基于GAGG闪烁体探测器康普顿相机角分辨率误差来源分析

基于Geant4模拟平台搭建了一个由2层6×6位置灵敏的cerium-doped gadolinium aluminum gallium garnet (GAGG(Ce))闪烁体探测器阵列组成的康普顿相机;从理论上分析了探测器的几何因素、能量分辨率和材料多普勒效应对康普顿相机角分辨率的影响;散射角为5°~90°时,角分辨率<10°．模拟条件:采集了仅考虑几何因素、能量分辨率与多普勒效应,以及综合考虑这3种误差来源等情况的符合数据,并用滤波反投影算法进行图像重建．当2层探测器距离为6.0~16.0 cm时,几何因素是影响角分辨率的主要误差来源,能量分辨率次之,多普勒效应贡献最小．      

准半球型CdZnTe探测器能谱特性的影响因素

为解决CdZnTe(CZT)探测器空穴拖尾的问题,基于Shockley-Ramo原理,采用GEANT4和COMSOL有限元软件,模拟计算了准半球型CZT探测器对137Cs@662 ke V的能谱响应。模拟结果表明:(μτ)e范围为(1~10)×10-3cm2/V时适合采用准半球型探测器的结构设计;(μτ)h对能谱的影响较小;(μτ)e和(μτ)h相差较大时,能量分辨率较好,但是当(μτ)h增大时,拖尾现象开始逐渐显现;提高(μτ)e和探测器偏压均可改善能谱特性。根据模拟计算出的最优探测器参数制备了尺寸为10 mm×10 mm×5mm的准半球型CZT探测器,其对137Cs@662 ke V的能量分辨率为1.17%,峰康比为6.86。     

高性能金刚石辐射探测器的研制与测试

设计了长×宽×高为4.5 mm×4.5 mm×500μm的金刚石辐射探测器.通过在金刚石/Al面形成肖特基势垒优化探测器性能,对其电特性(暗电流、电荷收集率)和探测特性(能量分辨率)进行测试.结果表明,电荷收集率最优为96.9%;暗电流随外加偏压的增加而增加,在偏压100 V以内小于0.1 nA;能量分辨率在偏压为380 V时最优,为2.82%.金刚石/Al面形成的肖特基势垒不仅降低了暗电流,还使辐射探测器的能量分辨率有很大改善.     

高灵敏度晶体管放大器的电磁屏蔽和接地

要把0.4 V五位即分辨率为10μV的数字电压表扩展到满量程为40 mV和4 mV,必须使用闭环增益为10和100分辨率为1μV和0.1μV的前置放大器。为了使由开环增益有限引起的闭环增益的误差移到五位读数之外,放大器开环增益在闭环增益为10时要大于10~7;在闭环增益为100肘要大于10°。要使分辨率为10μV的数字电压表读数稳定,其输入端噪     

RHIC-STAR时间投影室的升级

位于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机RHIC计划于2019–2020年进行能量扫描二期实验项目,其主要科学目标是研究强相互作用物质的相结构并寻找相变临界点. STAR时间投影室内扇区丝室升级(inner TPC, iTPC)是该项目关键的探测器升级. iTPC升级将拓展STAR带电粒子测量的赝快度覆盖区间,并提高动量及能量损失测量的分辨率. iTPC升级将重新制作包括读出丝室和电子学在内的全部24块内扇区模块. iTPC丝室包括阳极丝、阴极丝、门极丝共3层丝面,丝张力及丝面的高度都需要高精度控制.我们设计了丝张力精密测量装置以及高精度丝面安装系统,高质量完成了全部iTPC丝室探测器的研制.实现了探测器增益均匀性1.5%(RMS)、能量分辨率25%(FWHM),及强辐射环境下稳定工作的出色性能,已在STAR实验安装并开始实验运行.     

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．      

GaN基带电粒子探测器能谱测量的改进研究

分析了GaN和Si两种不同探测器的电荷灵敏前置放大器增益,修正了GaN基带电粒子探测器能谱的放大倍数。利用~(241)Am和~(239)Pu两种α粒子源标定了能量与道指的关系,获得了能量刻度曲线方程。根据标定的曲线方程,测量了修正前后的GaN基pin探测器~(241)Am源的能谱。修正后的测量结果表明,当反向偏压为-10 V时,5.48 MeV的~(241)Am源在GaN基pin探测器里沉积的能量约为620 keV。     

Micromegas探测器的电子透过率与增益

介绍了以鱼线作为放大区(雪崩区)支撑柱的Micromegas探测器,探测器灵敏面积为45mm×45mm.给出了该探测器的增益均匀性、电子透过率以及不同气体成分下的增益曲线,并与三维蒙特卡罗模拟结果进行比较.分析讨论了Micromegas工作机理和增益增加的原因等.     

