CsI∶Tl余辉产生和抑制机理的第一性原理研究

CsI∶Tl晶体受其余辉特性的影响,限制了其在快速X射线成像领域的推广应用。为探索CsI∶Tl晶体的余辉产生机理和抑制方法,利用Material Studio软件建立了纯CsI晶体、CsI∶Tl晶体和CsI∶Tl,Eu晶体的超晶胞模型,基于密度泛函理论的第一性原理及广义梯度近似和超软赝势框架计算三个模型的总态密度和分态密度。结果表明,CsI∶Tl晶体发射余辉是由于Tl掺杂引入的浅杂质能级约束了少量电子跃迁过程,导致余辉光子的延迟发射。而Eu共掺杂将在CsI∶Tl晶体中引入更深的杂质能级,能够有效地清除受限于Tl引入的浅电子陷阱的电子,并防止电子受环境热扰动影响重新受激发射二次光子,从而有效抑制CsI∶Tl晶体中余辉光子发射。

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晶体对高能X光照射量的响应关系研究

在X光探伤系统中使用效率较高的CsI∶Tl晶体作为X光转换体。CsI∶Tl晶体对X光的响应关系是精密图像处理、定量测量所需的一项重要参量,理论上已经推导了CsI∶Tl晶体对X光的响应呈现线性关系,并针对性地设计了在60Co放射源上的定量测量实验,所获数据不仅充分证明了理论推导的正确性,还证明了相应系统的这种线性关系的线性度非常好。

半导体探测器的厚度确定及CsI(Tl)的刻度

根据核反应过程中发射带电粒子在硅半导体中的最大能量沉积 ,利用带电粒子在硅半导体中的阻止本领曲线 ,同时实现半导体探测器的厚度确定及与之组合的CsI(Tl)

(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。

中能重离子在位置灵敏CsI(Tl)探测器中能损与光输出响应的关系

描述了一种双维位置灵敏CsI(Tl)探测器的结构及其读出系统,用中能次级束研究其能损与光输出关系。使用Bρ+(ΔE-TOF)方法鉴别次级束,刻度了CsI(Tl)探测器位置信号的线性,并用其光输出与入射粒子的A、Z关系刻度其能量。结果表明,CsI(Tl)探测器输出信号的ADC读出与QDC读出(即其光输出)有很好的线性关系。

HIRFL-CSRm内靶实验终端CsI(Tl)电磁量能器性能模拟

基于GEANT4模拟了HIRFL CSRm内靶实验终端的CsI(Tl)电磁量能器系统,给出了CsI电磁量能器的最佳设计参数及可能达到的性能.结果表明,设计的CsI(Tl)电磁量能器系统能够满足所研究的物理要求.

CsI(Tl)晶体发光均匀性的研究

本文对Tl分布、几何形状以及表面条件对大尺寸锥形CsI（Tl）晶体的闪烁发光均匀性的影响进行了研究，提出了改善大尺寸锥形CsI（Tl）晶体的发光均匀性的措施.

基于Geant4仿真的CsI(Tl)闪烁体厚度优化

由闪烁体和光电转换器件构成的闪烁体探测器是工业CT系统中最常用的探测器,其中闪烁体负责将X射线转换为可见光信号,再经过光电转换器件转换为电信号进行探测.闪烁体作为探测器的一部分,其厚度直接影响发光效率和探测分辨性能.本文基于蒙特卡罗仿真平台Geant4建立仿真模型,对碘化铯Cs I(Tl)闪烁体在不同厚度、不同X射线能量(20~80 ke V)下的特性进行模拟,分析闪烁体厚度对闪烁体转换效率以及分辨力的影响.通过仿真获了特定输入能量下对应的闪烁体的理想厚度值.仿真结果可以为闪烁体参数设计和优化提供参考.

不同X射线管电压下CsI和CsI(Tl)晶体的X射线辐照致发光

在室温（290 K）和低温（25 K）下,测量了从11-40 kV的一系列管电压下X射线激发纯CsI和CsI（Tl）晶体的辐照致发光（RL）谱。结果表明：在固定温度下,管电压变化后,305 nm和340 nm的本征发光带和580 nm的非本征发光带的形状结构均不发生变化,只是其强度发生变化。对所测得的各发光带强度随管电压的变化关系用抛物线模型进行了拟合分析,得到了较好的结果。同时还发现纯CsI和CsI（Tl）晶体中所有本征RL发光带强度与X射线强度基本上成正比关系,而当管电压增加时,CsI（Tl）晶体中非本征发光带强度的增加速度慢于本征发光带。分析认为,290 K时这可能与样品中另一个位于400 nm左右的发光带有关;而在25 K时则可能和H心与VK心的竞争有关。

