4He和12C离子Rutherford背散射的Geant4模拟

利用Geant4程序模拟270,500 keV  ⁴He和¹²C离子垂直入射Au,Ag,Cu薄膜上的Rutherford背散射谱（RBS）, 并讨论材料、 厚度和入射离子能量对背散射谱的影响. 结果表明, 能量较大的¹²C离子具有较好的质量分辨率.     

延长PET轴向视野的马赛克物理设计方案

该文提出一种马赛克式正电子发射断层成像(PET)探测器设计方案,通过改变晶体的排布方式,并基于GATE(Geant4Application for Emission Tomography)软件模拟,对3种马赛克PET的设计方案和传统的PET设计方案进行了多方面的对比,对比的内容包括:轴向探测效率、体源探测效率以及空间分辨率。并且进一步考虑能量下阈的影响,比较能量下阈为0keV、250keV和350keV时各个方案测得的结果的变化。结果表明:马赛克PET方案在不考虑能量下域时,轴向探测效率提高24%~50%,而体源探测效率更是可以提高47%~62%。当能量下阈为250keV时,方案4的轴向探测效率和体源探测效率可分别提升12%和8%,于此同时其重建图像空间分辨率较传统方案相比接近。     

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。     

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．      

面向辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪蒙特卡罗模拟研究

使用蒙特卡罗软件Geant4设计模拟了一套用于核事故等辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪.主探测器采用HPGe探测器,选择新型闪烁体晶体LaBr3(Ce)作为次级探测器.利用Geant4对探测器系统进行模拟优化,确定最佳的探测器尺寸和结构.模拟的γ射线能量范围从500到1500keV.结果表明,增加主体LaBr3(Ce)晶体厚度能显著提升康普顿抑制系数,当主体LaBr3(Ce)晶体厚度达到60mm时,提升效果明显减弱;在HPGe探测器的后方添加LaBr3(Ce)晶体也能一定程度提升抑制效果,而在HPGe探测器的前方增加LaBr3(Ce)晶体厚度对康普顿抑制系数的提升非常有限.在最优化条件下模拟测量了放射性核素I-131,Cs-134,Cs-137和K-40,对发射单能γ射线的Cs-137和K-40康普顿抑制效果很好,对存在级联衰变的I-131和Cs-134抑制效果相对较弱.     

低能康普顿散射模拟模型在高纯锗探测器中的研究

国际上CDEX、CDMSlite等实验组,在开展直接暗物质探测实验中,发现高能光子本底的来源之一.高能光子在高纯锗探测器中会产生低能本底,这些本底来自于康普顿散射的影响.分析发现低能本底的结构有台阶出现,这与经典理论预测的结果相悖.这是由于原子中电子处于束缚状态,并具有一定的动量,因此康普顿散射在低能部分受到影响.现在已经有低能康普顿散射理论Impulse Approximation(IA)考虑到电子的这些效应,并且应用到模拟实验软件Geant4中. IA理论框架下的模拟模型有三个:Liermore模型、Penelope模型和Monash模型.我们发现三个模型在keV能级以下能谱有康普顿台阶出现,与经典康普顿能谱相比有明显减少.经过计算,在k壳层的台阶高度比例分别为95.92%、92.87%和96.68%,这与只考虑束缚效应而计算出的93.73%不同.三个模型keV能级以下时有大约10%的差异.     

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.     

不同表面状态下的扫描电子显微镜能谱分析方法

针对样品表面吸附和污染导致扫描电子显微镜能谱仪成像质量和检测精度下降的问题,提出了一种扫描电镜能谱分析方法——吸附表面二次电子发射数值计算模型。首先,采用Polanyi位势理论在Cu表面构造了N₂多层吸附模型;其次,考虑吸附对功函数及电子散射过程的影响,采用Monte Carlo方法追踪电子在材料和吸附层内的散射轨迹,建立了电子与N₂分子散射模型;最后,将N₂多层吸附模型与电子与N₂分子散射模型合并,建立了吸附表面二次电子发射的精确模拟模型,用于计算N₂吸附分子对能谱的影响规律。数值计算结果表明,当N₂分子吸附量增大至3×10¹⁶ cm^-2时,二次电子能谱的最可几能量和半峰宽分别增大了3.16、4.76倍,二次电子比例减少至原来的215。采用所提模型对探测器进行优化设计,能够提高二次电子信号收集效率、降低噪声信号、提高分辨率。相比以往模型,所提模型突破了仅适用于分子吸附量小于3×10¹⁵ c...     

低速Xe~(q+)与Mo表面作用产生的Xe M X射线

利用Si(Li)探测器测定了动能350~600keV的Xe~(q+)(q=26,28,29,30)离子入射Mo表面发射的X射线谱.当q分别为28,29,30时,谱线中出现了峰位分别为1.572,1.592和1.611keV的射线,该射线是Xe~(q+)在Mo下表面形成的空心原子中性化过程发射的,射线峰位能量与离子电荷态、靶原子电子束缚能、探测器能量下限及Be窗衰减等因素有关.1.592keV附近X射线产额与离子动能无明显关系,但随离子M壳层空穴数目的增大显著增大.     

