考虑脉冲高度分布(PHD)的光电倍增管光子探测模型

光电倍增管(Photomultiplier Tubes,PMT)具有光子级别的灵敏度,而且没有物理意义上的死区时间,在光子计数雷达应用中有独有的优势,但PMT响应单光子输出脉冲高度呈高斯随机分布,且不同脉冲之间还有可能产生堆叠,传统的单光子模型不能准确描述PMT的光子探测过程。针对PMT输出脉冲高度随机分布,脉冲堆叠现象和光子事件鉴别阈值的设置对光子事件探测概率的影响提出了一个新的PMT光子探测模型,并根据实际应用场景进行了简化,通过蒙特卡洛仿真验证了简化模型的适用性。搭建了光子计数雷达系统,通过和盖革模式APD进行实验对比,发现PMT光子探测模型虽然有略微的探测概率损失,但在测距应用中具有更小行走误差和更高测距精确度。实验也证明了新模型相比于传统单光子探测模型更符合PMT的光子事件探测概率分布,新模型对基于PMT光子计数雷达的系统设计和理论分析具有重要的指导意义。

光电倍增管的PHD特性测量方法

根据用于光子计数的光电倍增管(PMT)的脉冲高度分布(PHD)特性,提出了利用示波器配合光子计数卡来测量用于光子计数的PMT的PHD数据的方法。从实验测得的结果看,此种方法可以有效的测得PMT的PHD数据。

CVD金刚石核探测材料与器件

金刚石膜因其优异的电学、光学等性能已成为优越的辐射探测器材料,但探测器性能强烈地依赖于薄膜质量。本工作利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法获得了(100)取向不同质量的金刚石薄膜,并制备了CVD金刚石辐射探测器。应用5.9keV55FeX射线测试了探测器的光电流响应和脉冲高度分布。50kV/cm外电场作用下晶粒为10μm的CVD金刚石探测器的暗电流和光电流分别为16.3和16.8nA。光电流随辐照时间延长而增大,尔后趋于稳定。脉冲高度峰与噪声明显分离。探测器具有较高的计数效率和信噪比。

keV能区中子注量率测量初级标准装置研制

由于大多数中子探测器在keV能区处于共振能区,截面数据无法精确已知,无法作为中子注量率测量初级标准装置。6 Li在keV能区的截面精确已知,本文以此设计了一种包含6 LiF转换体的硅半导体探测器系统(LiF-SSD探测器),建立了keV能区中子参考辐射场中子注量率测量初级标准装置。利用SRIM和TRIM程序估算了LiF-SSD探测器的计数率;基于Geant4开发了探测器响应计算程序,给出了中子能量为27.4keV的探测器脉冲幅度计算谱;利用45Sc(p,n)45 Ti反应,测量了27.4keV中子能量点的探测器脉冲幅度谱,测量结果与理论计算谱符合较好。

微通道板增益对光子计数探测器成像性能影响

微通道板作为二维位置灵敏阳极光子计数探测器中的电子倍增器件,其增益特性直接影响探测器的成像性能。搭建了系统测试平台,测量了微通道板的增益随电压变化曲线,并获得了3块微通道板叠加后的脉冲高度分布曲线。根据测试结果以及脉冲高度分布曲线的能量分辨率与探测器增益的均匀性之间的物理关系,选择合适电压值和增益对探测器的性能进行优化,探测器分辨率由3.56lp/mm提高到4.49lp/mm,获得了清晰图像,为探测器的研制提供了技术支持。

光子计数技术及其在弱光计量中的应用

从光子计数原理出发,介绍光子计数系统的构成,分析光电倍增管的脉冲幅度分布,并叙述光子计数技术在弱光计量中的实际应用。

低能X射线在正比管内产生脉冲幅度的分布

正比管对大于2keV X射线的探测,输出的脉冲幅度分布近似高斯分布。而对低能超软X射线、紫外线,它给出的脉冲幅度分布明显偏离高斯分布。本文从实验上和理论上研究单电子和少数日电子在正比管内产生脉冲的情况。认为在低气体放大倍数时,单能软X射线在正比管内产生脉冲幅度分布是Г分布的加权总和。

HL-2A装置SDD软X射线PHA阵列实验结果

用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明,电子温度剖面在OH阶段较平缓,接近抛物线1.0×[1-(r/a)2]2分布;而在ECRH(功率0.8MW)阶段,等离子体中心(z=0)电子温度上升了0.6keV,边缘(z=30cm)处只上升了0.1keV,反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域;在ECRH期间有大量的高能电子产生,因而电子速率分布在ECRH期间显著改变;等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大,ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z=0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明:在ECRH(纵场Bt=1.3T)放电期间,ECRH加热效果显著,ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近;电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化;ECRH期间有大量的高能电子产生,电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。

一次大磁暴主相期间ENA氧与氢的分离及分布特征——TWINS卫星观测

本文采用基于ENA(Energetic Neutral Atoms)次生电子起始脉冲高度分布,统计拟合分离中能段ENA两种主要成分氢和氧的方法,研发了实现ENA氢与氧分离的TWINS卫星原始数据处理软件;其中所需要的脉高分布模型,参照已有理论公式,利用TWINS(Two Wide-angle Imaging Neutral-atom Spectrometers)卫星标定数据进行拟合确定未知参数,再加以计算得到.将上述方法用于TWINS卫星实测数据,分离得到一次大磁暴主相期间ENA-H和ENA-O微分通量随观测视线的分布及其随主相增长的变化.分析发现:(1)ENA-H与ENA-O微分通量的强度和随观测视线的分布特征都有明显差别,从某种角度反映出ENA之源的O^+与H^+离子强度和分布之间的差异;(2)接近主相极大时,ENA-H有很强的低高度发射(LAE,Low Altitude Emission),出现在磁地方时午夜前极光和亚极光纬度区,意味着该区域较强的等离子片和环电流质子沉降,进入到外层基底以下较低高度大气层;而ENA-O则未有明显LAE产生;ENA-O强通量观测视线主要穿过广大环电流区,磁地方时主要在午夜之后以及黄昏前和黎明前后;(3)在磁暴主相快速增长期,ENA-O平均总通量持续增大,而ENA-H同步减小,ENA-O与ENA-H平均总通量的比率随环电流指数Dst绝对值的增大而大致成正比增长.

金刚石膜α粒子探测器的电学性能研究

从外加偏压、预辐照处理等方面对三明治结构金刚石膜探测器在α粒子辐照下的电学性能进行了研究.电流-电压特性和脉冲高度分布测试和分析表明,金刚石膜探测器在能量为5·5MeV的241Amα粒子辐照一定时间后,其暗电流有所增加.探测器顶电极施加负偏压时,在α粒子辐照下得到的净电流和信噪比均较大.Raman光谱测试表明,造成上述现象的原因很可能是金刚石膜厚度方向的不均匀性分布.负偏压下探测器对α粒子的能量分辨率为25·0%,优于正偏压下的能量分辨率(38·4%).随着α粒子辐照时间的延长,探测器的净电流和电荷收集效率均有明显增加.