非真空坩埚下降法生长CsI(Tl)晶体的闪烁性能

研究了用非真空铂坩埚下降法生长的CsI(Tl)晶体的在紫外和γ射线激发下的光致发光和光衰减特征,探索了CsI(Tl)晶体的发光强度和发光不均匀性与Tl离子含量和分布之间的关系以及改善晶体发光均匀性的措施。并对CsI(Tl)晶体在γ射线辐照下光输出随积分时间和辐照剂量的变化做了分析和讨论。实验表明,用这种方法所生长的CsI(Tl)晶体的发射波长、衰减时间和辐照硬度与其他方法生长的同类晶体相同。

CsI(Tl)晶体发光均匀性对能量线性和分辨率的影响及修正方法的研究

本文研究了CsI(TL)晶体发光输出不均匀性对能量分辨率以及能量线性的影响,并在假设晶体均匀性已知情况下探讨了修正能量分辨率和线性的可行性。

CdWO_4、CsI(Tl)和PbWO_4晶体在9MeV工业CT中探测效率比较

为找出更适合于9 MeV加速器工业CT系统应用的闪烁晶体,对常用的工业CT闪烁晶体CdWO4、CsI(Tl)、PbWO4在系统上进行了实验。利用CCD相机、准直器、闪烁晶体等组成探测系统,在同一实验条件下对截面积相同,长度为25 mm～45 mm的CsI(Tl)、CdWO4、PbWO4晶体在同一位置的探测计数进行反复测量,得到不同晶体长度对应探测计数图。实验结果表明:不同晶体材料探测效率不同,闪烁晶体在未包裹反光膜状态,35 mm长度CsI(Tl)探测效率最好,而在包裹反光膜状态下45 mm长度CdWO4探测效率最好。

CsI(Tl)闪烁探测器读出电路设计

介绍了配置于新型γ能谱仪的CsI(Tl)闪烁探测器的读出电路设计。输入缓冲级采用折叠嵌位电路,改善了系统频率特性并提高了输入阻抗;放大级采用自举电路,改善了系统动态性能并提高了开环增益;输出级采用电流源负载电路,改善了输出信号的线性度并增强了系统的稳定性。实验表明:读出电路噪声为51.08 f C+1.97 f C/p F,时间漂移为0.112%,探头对137Cs源γ射线的输出信号信噪比可达23:1,能量分辨率可达4.98%。

自制CsI(Tl)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(Tl)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果。测量662keVγ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出)。

CsI(Tl)晶体量能器探测单元宇宙射线实验的建立与调试

建立一套CsI(Tl)晶体量能器探测单元的宇宙射线测量系统,用于探测器单元的质量检测,以及发光强度与均匀性测量。本文针对于此实验装置的径迹与定位系统、电子学系统的研究作了较为详尽的说明,并对前期的Monte Carlo研究作了简要介绍。

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。

CSR外靶实验终端中CsI(Tl)晶体的测试

为测量重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的外靶实验终端上不同能量的γ射线,一种用于探测γ射线的高能量分辨的探测装置正在中国科学院近代物理研究所建设,该探测器由中国科学院近代物理研究所自行生长的铊激活的碘化铯CsI(Tl)晶体组成。与日本Hamamatsu公司生产的S8664-1010型雪崩光二极管(APD)耦合,测试其光输出的非均匀性和能量分辨,从测试结果给出了所需CsI(Tl)晶体合格的标准。目前已完成该γ探测球计划的六分之一,所提供的晶体合格率达94%以上。

CsI(Tl)探测器对带电粒子能量响应的入射位置依赖关系

在放射性核束物理的实验研究中,通常采用CsI(Tl)探测器对反应产物中的带电粒子进行总能量测量。使用GEANT4软件对CsI(Tl)闪烁体探测器能量响应通进行了蒙特卡罗模拟,在考虑了晶体外表面包覆材料反射率、耦合光敏二极管面积、射程等影响因素后,重点研究了CsI(Tl)闪烁体探测器对带电粒子能量响应的入射位置依赖关系。探测器在北京大学亚原子粒子探测实验室用放射源241Am进行了检测,模拟结果与实验数据有很好的符合。根据这个结论,提出了提高探测器能量分辨的具体措施。

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。