基于Gagge二节点模型的井下气候条件评价

基于人体的热舒适性评价井下气候条件的常用模型主要是 Fanger 单节点模型,该模型在偏冷或偏热的环境中有较大的误差。为更好地反映矿井气候,以兖州煤业集团东滩煤矿 14309 综放工作面为例,运用 MATLAB 求解简化后的 Gagge 二节点模型,得到工作面不同位置处人体皮肤温度的求解曲线,取稳定时的数值计算标准有效温度(SET),通过SET 值反映矿井内人体的热舒适度。结果表明,矿工的皮肤温度与新陈代谢率呈正相关关系,而舒适程度则与之相反。采用已有的研究数据验证了Gagge 二节点模型可以应用到井下气候条件评价中,相比于 Fanger 模型,该模型计算结果更精确。

低气压环境下Gagge两节点模型的探究

Gagge两节点模型在预测环境对人体产生的整体热影响时具有相当的准确性,能满足大多数工程研究及热舒适评价的需求,该模型在实际应用中认可度较高。但是在低气压环境下,人体周围的环境参数及人体的一些生理参数发生了变化,直接应用二节点模型会存在一定问题。因此,本文通过高原低压舱模拟低气压环境,对Gagge两节点模型在3 000 m内的无症状高原反应域低气压环境下的适用性进行了实验研究,同时对两节点模型进行低压下的改进,并对改进后的模型进行验证,结果表明,皮肤温度的测量值和模拟值吻合较好,改进后的两节点模型在低气压环境下应用的准确性较高。

GAGG∶Ce闪烁晶体光输出的温度特性研究

闪烁晶体的光输出性能会受到晶体温度的影响。掺铈钆镓铝石榴石(Gd_(3)(Ga,Al)_(5)O_(12)∶Ce,GAGG∶Ce)闪烁晶体在医学成像、辐射监测、高能物理等领域应用广泛。为研究GAGG∶Ce晶体光输出的温度特性,本文设计了晶体温度为单一变量的实验,测量了GAGG∶Ce晶体在-30~60℃、121.8~1112.1 keV的7个能量γ射线的全能峰峰位随温度的变化,得到了GAGG∶Ce晶体光输出随温度的变化曲线,并分析了晶体光输出与温度的线性关系;采用一次函数拟合了不同温度下121.8~1112.1 keV的7个能量与γ谱线相应道址的能量线性,其线性拟合的决定系数R^(2)大于0.9999,证明了GAGG∶Ce晶体具备良好的能量线性。

Ce:GAGG闪烁晶体生长与性能研究

采用中频感应提拉法生长出φ50 mm×90 mm的高质量Ce:GAGG晶体,并对晶体进行X线衍射(XRD)测试,计算了晶胞参数,测试了晶体室温下的透过率、X线激发发射谱(XEL)、能谱和衰减时间特性。实验结果表明,Ce:GAGG晶体的发光中心波长为540nm,光输出为54 000光子/MeV,能量分辨率为7.2%@662keV,衰减时间为94ns。

基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM的位置灵敏探测器的设计与评估

为满足当前γ相机对高分辨率、低成本、小型化探测器的需求,提出了采用硅光电倍增管(SiPM)耦合GAGG:Ce晶体阵列的方式代替传统的位置灵敏型光电倍增管(PSPMT)耦合晶体阵列的方式以构成新型γ相机探测器,并设计了均匀电荷分配电路(SCDC)和阻抗电桥电路作为探测器的读出电路,同时设计了前沿定时电路作为数据采集触发电路。实验结果表明:当温度为25℃、探测器供电电压为28.5V时,该探测器在511keV射线的激发下,散点图的峰谷比高达3.84,对511keV和662keV射线的平均能量分辨率分别为10.63%和9.71%,具有较好的分辨性能。

Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce晶体生长与闪烁性能研究

掺铈钆铝镓石榴石(Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12)∶Ce,简称GAGG∶Ce)闪烁晶体是近年来发现的一种新型稀土闪烁晶体,具有光输出高、能量分辨率高、衰减时间短、无自辐射和不潮解等优点,在核医学成像、安检和环境监测等领域具有广阔的应用前景。本文报道了GAGG∶Ce晶体的提拉法生长与闪烁性能表征。利用高温固相反应法合成GAGG∶Ce原料,采用XRD对合成的原料进行了物相分析,结果表明,在1500℃下煅烧12 h合成的多晶料为纯GAGG相。利用提拉法生长出尺寸φ50 mm×90 mm的GAGG∶Ce晶体,测试了其透过光谱、X射线激发发射光谱和脉冲高度谱,结果表明,7 mm厚样品550 nm的透过率为81.5%,晶体X射线激发发射峰中心波长位于550 nm,晶体的光输出为59000 photons/MeV,能量分辨率为6.2%@662 keV,晶体衰减时间快分量为149 ns,慢分量为748 ns。