可控增益光电集成光接收机设计

基于IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工艺,利用工艺库提供的分束器将入射光信号能量均分给差分电路两侧的Ge波导耦合型探测器,设计了一款应用于高速光通信和光互连领域的增益自动可控型光电集成光接收机.整体电路包括光电探测器、跨阻放大器、两级增益放大器、输出缓冲级、直流偏移消除模块和自动增益控制模块.为解除利用直流偏移消除电路检测峰值电压这种传统方案对消直流电容容值的限制,电路设计了同时具有峰值检测和增益控制功能的自动增益控制模块,并引入放电复位电容来控制采样时间.为了稳定差分电路的直流工作点,并避免引入过多功能模块对电路噪声的恶化,设计了结构灵巧的直流偏移消除电路.同时,为了提升电路带宽,还设计了带射随器反馈的共射跨阻放大器、带简并电容的Cherry-Hooper增益放大器以及可有效降低输入电容对级联电路带宽限制的f_T倍频器.仿真结果表明,在电源电压为3.3 V、输入光功率-10 d Bm的情况下,所设计的光接收机电路增益为80.2 dB?,-3 dB带宽为34.8 GHz,带宽范围内等效输入噪声电流小于35 pA/■.输入光功率在-15～-3 dBm范围内,电路可实现对增益的自动控制,输出摆幅约500 mV,波动小于10%.在40 Gb/s的传输速率下,电路眼图清晰方正,无明显的欠冲与过冲,交叉点清晰,张开度良好,有望用于高速单片集成光接收机中.     

高灵敏度光伏硅杂质元素分析仪的研制

光伏硅杂质元素分析仪是基于能量色散谱仪的工作原理,研制开发的由硅漂移探测器和数字脉冲处理器以及双靶激发系统组成的X荧光类分析仪.仪器的性能测试中:能量线性偏差为0.23%,相对极差为0.06%,相对标准偏差为0.59%,同时探测器的能量分辨率为130 eV,均可证明满足光伏硅中Cr、V、Mn、Co、Ni、Fe等杂质元素的定量分析要求.同时,用该系统对某公司生产的光伏硅材料进行测试,结果与ICP-AES测试结果相吻合.     

一种用于脉冲超宽带接收机的0.18-μm CMOS工艺的高增益检波器

设计了一个用于非相干脉冲超宽带接收机的0.18-μm CMOS工艺的能量检波器.该检波器包含了输入匹配模块、平方电路、翻转电压跟随器-电流检测电路、跨导级以及输出缓冲器.平方电路运用饱和区晶体管的平方律特性对输入差分信号进行平方,所得到的输出电流由翻转电压跟随器-电流检测电路转换成电压.跨导级对该信号进行放大并积分得到所接受的能量.测试结果可以看出,当输入信号的峰峰值超过60mV时,在高达300 MHz的频率下检波增益可以达到10 dB.而最小检测幅度为13 mV,此时的检波增益为5 dB.在移除输出缓冲器之后,输出脉冲的幅度将增加一倍.不计及测试焊盘,芯片面积为0.23 mm×0.3 mm.电路由一个1.8 V的电源供电,核心电路电流为3.5 mA.该检波器已成功应用于开关键控方式的接收机以实现高速宽带通信.     

光栅衍射型激光告警的探测技术研究

为了能够使近红外探测器快速获取来袭激光的二维方位角、波长,提出了一种基于FPGA架构的驱动控制技术。上位机为了能够方便、快捷的控制探测器,采用VC++编写的上位机通过USB传输到FPGA,再通过FPGA将相应的命令发送给探测器,对它的工作方式增益、带宽、积分时间进行灵活的配置;FPGA相应的控制探测器的帧频、行频以及数据配置引脚使探测器能够输出有效的数据,然后通过USB上传到VC++上位机对有效的数据进行采集显示。利用此方法对波长为850nm的激光从不同的方位角进行入射,用编写的VC++上位机成像软件进行数据采集处理,对采集到的图片进行分析,依据光斑强度确定零级、一级,推算出来袭激光方位角、波长,实验表明波长分辨率小于10nm,角度分辨率小于。     

