碘化钠探测器和高纯锗探测器γ能谱仪性能比较

用碘化钠(NaI)闪烁体探测器和高纯锗(HPGe)半导体探测器γ能谱仪测量了^137Cs-^152Eu标准放射源和铅室本底的γ射线能谱．分析研究NaI探测器与HPGe探测器的能量分辨率、探测效率等特性，通过能谱分析还给出了铅室本底中可能含有的放射性核素，并对HPGe探测器进行了部分能量范围内的效率刻度．     

核废物桶检测中探测效率的数值方法

为了既准确又快速地进行探测效率刻度,针对中低放射性废物活度测量,提出了一种基于探测对象、准直器和以高纯锗探测器为例的空间分布的探测效率实时数值计算方法.采用该方法对不同位置、不同能量的点放射源进行效率刻度,与蒙特卡罗方法计算结果的相对偏差均在5%以内.使用γ射线探测系统对木材和聚氨酯填充的废物桶样品进行实验测量,得到核素137Cs和60Co的探测效率,相同工况下的数值计算结果与实验测量值的相对误差均在12%以内,且多数小于5%.研究结果表明,在进行放射性核废物桶检测时,采用该数值计算方法可以快速而准确地进行效率刻度.     

一种新的矿物热发光现象的光电探测方法

矿物被激发而发光 ,光通量极其小 ,其检测属于微弱光信号检测的范畴 .结合传统的弱光信号的光电探测方法 ,研究了一种以电荷耦荷探测器 (简称CCD)为核心的新的矿物热发光信号的探测方法 ,并以长石矿物的三维热释光谱图为例 ,分析了该光电探测方法的特点 .据实验结果可知 ,长石矿物的热释光谱图的辐射剂量响应的灵敏度整体上比石英的灵敏度大得多 ,其谱图从光子能量角度可以分成蓝光波段和红光波段两部分 ,而且红光信号比蓝光信号稳定 ,重现性好 ,峰峰值易分离等 ;采用以电荷耦荷探测器为核心的光电探测系统 ,能够较好地区分矿物受激发光的光子能量分布 .     

X射线质量厚度测量研究

拟合了能量在200 keV以下的中低能光子质量减弱系数的实验数据,发现基于光电效应,瑞利散射和康普顿散射的半经验公式能够精确地模拟光子质量减弱系数的实验数据.计算了X射线管发出的连续能谱X射线经过吸收片过滤后的能谱分布,发现能谱呈峰形.将它用作物质的透射模拟实验,发现在一定厚度范围内,它与某单能光子的强度减弱规律相同而等效.利用拟合求得的减弱系数半经验公式,求出并讨论了这一等效能量的数值和规律.讨论了X射线束的光电流和光子计数两种探测方式,计算发现经过低能过滤后的X射线,两者都能够反映强度减弱规律.进行了吸收实验,证明低能过滤X射线束的能量探测的确可以用来进行物质的质量厚度测量.     

锗探测器效率曲线的半经验公式拟合

本文介绍了用半经验公式对60-2600 keV能区同轴Ge(Li)、HPGe探测器对圆柱型体源探测效率曲线的拟合,通过与八参数函数进行比较,说明了半经验公式的适用性.且提出了半经验公式修正项.     

载钆液闪探测器的稳定性测试与探测效率刻度

中国暗物质实验(China dark matter experiment,CDEX)合作组设计并研制了大体积载钆液体闪烁体快中子探测器,用于中国锦屏地下实验室(China JinPing underground laboratory,CJPL)的快中子本底测量。该探测器基于反冲质子信号与钆俘获热中子产生的γ信号之间的符合测量方法,有效地抑制环境γ本底,提高对快中子的探测灵敏度。该文对该探测器进行了稳定性测试和单能中子探测效率刻度,实验结果表明:该探测器稳定可靠,且具有良好的中子、γ信号甄别能力,以及较高的探测效率,适合对地下实验室极低通量快中子进行测量。     

阻挡杂质带甚长波红外探测器

阻挡杂质带(Blocked Impurity Band,BIB)探测器是从杂质带光电导(Impurity Band Conduction,IBC)探测器发展而来,利用杂质能级上的电子跃迁,可以探测光子能量远小于半导体禁带宽度的低能光子.BIB探测器的探测波长主要由衬底和掺杂杂质决定,可以覆盖5–300μm波段范围.得益于探测波长长、探测率高和抗辐射性好等优点,BIB探测器自问世以来就一直被大量研究,广泛应用于各种大型天文基红外探测平台上.目前,Si基BIB探测器发展迅速,但是Ge基和GaAs基BIB探测器的发展相对缓慢.BIB探测器对于推动天文和相关科学的发展具有不可替代的作用,欧美等发达国家在BIB探测器上的科研投入巨大.随着我国经济和科技的发展,我国科研人员急切盼望国产BIB探测器可以早日投入使用.本文主要针对BIB探测器物理模型、制备方法、测试手段和国内外发展现状等方面展开讨论,探究BIB探测器的主要工作机制以及器件研发的关键技术,帮助相关研究人员快速了解BIB探测器.     