掺铈钆铝镓石榴石闪烁晶体的研究进展及应用

掺铈钆铝镓石榴石(Ce∶GAGG)是一种新型的无机闪烁晶体材料,在核医学成像、环境辐照剂量监测、空间探测、国土安全及地质勘探等领域有广阔的应用前景。该文总结了Ce∶GAGG闪烁晶体在国内外的最新研究进展,综述了Ce∶GAGG闪烁体探测器在地基、空基和天基搭载平台上的应用,最后展望了Ce∶GAGG晶体材料及其应用的发展方向。

一种新型Ce∶GAGG闪烁探测器性能研究

该文将新型掺铈钆稼铝石榴石(Ce∶GAGG)闪烁晶体与CR-173光电倍增管耦合,并将其和分压电路、高压模块、前放电路一起封装在铝合金外壳中,制成新型Ce∶GAGG闪烁探测器。研究了不同尺寸Ce∶GAGG闪烁晶体、不同耦合方式及反射层封装材料对新型Ce∶GAGG闪烁探测器光产额和能量分辨率的影响,同时与封装好的1英寸(1英寸=2.54 cm)掺铊碘化钠(NaI(Tl))闪烁晶体进行对比实验,并对Ce∶GAGG和NaI(Tl)闪烁探测器的能量线性进行测量。实验结果表明,小体积的Ce∶GAGG闪烁探测器性能最好;光学硅脂耦合可提高闪烁探测器的性能;银反射膜(ESR膜)材料封装闪烁探测器性能最好;Ce∶GAGG闪烁探测器性能优于NaI(Tl)闪烁探测器。

新型闪烁晶体Gd3（Al,Ga）5O12:Ce3+的研究进展

无机闪烁晶体在核辐射探测领域有重要的应用,铈掺杂铝酸钆镓(Gd3(Al,Ga)5O12:Ce,缩写为GAGG:Ce)闪烁晶体性能优良,在高能物理、γ相机等应用领域有广阔的应用前景,因此成为了当前闪烁体领域的研究热点。本文总结了GAGG:Ce闪烁晶体近年来主要的研究进展;分析了GAGG:Ce晶体的结构及其稳定性;阐述了反位缺陷对晶体发光性能的影响;通过"带隙工程"理论解释了Gd、Ga离子掺杂消除反位缺陷的机理;总结了近年来GAGG:Ce晶体生长中存在的问题及解决途径;梳理了GAGG:Ce晶体的发光机理、闪烁性能及其影响因素;对各国团队通过阳离子掺杂的"缺陷工程"理论抑制GAGG:Ce晶体闪烁衰减慢分量的研究进行分析总结;展望了GAGG:Ce闪烁晶体发展方向。

不同厚度Ce:GAGG闪烁晶体性能研究

选择不同厚度的Ce:GAGG闪烁晶体(2,4,6,8,10 mm),通过透过率测试分析自吸收对Ce:GAGG闪烁晶体性能的影响,同时研究晶体表面不同粗糙度、不同封装、不同耦合方式对Ce:GAGG闪烁晶体光输出、能量分辨率的影响。实验结果表明通过优化Ce:GAGG闪烁晶体样品表面粗糙度、封装反射层和耦合方式,能大幅度提高Ce:GAGG闪烁晶体样品的光输出和能量分辨率。使用137Cs标准放射源,测试得到Ce:GAGG闪烁晶体样品的最佳能量分辨率为7.0%。

口袋式伽马能谱仪研制

便携式伽马能谱仪在野外探矿、环境辐射监测和科学实验等领域被广泛应用.为了进一步缩小便携式能谱仪的体积,提高其能谱性能,从而扩展其应用领域,本文基于最新的闪烁晶体材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代便携式伽马能谱仪研究.在探测器设计方面,采用GAGG:Ce晶体耦合SiPM阵列成功设计并制作了高效率、高能量分辨率的紧凑型能谱探头;在数据采集电路方面,采用高性能ARM处理器及其自带ADC外设替代FPGA+ADC的传统电路架构,并设计专用的信号处理ARM程序,实现了在线能谱测量,并极大的减小了电路尺寸和系统功耗.综上所述,本文基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM并搭配ARM处理器,成功研制了一款低成本、小体积、低功耗、高性能的口袋式能谱测量仪.整个能谱仪的体积仅为80 mm×40 mm×40 mm,重量为200 g;经过实验测试,能谱仪的工作功率为481 mW,能自带电池工作26小时;能谱响应线性拟合优度为0.996,能量分辨率为5.2%(@662 keV).

Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce闪烁晶体缺陷对其发光性能的影响

新型闪烁晶体Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce(GAGG:Ce)在制备过程中易出现包裹体及反格位缺陷等问题,严重影响晶体的性能.为了抑制这些缺陷以得到大尺寸高质量的GAGG:Ce晶体,本文以Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12)为基质、Ce3+为掺杂离子,采用提拉法生长得到了GAGG:Ce晶体,并对不同晶体部位的物相结构、微区成分、透光性质、发光及时间性能进行了测试和对比分析.结果表明,GAGG:Ce晶体的透过谱中存在340和440 nm两处Ce^(3+)特征吸收带,且位于550 nm处的直线透过率为82%.晶体尾部因杂相包裹体等宏观缺陷的影响,导致其透过率下降至70%左右.微区成分分析进一步表明GAGG:Ce晶体中存在三种类型的包裹体,分别为富Gd相、富Ce相及(Al,Ga)_(2)O_(3)相.GAGG:Ce晶体的X射线激发发射谱中在550 nm附近存在Ce^(3+)宽发射带,且380 nm处还存在GdAl/Ga反格位缺陷引起的发射.晶体中存在的杂相包裹体及GdAl/Ga反格位缺陷等因素导致Ce^(3+)在GAGG基质的发光强度下降12.5%;GdAl/Ga反格位离子与近邻Ce的隧穿效应使得GAGG:Ce晶体的衰减时间由117.7 ns延长至121.9 ns,且慢分量比例由16%增加至17.2%.

Ce∶GAGG与CsI(Tl)闪烁晶体性能对比研究

研究了不同反射层封装方式和与Si-PM不同耦合方式对Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体光输出和能量分辨率的影响,比较了Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的透过率和衰减时间。实验结果表明:通过优化闪烁晶体的反射层材料和耦合方式,能大幅度提高Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的光收集效率;Ce∶GAGG闪烁晶体的光输出、能量分辨率、透过率、衰减时间指标均优于CsI(Tl)闪烁晶体。Ce∶GAGG闪烁晶体使用TiO_(2)反射层材料封装和硅脂耦合,测试得到^(137)Cs放射源在662 keV最佳能量分辨率为4.89%。

GAGG:Ce探测器与NaI:TI探测器性能比较

研究了封装反射层材料对GAGG:Ce探测器光收集的影响,同时与Na I(TI)闪烁体探测器进行了详细的对比性实验,用137Cs、60Co标准源测量了γ能谱,对GAGG:Ce与Na I(TI)闪烁体探测器的温漂、能量线性及能量分辨率等性能指标重点进行了讨论。结果表明:GAGG:Ce探测器随温度漂移变化程度较大;能量线性好,线性相关度r为0.9999;对662 ke V的γ射线能量分辨率为7.8~8.0%。

Mg共掺杂Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce晶体快发光的作用机理

Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce(GAGG:Ce)闪烁体综合性能优异,应用前景广阔。为加快GAGG的发光衰减速度,本研究通过提拉法生长了Mg共掺的Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce单晶。测试结果显示,随着Mg^(2+)掺杂浓度增加,晶体的闪烁衰减速度加快,光输出降低。传统解释认为,Mg^(2+)通过电荷补偿作用将部分Ce^(3+)转换成Ce^(4+),后者的发光速度更快。本研究尝试从缺陷的形成与抑制的角度来讨论Mg改善GAGG:Ce晶体闪烁性能的作用机理。由于Ce的离子半径比Gd大,Ce离子掺入将导致发光中心Ce_(Gd)附近的晶格发生畸变。畸变结果为近邻的八面体格位空间变大,反位缺陷将更容易在这些变大的八面体格位形成。最终每个发光中心Ce_(Gd)被四个反位缺陷Gd_(Al)包裹,后者捕获载流子,延缓从基体到发光中心的能量传递,导致发光速度变慢。由于Mg的离子半径介于Gd和Al之间,Mg_(Al)将更容易在上述畸变的八面体格位形成,这会抑制反位缺陷Gd_(Al)在发光中心Ce_(Gd)附近形成(或富集),最终降低(甚至消除)反位缺陷对发光中心的不良影响。XEL测试结果显示,随着Mg掺杂量增大,与反位缺陷相关的发射峰强度变弱,这可以证明Mg对反位缺陷有抑制作用。

