Li掺杂浓度对NaI∶Tl,Li晶体光学和闪烁性能的影响

具有中子-伽马双模探测能力的卤化物闪烁晶体在辐射探测领域展现出广阔的应用前景。本文使用布里奇曼法生长得到高光学质量的NaI∶Tl和NaI∶Tl,Li闪烁晶体,并系统研究了不同Li浓度掺杂NaI∶Tl晶体的光致激发和发射光谱、时间分辨光致发光曲线、X射线辐照发光光谱、伽马射线激发能谱,以及中子-伽马甄别性能。研究表明,NaI∶Tl晶体和NaI∶Tl,Li晶体在X射线激发下的发光峰位于345和410 nm,均来源于Tl^(+)的sp-s^(2)跃迁发光。随着Li浓度的增加,晶体的光产额由41000 photons/MeV下降到23000 photons/MeV,662 keV处的能量分辨率由7.0%劣化到9.6%。1%Li(原子数分数)掺杂的NaI∶Tl晶体具有最优的中子-伽马脉冲形状甄别(PSD)性能,品质因子(FoM)值达到4.56。

蒙特卡罗方法模拟放射源位置对井型NaI(Tl)晶体探测效率的影响

利用Geant4数值计算程序,对放射源137Cs和60Co发射的单能γ射线(0.662 MeV和1.331MeV)经过井型NaI(Tl)晶体探测器后的能谱进行了蒙特卡罗模拟,并通过改变放射源在井型NaI(Tl)晶体中的位置对探测效率的影响做了进一步的研究。计算结果表明:对比常用的圆柱形NaI(Tl)闪烁探测器,由于井型NaI(Tl)晶体对放射源所张立体角很大,所以其对γ射线的源峰探测效率更高,并随着放射源在井内高度的增加而逐渐减小;在固定了放射源在晶体井下深度的情况下,放射源位置在水平面内的变化对源峰探测效率的影响并不大。

NaI(Tl)晶体对γ射线响应函数的蒙特卡罗模拟

以137Cs放出能量为0.662MeV的γ光子在NaI(Tl)晶体中的响应函数为研究对象,探讨响应函数的计算方法。对能量沉积谱分段,计算出落在每一能量段内的概率,依此将实验测得的参数代入程序中对谱线进行拓展形成符合高斯分布的全能峰。用蒙特卡罗方法建立物理模型,利用设计的模拟软件模拟出整个光子的运动过程,同时显示出晶体探测到的γ光子响应函数。

NaI(Tl)闪烁谱仪谱漂移原因分析

在论述NaI(Tl)闪烁谱仪系统的基础上,对NaI(Tl)闪烁谱仪的谱漂移产生机理进行了理论分析,并在理论分析基础上从测量和稳谱的角度对引起谱漂移因素进行了分类,以利于获得稳谱的方法及减小谱仪谱漂移产生的技术途径,并提出了对于非线性谱漂移的稳谱方案.

NaI(Tl)晶体探测器对面源的γ绝对探测效率

用数值积分方法计算了 Na I(Tl)晶体探测器对 Marinelli Breaker型容器内表面源的 γ绝对探测效率。

基于Geant4的NaI(Tl)闪烁谱仪模拟

Geant4是一套用于精确模拟粒子在介质中输运过程的蒙特卡罗数值计算软件工具包.本工作基于该工具包,通过对一个NaI(Tl)闪烁谱仪进行实例模拟计算,得到了与实验测量所得能谱具有相同特征的结果,表明Geant4不仅能够用于高能物理模拟,同时也可以应用于核技术领域的其它方面.

Monte Carlo方法对不同尺寸NaI(Tl)晶体探测效率的刻度

应用蒙特卡罗方法,在VC++开发平台下编制了可以自定义NaI晶体尺寸的软件,实现对不同能量的γ射线的探测效率的计算。根据计算得到的数据矩阵拟合出不同体积探测器对点源的效率函数,并确定出函数的参数。

基于三NaI(Tl)晶体探测器的放射源定位研究

设计了一种三NaI(Tl)晶体组成的γ射线源定位探测器系统,并通过模拟仿真及实验研究了三NaI(Tl)晶体探测器在137Cs辐射场中全能峰占比计数随距离及入射粒子方向变化的关系。结果表明:在远距离探测情况下,采用全能峰占比法可以有效消除源与探测器间距对角度分辨的影响。对于探测距离约为2.58m的1.36×10^6Bq的^137Cs源,测量的最大角度偏差≤1.72°,定位位置相对偏差为3.71%。