空间目标单光子探测建模及实验验证

为了对空间单光子探测系统的科学设计和性能评估提供有效的指导, 我们针对空间目标单光子探测系统进行仿真建模, 分析并推导了激光回波功率和回波光子数公式, 利用所建立的模型对探测系统进行仿真,得到激光回波光子数模型仿真值; 通过具体的地面模拟实验对应用在空间目标探测中的单光子探测器（SPAD）进行定标后,得到定标性能曲线,再通过具体的室内目标探测实验得到激光回波光子数实验值。两者进行对比,结果表明,实验验证所建模型有效且可行。     

用单一光源标定光子计数探测器

光子计数探测器在X光能谱CT成像中应用越来越广泛。受到脉冲堆叠、电荷共享等物理作用的影响,目前的光子计数探测器的能量标定方法具有一定的局限性。该文提出了一种只用一个单能光源对探测器进行标定的方法,通过充分挖掘及利用有限的数据,运用迭代的方法,最终确定探测器各阈值所对应的能量。该方法不仅实验量小,操作简单,标定结果较准确,还考虑了对小像素探测器标定有较大影响的电荷共享问题,且具有普适性,对其他光子计数探测器的标定也有一定的帮助。     

太赫兹单光子探测器

太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10~(-20)W/Hz~(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.     

基于Geant4模拟的康普顿散射研究

在暗物质直接探测实验当中,高能gamma射线是重要的本底来源之一.高能光子由于康普顿散射的原因会在高纯锗探测器中会产生低能本底. CDMSlite实验中发现低能区域的康普顿能谱存在康普顿台阶,脉冲近似(Impulse Approximation, IA)理论解释了台阶出现的原因是原子中电子处于束缚状态,它使用散射函数来描述电子的束缚效应.为了探究这些台阶与散射函数以及入射能量之间的关系,我们使用Geant4程序对康普顿散射中的康普顿台阶进行了研究.研究发现随着初始光子能量增高,K壳层与L壳层的康普顿台阶会变得越来越平缓,直至斜率趋近于零.     

高纯锗探测器应用于稀有事例探测的研究进展

高纯锗探测器（HPGe）对于低本底稀有事例探测的发展具有重要的意义．本文介绍了HPGe的工作原理及其制备工艺，分析了对探测器起关键作用的钝化层和死层部分，并讨论了降低本底的关键技术．对于HPGe应用于包括暗物质探测和无中微子双贝塔衰变的稀有事例探测实验的进展，重点介绍了应用HPGe的CDEX、SuperCDMS、GERDA、MAJORANA等国际领先的稀有事例探测合作组相关实验技术和物理进展，进一步分析了HPGe用于下阶段国际稀有事例探测的发展方向．      

耀变体高能辐射的红移限制

耀变体甚高能（E100GeV）辐射能谱由于TeV伽玛光子与河外星系背景光光子之间的相互作用而比Fermi-LAT所观测到的伽玛射线能谱更软。基于同步自康普顿模型和河外星系背景光模型,利用高能辐射探测器在GeV和TeV能段对耀变体源3C66A的观测结果,对其红移进行限制。     

A broadband superconducting detector suitable for use in large arrays

Cryogenic detectors are extremely sensitive and have a wide variety of applications (particularly in astronomy), but are difficult to integrate into large arrays like a modern CCD (charge-coupled device) camera. As current detectors of the cosmic microwave background (CMB) already have sensitivities comparable to the noise arising from the random arrival of CMB photons, the further gains in sensitivity needed to probe the very early Universe will have to arise from large arrays. A similar situation is encountered at other wavelengths. Single-pixel X-ray detectors now have a resolving power of DeltaE < 5 eV for single 6-keV photons, and future X-ray astronomy missions anticipate the need for 1,000-pixel arrays. Here we report the demonstration of a superconducting detector that is easily fabricated and can readily be incorporated into such an array. Its sensitivity is already within an order of magnitude of that needed for CMB observations, and its energy resolution is similarly close to the targets required for future X-ray astronomy missions.     

