点光源模型对于晶体出光平面上闪烁光强分布是适用的结果.模拟表明,CsI(Tl)与铝(Al)之间界面为粗糙时要比光滑时位置分辨更好;闪烁中心离出光面越近,位置分布越窄;晶体厚度为7 mm时光输出最大,光输出半高宽约为7.3 mm.

CsI(Tl)闪烁晶体研究进展

CsI(Tl)闪烁晶体光产额高于BGO晶体4倍多,辐照长度较NaI(Tl)晶体短,机械性能好,是一种优良实用的闪烁晶体材料。CsI(Tl)晶体的发光中心包括激活剂发光中心[Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅱ)]和辐照诱导缺陷发光中心。CsI(Tl)晶体的发射谱峰值位于550nm,能与硅光二极管配合组成性能优良的探测器,广泛应用于核技术和高能物理等领域。目前主要采用坩埚下降法和连续加料法生长。本文综述了CsI(Tl)闪烁晶体的生长、缺陷、闪烁性能及其应用领域的研究与发展趋势。

基于CCD和CsI闪烁体的硬X射线成像

根据CCD的工作特点,采用曝光控制和多帧图像叠合技术,研制了基于CCD和CsI闪烁体的硬X射线成像探测器,以提高对硬X射线的探测效率。搭建了实验平台,以微加工技术制作的镍准直器为成像目标进行了实验验证。实验中,利用55Fe放射源对CCD进行直接成像;然后利用241 Am放射源同时对CCD和硬X射线成像探测器分别进行直接成像和间接成像。最后,对图像中出现的拖影、清晰度渐变和区域亮度不同等现象进行分析。分析结果表明:相比CCD本身,这种技术不仅拓展了探测器的可响应能区,而且提高了的量子效率,并且在241 Am放射源照射下,实现了对硬X射线的高分辨成像,其空间分辨优于50μm。该器件可作为位置灵敏探测器应用于未来空间天文观测。

(α、γ)分辨在测量CsI(Tl)晶体固有放射性本底中的应用

描述了通过CAMAC -微机进行数据采集 ,用电荷比较法测量CsI(Tl)晶体的 (α、γ)分辨性能的方法 ;同时利用此方法测量了CsI(Tl)晶体固有放射性含量 ,估算了晶体内2 38U和2 32 Th的含量。

2000～2800 eV软X光入射CsI(TI)闪烁体的探测效率标定

CsI(Tl)闪烁体是X光转换为可见光的一个比较重要的部件,其转换效率对惯性约束聚变中的X光诊断发挥关键作用。利用北京同步辐射装置4B7A中能束线,针对2000~2800eV能段的软X光入射不同厚度CsI(Tl)闪烁体后转换为可见光的探测效率进行了标定。文章详细分析了CsI(Tl)闪烁体在X光激发下的能量沉积和出射可见光的效率。整个探测系统包括入射兼容光源、标准探测器、快门、CsI(TI)闪烁体块、黑腔盒,SI1000可见光CCD等。用曲线拟合的方法归一化入射兼容光,利用SI1000可见光CCD相机作接收系统记录出射可见光,在CCD线性工作范围内,得到CCD上记录的出射可见光计数。标定实验获得2000~2800eV能区标定探测器电流,CCD计数,得到了同一曝光时间下CCD计数和入射光子数的比值,即探测效率。实验结果表明,随着CsI(Tl)闪烁体厚度的增加,探测效率也随之提高。实验方法为后续选择合适厚度闪烁体做软X光探测做基础。

CsI(Tl)晶体的APD前端读出特性研究

雪崩光电二极管(Avalanche photodiode,APD)体积小、探测效率高、内置增益、对磁场不敏感,但其内置增益、输出脉冲信号的信噪比受偏置电压与温度影响明显。将APD作为Cs I(Tl)闪烁晶体的光电读出器件,并配以低噪声的电荷灵敏前置放大器,组成闪烁探测器的探头。在不同的偏置电压与温度下,测试了该探头组成的闪烁探测器的能量分辨率。实测表明,偏置电压、温度将影响探测系统的能量分辨率,在室温且APD两端的偏置电压为370 V时,对能量为662 ke V的γ射线能量分辨率为4.98%;在-20-40oC内,能量分辨率随温度的降低而提高。

双维位置灵敏CsI(Tl)闪烁探测器

介绍了一种双维位置灵敏CsI(Tl)闪烁探测器,利用GEANT4对它进行了蒙特卡罗模拟,得到了RIB17N的位置分布谱及探测器的空间位置分辨,模拟结果与实验测量值很好地吻合。给出了影响探测器分辨的主要因素及改进方案。

NPTool模拟NaI（Tl）和LaBr3（Ce）闪烁体探测器试验研究

应用NPTool开源模拟代码进行Monte Carlo数值模拟,计算NaI(Tl)和LaBr3(Ce) 2种闪烁体探测器对不同能量伽马射线的能量沉积谱,分析闪烁体探测器的能量分辨率和探测效率。通过计算和分析结果与试验获取的NaI(Tl)和LaBr3(Ce)闪烁体探测器的测试参数的对比,表明NPTool开源代码可以应用于闪烁体探测器的设计和数值模拟。该研究结果为闪烁体探测器的应用打下了基础。

