塑料闪烁体探测器衰减长度特性的蒙特卡罗模拟研究

塑料闪烁体中的光衰减常被用来进行定位和修正信号的大小,对衰减规律的认识关系到一些物理量的测量精度。借助蒙特卡洛算法,系统研究塑料闪烁体衰减长度的影响因素及其影响方式。结合控制变量法,对塑料闪烁体的光学面类型、截面积、反射材料、表面粗糙程度这4类影响因素,逐一进行模拟测量和数据分析,进而得到衰减长度随该因素变化的趋势。然后,创新性的采用区间细分法,将塑料闪烁体按距离划分为若干个等距区间后,比较各区间的衰减长度的分布特性,总结区间细分法衰减长度的一般规律。结果表明,在其他条件相同时,背面涂层的抛光光学面的光收集效果最好,衰减长度随截面积、反射材料系数、表面粗糙度的增大而减小。同时,衰减长度是在闪烁体区间位置方向上不断变化的,并且衰减规律不是简单的指数规律,而是复合型的衰减规律。该模拟研究对塑料闪烁体探测器的实验设计具有较高的参考价值。     

光子在LYSO晶体中传输的Monte Carlo模拟

为了获得PET探测器设计中闪烁晶体表面不同处理方式对探测效率的影响,使用DETECT2000对光子在LYSO(Lu1.9Y0.1SiO5∶Ce,硅酸镥)晶体中的光学输运特性进行了蒙特卡罗模拟.探测器由一个4 mm×4 mm×25 mm的LYSO晶体与一个PMT耦合组成.模拟结果显示:入射面为粗糙面(漫反射面),其余均为抛光面并在外层(入射面和与PMT耦合的面除外)包有反射介质。反射介质的反射率越高,则探测效率越高,并且其探测效率是晶体所有表面作抛光处理方式的1.6倍.在探测器设计过程中,需要选取反射率大于0.98的反射介质作为反射层.     

一种改进的粉末倍频技术的研究

提出一种改进的粉末倍频技术.采用光纤探测器探测粉末样品的倍频光和基频光,大大提高了测量结果的精度.光纤探测器能灵活地绕粉末样品旋转,可以方便地测量样品的倍频光强在周围空间的分布.应用这一测试方法对不同尺度范围的标准KIO3晶体粉末透射倍频光和反射倍频光的位相匹配特性进行了测量,结果表明,反射倍频光为非位相匹配,相干长度约58μm,而透射倍频光具有位相匹配特性.测量发现,KIO3晶体粉末颗粒尺寸在187.5～250μm时,其透射光也能实现较好的位相匹配.     

液体闪烁体光电子产额的测量

液体闪烁体在中微子实验中被广泛使用,高光产额的液体闪烁体可以使实验获得更好的能量分辨率,尤其是对于大体积的液体闪烁体探测器,如江门中微子实验.对于多种成分组成的液体闪烁体,通过优化各个组分的浓度配比,可以获得更高的光产额.实验利用康普顿散射方法对不同浓度配比的液体闪烁体的绝对光电子产额进行了准确的测量.这为进一步确定液体闪烁体的初始绝对光产额以及为不同尺寸的探测器选择最优的液体闪烁体的组分配比提供了实验基础.     

掺锂塑料闪烁体的制备与性能

为了提高塑料闪烁探测器对低能中子的探测灵敏度,可在塑料闪烁体中引入热捕获截面积较大的6Li。通过酸碱中和反应合成了甲基丙烯酸锂,对其进行了结构表征,随后将其溶解到甲基丙烯酸中,并将甲基丙烯酸溶液转移至溶有第一闪烁物质和移波剂的苯乙烯溶液中,通过热聚合的方法制备出掺锂塑料闪烁体。所得闪烁体的最大掺锂质量分数为0. 89%,且随着掺锂量的增多,闪烁体的荧光性能逐渐降低;相对于蒽晶体,最大掺锂量的闪烁体的光产额为46. 27%;最大掺锂量塑料闪烁体的衰减时间为1. 64 ns。     

溴化镧闪烁晶体对湮灭光子线性吸收系数的计算

本文对新型卤化物闪烁体探测器——溴化镧探测器溴化镧闪烁体的线性吸收系数进行了推导和计算,特别对能量为0.511MeV的γ光子的线性吸收系数进行了计算,为以后计算溴化镧探测器对正电子的探测效率提供了数据依据.     