Monte Carlo方法用于就地γ辐射源项调查与剂量评估

基于Monte Carlo通用软件EGS4,开发了用于就地γ辐射源项调查与剂量评估目的的Monte Carlo应用程序Sterm-MC。该软件运行于Windows 98操作系统,具有图形化用户界面,主要由探测器特性数据库、源描述模块、几何描述模块、谱模拟分析、源项与剂量估算等模块组成。它可以对高纯锗(HPGe)、碲锌镉(CdZnTe)两种半导体探测器提供多种源、几何条件下的无源效率刻度;同时依据无源效率刻度数据,进行辐射源项反算与剂量估算。结合物理实验对Sterm-MC进行验证后,该软件已在中国某核电站检修期间的职业照射源项调查中得到了应用,所验证的探测器包括N型、P型两种同轴型高纯锗探测器和碲锌镉探测器。     

闪烁薄膜中子探测器灵敏度Monte Carlo计算

闪烁薄膜探测器的灵敏度和中子/γ分辨能力与闪烁晶体厚度密切相关,合理选择闪烁晶体厚度是探测器设计的关键。该文应用Monte Carlo方法模拟了中子和γ射线与闪烁晶体的相互作用过程,计算研究了晶体厚度对探测器灵敏度及中子/γ分辨能力的影响,给出了0.1~16.0MeV中子和γ射线照射下探测器的相对灵敏度,并结合部分能点的实验室标定数据,得到了探测器灵敏度能量响应曲线和中子/γ分辨率。理论计算的灵敏度能量响应曲线与实验标定趋势基本一致。     

MoSe2电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函理论第一性原理,计算了MoSe_2的能带结构、态密度和光学性质,再根据相关参数分析了该材料的半导体特性和光学性质。能带结构结果表明MoSe2具有间接带隙宽度为0.853 eV的半导体材料,从态密度图可看出价带由Mo的5s4d价电子和Se的4s4p价电子起主要作用,其它价电子作用较少导带主要是Mo的4d和Se的4s4p价电子作用。通过计算得到的复介电函数,根据其它光学参数与其之间的关系,分析获得复折射率、反射和吸收谱、能量损失函数和光电导率等光学性质。由光学性质可知复介电函数的峰值都出现在低能区;介于可见到紫外区域的光子具有最大的吸收系数2.99×10~5cm~(-1);在光子能量17.93 eV处,Mo的4s4d和Se的4p电子发生共振,其它区域能量损失值都趋于0,说明电子之间共振非常微弱。这些光学性质在制作微电子、光电子器件和紫外探测器方面有着广泛的应用前景。     

HPGe γ谱仪探测效率与符合相加修正因子Monte Carlo计算

提出一种适合于清华大学低本底γ能谱分析实验室实际情况的符合修正因子计算方法,利用Monte Carlo方法模拟计算得到的数据,与实验测量得到的数据相结合,求出探测效率和推导出了符合修正因子。采用本方法对该实验室HPGe谱仪的探测效率和符合相加修正因子进行了模拟计算,并且与实验测量数据进行了比较。结果显示,该方法与实验计算结果基本吻合,表明该方法是可行的,可为开展其他几何条件和不同基质、特征能量标准源的研究提供参考。     

利用蒙特卡罗模拟评估医用电子直线加速器非均整模式的光子束软化特性

本文利用蒙特卡罗模拟评估不同能量、不同射野下医用电子直线加速器非均整模式(Flattening Filter Free, FFF)光子束的软化特性.基于本院的Varian Edge加速器的组件参数和测量数据，利用通用蒙卡程序EGSnrc/BEAMnrc构建6 MV均整模式(Flattening Filter, FF)、6 MV FFF和10 MV FFF下的机头模型，使用EGSnrc/DOSXYZnrc程序模拟获得5 cm×5 cm和10 cm×10 cm射野下的百分深度剂量(Percentage Dose Depth, PDD)和横向剂量离轴比(Off Axis Ratio, OAR),与测量数据进行比较，确定不同模式的源参数；在此基础上模拟三种光子束模型在上述两种射野射野条件下非均匀模体(水-骨-肺-水)内的PDD,并对其相空间文件进行能谱分析，评估FFF光子束的软化特性.三种光子束模式在非均匀模体内的PDD趋势相似，但在小野时扰动更大，FFF模式相较于FF模式，包含更多的低能光子和更少的机头散射；在低能、小野时，6 MV FFF模式的光子束软化特性带来的剂量影响与6 MV FF模...