国产无机闪烁晶体LaCl_3∶Ce的探测能力和时间响应测量

以国产的掺铈氯化镧(LaCl3∶Ce)闪烁晶体与线性电流大于1.5 A的光电倍增管构成闪烁探测器,利用60Co、137Cs放射性标准源场,实验测量这种探测器对γ辐射的探测能力,并与同情况NaI∶Tl闪烁探测器进行比对;利用266 nm单色激光和ns级的γ脉冲辐射分别对这种闪烁体的光致激发、辐射激发的时间响应性能进行测量。测量结果表明:国产新型LaCl3∶Ce无机闪烁晶体样品构成的探测器对1.25 MeV、0.66 MeVγ射线的探测能力平均约为同情况NaI∶Tl闪烁探测器的103%,高的已超过了同尺寸NaI∶Tl构成的闪烁探测器;266 nm单色激光光致激发时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.05 ns、17.42 ns、54.30 ns和24.61 ns,ns级的γ脉冲辐射激发的时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.52 ns、21.99 ns、75.13 ns和34.19 ns。

CsI(Tl)对高能质子能量响应的蒙特卡罗研究

在放射性核束物理的实验研究中,需要对核反应产物进行测量和鉴别,以获取反应过程中的重要信息。使用GEANT4软件对CsI(Tl)闪烁体探测器对高能质子的能量响应进行了蒙特卡罗模拟,以确定这种探测器用于探测能量范围10MeV-150MeV质子的能量响应。通过对晶体外表面包覆材料反射率、耦合光敏二极管面积、质子射程等条件的模拟和分析,找到了提高CsI(Tl)闪烁体探测器性能的方法。

CsI-LiCl共晶材料的坩埚下降法生长与闪烁性能研究

本文采用坩埚下降法,在真空密封的石英坩埚中成功生长出CsI-LiCl与CsI-LiCl∶Na共晶闪烁体。通过扫描电子显微镜(SEM)观察晶体微结构表明该共晶中LiCl相与CsI相存在周期性的层状排列,CsI相的厚度在5μm左右。共晶样品的X射线激发发射谱显示在CsI-LiCl和CsI-LiCl∶Na共晶样品存在缺陷发光,在CsI-LiCl样品中还观察到了纯CsI的自陷激子(STE)发光。CsI-LiCl样品在α粒子激发下的多道能谱中观察到明显的全能峰,这一结果证明CsI-LiCl共晶可用于热中子探测的潜力。

协同偏心管径嵌入式液体活度探测装置设计研究

根据核电站放射性废液排放测量要求,选择NaI闪烁体探测器,采用协同偏心管径嵌入式方法对核电站废液排放系统的放射性活度进行在线监测。通过对嵌入式测量方法设计方案进行模拟计算,给出满足测量下限要求的探测器最优嵌入深度及取样管段容积。按照该设计方案进行了原理样机研制,并使用标准液体放射源对样机进行实验,模拟计算和实验结果之间的偏差为+9.93%。

CsI探测器余辉性能测试仪关键技术研究与实现

为检测Cs I(Tl)探测器的余辉性能,帮助探测器进行分档,论文通过对余辉测试仪设计过程中的电动缸选型计算、射线屏蔽、电磁兼容设计等关键问题进行分析,自主研发了一台Cs I探测器余辉测试仪。该测试仪快门关断时间≦3ms;可测余辉值的时间范围:5ms^500ms。并能对采集数据进行分析,得到探测器晶体各像素的余辉和平均余辉,及其变化曲线。余辉测试仪的检测结果将为安检整机提供具有数据信息的系列探测板,促进其图像质量更上一层楼。

X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种基于CsI（Tl）闪烁晶体和面阵CCD器件、采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输、以扇形束线阵扫描方式实现对X光高分辨探测的方案。CsI（Tl）晶体的尺寸大小将直接影响到晶体的发光效率及X光的高分辨探测，据此开展了蒙特卡罗模拟研究。模拟研究了X射线能量、X射线源到探测晶体的距离（源距）、CsI（Tl）晶体的厚度与X射线能量分布、全能峰效率与CsI（Tl）闪烁晶体转换效率之间的关系。结果表明，当X射线能量为120～450keV，CsI（Tl）晶体尺寸厚度为0～1．5cm变化时，全能峰效率的变化范围为31．34～96．74％，CsI（Tl）闪烁晶体的转换效率的变化范围为12．8～97．43％。可见，X射线的能量及CsI（Tl）闪烁晶体尺寸的厚度，是决定X光高分辨探测的重要参量，这对优化X光高分辨探测用CsI（Tl）晶体的尺寸设计具有一定的参考价值。

硅光电二极管作为CsI（Tl）晶体读出元件的实验研究

报道了硅光电二极管作为ＣｓＩ（Ｔｌ）晶体读出元件的实验研究．测量了日本Ｈａｍａｍａｔｓｕ生产的两种硅光电二极管的读出性能，包括能量分辨率与偏压、成形时间、灵敏面积和晶体尺寸的关系．

X射线能量对基于宏孔硅的X射线CsI(Tl)闪烁屏的影响

建立了基于宏孔硅的X射线CsI(Tl)闪烁屏模型,模拟分析了X射线能量对X射线CsI(Tl)闪烁屏光输出的影响。制备了周期为10μm、方孔边长为8μm的X射线闪烁屏,搭建了X射线成像装置,测量了不同X射线源管电压的X射线成像图,采用Matlab软件分析了X射线闪烁屏的光输出情况。研究结果表明,闪烁屏厚度越大,闪烁屏平均灰度值越大,与模拟结果一致。