能谱探测效率影响的模拟计算

用蒙特卡罗方法模拟计算了闪烁晶体的长度以及源到探测器之间的距离对能谱探测效率的影响，避免了实际测量时的盲目摸索。模拟结果表明：光电峰效率与闪烁晶体的长度有关，但对源到探测器的距离变化不敏感。     

基于波长位移光纤的~(232)Th+ZnS(Ag)闪烁体中子探测器

闪烁体光纤探测器是近年来发展起来的一种可用于中子测量的新型探测器,为了提高闪烁体光纤探测器的中子探测效率,该文以~(232) Th+ZnS(Ag)为探测器材料,利用波长位移光纤代替普通光纤收集和传输信号,并对改进的探测器的探测效率进行了理论分析和实验验证。研究结果表明:波长位移光纤探测器的计数率约为普通光纤的1.7倍。该探测器应用于加速器驱动次临界系统的中子探测,获得了次临界反应堆实验装置中子的分布变化规律,与计算结果较为一致。     

CsI(Tl)对高能质子能量响应的蒙特卡罗研究

在放射性核束物理的实验研究中,需要对核反应产物进行测量和鉴别,以获取反应过程中的重要信息.使用GEANT4软件对CsI(Tl)闪烁体探测器对高能质子的能量响应进行了蒙特卡罗模拟,以确定这种探测器用于探测能量范围10HeV-150MeV质子的能量响应.通过对晶体外表面包覆材料反射率、耦合光敏二极管面积、质子射程等条件的模拟和分析,找到了提高CsI(Tl)闪烁体探测器性能的方法.     

闪烁体与闪烁探测器的研究动态

闪烁体和闪烁探测器在工业、医学以及某些核物理实验、地质探矿、安全检查和材料探伤等领域有着广泛的应用。本文阐述了闪烁体的性质和分类,闪烁探测器的工作原理、构成以及探测装置在安全检查中的应用。     

平面型CdZnTe探测器电荷收集效率对能谱测量的影响

采用蒙特卡洛程序Geant4构建平面型CdZnTe探测器, 模拟²⁴¹Am(59.5 keV)与¹³⁷Cs(662 keV)两种不同能量射线从阴极面垂直入射探测器. 通过在Geant4 中添加Hecht 方程来计算探测器不同位置处的电荷收集效率. 根据模拟输出的能谱, 结合能量沉积分布、电子-空穴对分布及其相互作用类型, 在考虑电荷收集效率的情况下, 研究了探测器能谱测量的变化.结果发现, 在考虑电荷收集效率后, 能谱向低能部分偏移, 偏移程度与最大电荷收集效率紧密相关.     

利用GEANT4模拟研究RIBLL中的飞行时间探测器

基于GEANT4对兰州放射性束流线(RIBLL)中的飞行时间探测器进行了系统的模拟研究,得到了入射粒子在不同入射位置情况下光子总的收集效率、光子到达光阴极3种情况的收集效率和时间分辨,给出了影响探测器时间分辨的主要因素和改进方案.     

国产 LaBr3：Ce 晶体性能表征

作为近年来发展起来的新晶体,LaBr3:Ce有着很高的发光产额(~60 000p·MeV-1)和较快的发光衰减时间常数(~16ns),因而成为研究热点.国内对LaBr3:Ce晶体的研究生产时间不长,仅有少数几家单位具备生产研究条件.本工作采用北京华凯龙电子有限公司生产的LaBr3:Ce晶体(晶体尺寸为φ30mm×20mm),配合XP20D0光电倍增管,采用单光电子方法测量得到其光电子产额为16 800pe·MeV-1;测量了其发光衰减曲线,计算得到其上升时间为5.6ns,发光衰减时间常数为21ns;其对137 Cs的能量分辨率为3.3%;采用两块φ30 mm×20 mm的LaBr3:Ce晶体与两只XP20D0光电倍增管,测量得到对22 Na的符合时间分辨率为191ps;这些表征为国产LaBr3:Ce晶体的γ谱仪研究提供了重要参考.     