Detection of low enersy solar neutrinos by a two-phase cryosenic e-bubble detector

A new two-phase cryogenic neutrino detector using electron bubble （e-bubble） specifically in liquid helium is proposed and being developed for real time, high rate measurements of low-energy p-p reac- tion neutrinos from the sun. The e-bubble detector is a time projection chamber-like （TPC） tracking detector. The task of such a neutrino detector is to detect the ionization of the elastically scattered target electrons by incident neutrinos, and then to characterize their energy and direction and to dis- tinguish them from radioactive backgrounds. The ionization signals are expected to be small and hence undergo avalanche amplification in the saturated vapor above the liquid phase by gas electron multi- pliers （GEMs） at high gain. Higher granularity and intrinsically suppressed ion feedback give a good spatial resolution and are the major advantages of this technology. It should be possible to construct such a detector to track charged particles down to 100--200 keV in a massive liquid helium target with fractional millimeter spatial resolution in three-dimensional space, using the GEM-based TPC with a high-resolution CCD camera, for both the electronic and light readout.     

面向低压输入MC-WPT系统高增益桥式补偿网络研究

由于无线电能传输系统松耦合特性,传统无线电能传输系统的输入输出增益普遍较低.这在光伏类型的低压输入高压输出应用中面临增益不足难题.提出一种基于桥式补偿网络的新型电能变换拓扑,研究基于桥式补偿网络的MC-WPT系统的阻抗特性以及能量传输特性,给出改进型桥式补偿网络方案.在此基础上,提出桥式补偿网络的参数设计设计方法.最后,本文通过实验验证所提出方法的正确性,可实现2～9倍的输入输出增益.     

介质阻挡放电功率测量及各参量变化规律

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压V、激励频率.f对介质阻挡放电电学参量的影响.试验结果表明:提高V,f可有效提高介质阻挡放电的放电功率P、电荷传输量Q;当介质阻挡放电装置结构参数确定后,V,f对等效总电容C的影响不大,电介质层等效电容Cd随V,f的增大而增大,放电气隙等效电容Vg随V,f的增大而略有下降;气隙有效电场强度Eg随V的升高而增大,f对Eg的影响不大;该介质阻挡放电产生的平均电子能量较高,可用于臭氧发生器等设备.     

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).     

树脂绝缘干式变压器内部温度场分布仿真研究

干式变压器内部的温升情况直接影响到变压器的实际运行。该文利用有限差分法的原理,建立了干式变压器的温度场数值仿真计算模型,并开发了相应的仿真计算软件。获得了 Ｓ Ｃ８１ ０００／１０ 变压器铁芯和高低压线圈的温度场分布情况,进行了相应的现场温升试验,得到了仿真结果和试验数据相吻合的结果。计算表明,低压线圈的最热点位于线圈上表面内侧,高压线圈的最热点位于线圈内部,为监测设备运行情况的热电偶埋放地点提出了建议,对产品设计、运行有一定意义。     

聚合物稳定液晶调光器件厚度对其电光性能的影响

通过采用紫外光聚合诱导相分离法制备聚合物稳定液晶调光器件,利用紫外可见分光光度计来研究器件的不同厚度对聚合物稳定液晶调光器件电光性能的影响. 结果表明:随着器件厚度的增加,器件的关态透光率降低,阈值电压升高,饱和电压升高;当器件厚度为5 m时,聚合物稳定液晶智能调光器件的电光性能优良,未通电时,透光率高达97%,当施加40V电压时,透光率低于10%;响应时间非常短,灵敏度非常高,从关态到开态响应时间仅仅需要0.025 s,从开态到关态响应时间需要0.06 s. 这些优异性能使得基于聚合物稳定液晶的智能窗在室内光线智能管理领域有着巨大的应用潜力.     

材料带隙和阴极功函数对有机太阳能电池开路电压的分析

利用AMPS-1D软件研究了材料带隙和阴极功函数对异质结有机太阳电池的开路电压的影响。仿真实验结果表明:有机太阳电池的开路电压和材料带隙满足线性关系;活性层材料的带隙一定时,开路电压随阴极功函数的增大而减小,同时开路电压随温度的升高而减小,并呈现一次指数衰减的趋势;活性层内部载流子的复合率随阴极功函数的增大而增大,进而导致器件内部电场强度的减小。