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。

基于DSP的NaI(Tl)闪烁探测器温漂补偿方法

针对煤化工应用中环境温度影响NaI(Tl)闪烁探测器从而造成漂移的问题,提出了一种基于DSP的NaI(Tl)闪烁探测器温度漂移补偿的方法。首先研究了探测器的温度变化量与特征峰道址变化量的相关关系以及高压调整量与特征峰道址变化量的相关关系,并根据最小二乘法对数据进行曲线拟合。然后利用温度变化量与高压变化量关系反向调整高压模块电压和特征峰峰位追踪相结合的方法,设计了基于DSP的温度漂移补偿系统。最后检验了此方法用于温度漂移补偿的效果。检验结果表明所提方法的补偿效果远好于倍极电压补偿方法的效果,有效地对探测器温度漂移进行了补偿,探测器的谱漂移减小到0.1%,达到了实际应用中的要求。

Cs_(2)HfCl_(6)和Cs_(2)HfCl_(6)∶Tl晶体的生长、光学和闪烁性能研究

本文使用坩埚下降法制备了∅7 mm的未掺杂Cs_(2)HfCl_(6)与Cs_(2)HfCl_(6)∶0.2%Tl(摩尔分数)单晶,对晶体样品进行了物相、杂质含量、光学和闪烁性能的研究。该晶体属于立方晶系,空间群为Fm3m。在荧光和X射线激发下,未掺杂Cs_(2)HfCl_(6)晶体的发光主峰皆为380 nm,对应于自陷激子发光。Cs_(2)HfCl_(6)∶0.2%Tl晶体在荧光和X射线激发下,发射光谱中除了存在380 nm处的自陷激子发光,也存在505 nm处Tl^(+)的sp-s^(2)跃迁发光。Cs_(2)HfCl_(6)和Cs_(2)HfCl_(6)∶0.2%Tl晶体的光输出分别为37000 photons/MeV和36500 photons/MeV,在662 keV处的能量分辨率皆为3.5%。在137 Cs源激发下,Cs_(2)HfCl_(6)晶体的闪烁衰减时间为0.37μs(4.2%)、4.27μs(78.9%)和12.52μs(16.9%),Cs_(2)HfCl_(6)∶0.2%Tl晶体的闪烁衰减时间为0.33μs(3.5%)、4.09μs(81.9%)和10.42μs(14.5%)。

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。

NaI(Tl)闪烁谱仪峰总比的蒙特卡罗计算

简单分析 Na I(Tl)闪烁谱仪探测原理的基础上 ,运用蒙特卡罗程序 MCNP计算了该谱仪对不同能量点源的峰总比 (或光分数 ) ,并同实验结果做了对比 ,解释了计算结果比实验值偏高的原因。

X射线能谱处理中NaI(Tl)闪烁体边界效应矩阵的蒙特-卡罗计算

用 NaI(Tl)闪烁谱仪测量 X 射线机产生的 X 射线能谱是一个较为方便的方法。在此方法的应用中应当考虑到闪烁体边界效应的影响。本文报道了在解谱中表征这一影响的两个矩阵的蒙特-卡罗计算方法和计算结果,并对计算结果作了简要讨论。

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。

NaI(Tl)探测γ能谱的MCNP模拟

利用光子和电子联合输运MCNP程序的电子脉冲计数类型的能峰展宽模拟计算NaI(Tl)探测器的γ能谱,与实验结果符合较好.利用能峰展宽参数计算不同能量γ射线的峰总比,结果与实验值相符,验证该计算方法可用于NaI(Tl)探测γ能谱的模拟.对不同能区γ射线的能谱进行模拟,并分析了能谱的形成过程.

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。

(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。

利用^(252)Cf快电离室裂变γ射线测量NaI(Tl)定时精度

为了测量γ射线入射NaI(Tl)探测器的定时相对不确定范围,利用纳秒响应252Cf快电离室,通过252Cf裂变γ射线和中子飞行时间谱测量,由γ射线峰时间宽度获得探测器定时精度。采用BC501液体闪烁探测器和NaI(Tl)探测器,γ峰的FWHM分别为1.2 ns和1.7 ns,NaI(Tl)探测器的定时精度FWTM能够达到3.5 ns。

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。