14.7MeV中子在^9Be核上散射微分截面的测量

用伴随粒子飞行时间谱仪，测量了１４．７ＭｅＶ中子在９Ｂｅ核上的弹性及２．４３ＭｅＶ能级的非弹性散射微分截面．给出了从１５～１３５°（实验室系）范围内散射截面的数据，以及散射角分布的勒让德系数．对中子通量衰减、电子学死时间和初级束形状等作了修正．实验数据的总误差为４．０％～７．０％，其中统计误差为０．５％～３．５％．     

曲线拟合在核探测器信号幅度提取中的应用

研究数字化核探测器输出脉冲信号的幅度提取问题.根据闪烁探测器的电路特性,推导了其脉冲信号理想曲线方程.综合利用三和值法、最小二乘法、试探法等方法,设计了该理想曲线拟合算法.由脉冲信号采样点数据,通过曲线拟合,计算出曲线的极大值,该值即为闪烁探测器输出脉冲信号的幅度.正反演数据结果对比表明,采用曲线拟合算法提取闪烁探测器输出脉冲信号幅度,其方案可行,计算结果更准确.相较于数字滤波和数字脉冲成形方法提取核探测器输出脉冲幅度,该算法更简单,对仪器的硬件处理速度要求更低.该方法开辟了核探测器脉冲幅度提取的新途径.     

天然Nb的快中子辐射俘获截面

用大液体闪烁探测器和飞行时间法,相对于~(197)Au测量了0.7—1.4MeV能区天然Nb的中子辐射俘获截面.在0.5—2.0MeV能区,对~(93)Nb的辐射俘获截面进行了理论计算.     

塑料相位光栅型波分复用/解复用器的设计

采用模压成型的塑料相位光栅作为波分复用/解复用器的分光元件,根据矩形相位光栅衍射公式,理论分析和仿真其衍射效率和信道分离情况.研究结果表明:对于一定刻槽深度的塑料相位光栅,+1级衍射效率和入射角的关系与理论分析结果一致,即对于采用的波长分别为575,625,675nm的入射光,当刻槽深度为200nm时,+1级衍射效率最大值所对应的入射角为25°左右,此时衍射效率理论值最大可达0.79;信道间隔为50nm时,从探测器观察其光斑间隔为230μm左右,大于光纤直径(200μm),能有效实现光波分离,可应用于塑料光纤波分复用系统.     

水帘极板静电除尘模型的收集性能实验研究

建立了水帘极板电除尘器实验模型,研究了其电晕特性,以及极距、电场风速、水帘流量、供电电压、初始粉尘浓度等参数对除尘效率的影响.结果表明:水帘形成好坏对V-I特性曲线有一定影响,水帘流量影响形成水帘好坏的程度,因而影响除尘效率;极距对除尘效率有较大影响,极距300mm时除尘效率最高;供电电压对除尘效率的影响较为明显,随着电压的升高除尘效率也升高;风速增大除尘效率降低,初始粉尘浓度对除尘效率影响较小.     

基于目标层反射能量的观测系统优化设计

塔里木盆地克深地区地表起伏大、地下构造复杂,造成资料采集困难。针对工区资料信噪比低、成像不精确的问题,采用已有的采集资料进行叠前深度偏移退化性处理,得到排列长度、接收线数、炮密度等基本观测参数。在此基础上,构建了该区的地球物理模型,计算目标层的照明度,根据共反射点能量均匀及接收效率最大原则,对炮检距、接收线数和炮密度3个采集参数进行了优化设计。研究结果对提高复杂山地地震资料采集质量具有指导意义。