CsI(TI)与GAGG(Ce)闪烁屏高分辨X射线成像对比研究

作为平板探测器的核心构件,闪烁屏的选型和参数设计直接影响X射线辐射成像系统的成像质量。本文应用光纤耦合全帧CCD型X射线辐射成像测试平台,对不同规格的GAGG(Ce)闪烁屏和碘化铯(Cs I(TI))闪烁屏进行实验对比。结果表明,在高分辨探测应用中,GAGG(Ce)闪烁屏比同等厚度Cs I(TI)闪烁屏具有更高的探测效率与空间分辨率,有望替代Cs I(TI)闪烁屏广泛应用于平板探测器。

SiPM-GAGG(Ce)探测器γ能谱稳谱方法研究

硅光电倍增管(silicon photomultiplier, SiPM)作为21世纪以来新型光电转换器件,具有高增益、低功耗等优点,广泛应用于医疗成像、高能物理、环境监测以及国防安全等领域。硅光电倍增管耦合铈掺杂钆镓铝石榴石(GAGG(Ce))晶体组成的探测器在能谱测量及成像探测中具有广泛应用前景。本文研究了一款8×8阵列型SiPM耦合∅2 in×2 in GAGG(Ce)晶体探测器的温度漂移特性,设计搭建了一套基于温度传感器反馈调节SiPM-GAGG(Ce)探测器工作电压的增益补偿系统。分别进行了电源可靠性测试、电源纹波测试以及温度补偿测试等实验。实验结果表明,电源长期工作稳定性高,电源纹波系数小于0.001%。在-20~40℃的温度范围内,实测^(137)Cs、^(60)Co、^(241)Am放射源γ能谱的662、1 173、1 332、59.5 keV全能峰最大峰位道址为515.9、915.8、1 041.0、43.1道,最小峰位道址为507.1、899.0、1 022.9、43.1道,最大正向漂移分别为4.6、7.8、8.3、0.5道,最大负向漂移分别为4.2、8.7、9.8、0.5道。^(137)Cs全能峰峰位道址平均漂移率从45.34%降到0.37%,137Cs能量分辨率从-20℃的8.36%变化到40℃时的9.29%,显著提高了γ能谱测量系统的稳定性。

GAGG∶Ce闪烁晶体的缺陷研究

通过提拉法生长了掺铈钆镓铝石榴子石结构闪烁晶体(简称GAGG∶Ce),采用扫描电镜、金相显微镜、能谱仪等手段观察和分析了晶体中容易出现的枝晶、位错、偏析、裂纹等缺陷。提出了产生缺陷的主要原因有引晶过程中的热冲击、籽晶位错的引入、提拉旋转速度以及降温工艺等因素产生的内应力。探讨了降低或控制GAGG∶Ce闪烁晶体中缺陷出现的方法。

基于GAGG闪烁体探测器卫星小载荷的组装与测试

介绍北京师范大学天格计划团队研制的以Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet(GAGG)闪烁体探测器为核心的卫星小载荷(BNU-120)的组装与测试工作.组装中,4个GAGG晶体(每个3.8 cm×3.8 cm×1.0 cm)通过硅胶与64个SiPM(Silicon Photomultiplier,Sensl MicroFJ-60035-TSV)耦合.实验在15~1330 keV范围内标定和测试了温度和偏压对探测器信号幅度的影响、探测器的能量与道址关系、探测器的能量分辨率与能量的关系,以及探测器的探测效率与能量的关系.标定测试结果与天格计划团队先期研发载荷标定数据一致,且探测器探测效率实验测量数据与基于Geant4的蒙特卡罗模拟数据相符.标定数据将用于未来BNU-120发射后在轨探测数据的修正.

基于金纳米笼的1106 nm被动调Q Nd:GAGG激光器

成功制备了金纳米笼溶液并将其作为饱和吸收体,实现了中心波长为1106 nm的Nd:GAGG激光器的调Q运转。在输出镜透过率为3%的激光器中,在泵浦功率6.70 W下获得的最大平均输出功率为98 mW,此时对应的脉冲重复率为206 kHz,最短脉冲宽度为436 ns;在输出镜透过率为7%的激光器中,当泵浦功率为7.69 W时,得到的最大平均输出功率为121 mW,最短脉冲宽度为370 ns,对应的脉冲重复率为170 kHz。实验结果证明了金纳米笼在近红外波段激光器中用作饱和吸收体的巨大潜力。