高集成度自动化γ能谱仪

针对核反应堆安全壳内γ射线在线监测需求,本文设计了一款高集成度、低功耗、高分辨、长续航、可自动测量的γ能谱仪.谱仪选用了高分辨率LaBr_3(Ce)闪烁体探测器,并且设计了有源锥形分压电路为探测器供电,从而提高谱仪的能量响应动态范围.同时设计了低噪声电荷灵敏前置放大器电路对探测器输出信号进行放大,并匹配设计二阶有源低通滤波电路,将前端信号成形为准高斯脉冲信号.采用STM32L4系列微处理器设计了高集成度的多道脉冲幅度分析电路,完成脉冲信号的模数转换和在线数据处理,获得γ能谱.另外,本文还基于CC228P-09Y小型高压电源模块设计了低噪声高压电源电路为LaBr_3(Ce)探测器提供高压;利用STM32L4处理器设计了锂电池供电的电源管理电路,使得谱仪可以实现自动开启工作模式或进入待机模式,从而实现长续航时间自动γ能谱测量功能.对谱仪进行性能测试得到:谱仪能量分辨率为3.0%(@662 keV),且能量响应积分非线性为9.5%,能够长期稳定工作,具有低功耗长续航时间等特点.     

放射源~(226)Ra和~(133)Ba的衰变γ能谱分析

采用p型同轴高纯锗探测器测量含~(226) Ra的荧光仪表盘与标准源~(133) Ba的衰变γ能谱,并分析特征γ射线的能量和强度.结果表明:~(226) Ra能谱中出现~(226) Ra的特征γ射线及大量~(226) Ra的衰变子核的特征γ射线;~(133)Ba谱中出现~(133)Ba特征射线及大量和峰,由计数率随距离变化关系及γ射线级联关系证明存在和峰.     

ICP-MS法测定钼矿石中伴生锂、镓和稀土元素

通过比较氢氟酸-硝酸高压罐密闭消解法、 氢氟酸-硝酸-高氯酸-盐酸低压密闭消解法和氢氟酸-硝酸-高氯酸-盐酸敞口消解法对钼矿样品的分解效果， 选用低压密闭消解法制备样品， 用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS)法测定伴生稀有元素Li，Ga和15种稀土元素的质量比. 通过对干扰元素的分析， 选择合适同位素， 并确定¹⁵¹Eu，¹⁵⁷Gd，¹⁵⁹Tb质谱干扰的校正系数. 结果表明，  20 μg/L的铑（Rh）标准溶液作为内标可有效抑制溶液中的基体效应和信号动态漂移， 方法检出限为0.001~0.113 μg/g， 相对标准偏差（RSD， n=7）为0.30%~3.92%.  经标准物质和实际样品验证， 该方法可靠， 适合钼矿中伴生Li，Ga和稀土元素的测定.     

Li6(La2Ca)Nb2O12荧光粉中掺杂Mn4+的发光特性

用高温固相法制备非稀土掺杂的Li₆(La₂Ca)Nb₂O₁₂∶Mn⁴⁺远红色发光荧光粉, 并通过X射线衍射和光谱技术研究荧光粉的晶体结构和发光性质. 结果表明, 在Li₆(La₂Ca)Nb₂O₁₂∶Mn⁴⁺的荧光光谱中, 以327,494 nm为中心出现2个宽激发带, 在700 nm远红光区出现Mn⁴⁺的²E_g→⁴A_2g跃迁发射峰, 其活化能ΔE=0.437 eV, 即该荧光粉具有较好的热稳定性.     

金纳米星/TiO2/杯芳烃复合光催化材料的制备及可见光催化降解罗丹明B

先用各向异性的Au纳米星（AuNS）与TiO₂复合构筑金属-半导体异质核壳结构，再将硫杂杯[4]芳烃（STC[4]A）功能化于TiO₂/AuNS表面制得Au纳米星/TiO₂/杯芳烃（AuNS/TiO₂/ STC[4]A）复合光催化材料，并通过紫外可见光谱（UV-Vis）、Fourier变换红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）等对材料进行表征， 考察AuNS/TiO₂/STC[4]A对罗丹明B（RhB）的光催化降解活性.  实验结果表明，AuNS/TiO₂/STC[4]A对RhB降解率可达99%，5次循环实验后，降解率仅降低1.8%.      

二茂铁卟啉化合物的合成及其取代基效应

设计合成含有不同取代基的二茂铁卟啉化合物， 用核磁共振氢谱、 紫外-可见光谱和红外光谱表征其结构， 并讨论取代基效应对二茂铁卟啉的荧光、 电化学、 Raman光谱的影响和变化规律. 实验结果表明：  给电子取代基使卟啉荧光光谱红移， 量子产率增大， 对Raman光谱的苯环振动影响较大； 连接给电子取代基的卟啉更易失去电子而被氧化， 连接吸电子取代基的结果相反. 因此通过改变卟啉周边的取代基可调控二茂铁卟啉的光谱和电化学性能.     

基于表面等离子体增强的聚合物太阳能电池研究

为有效地提高聚合物电池器件的光吸收和电荷收集, 进而提高整体器件效率, 采用氧化钼(MoO₃)/银纳米粒子(Ag NPs)/氧化钼作为复合阳极缓冲层, 制备了反型聚合物太阳能电池, 并研究了在缓冲层中加入金属纳米颗粒对器件性能的影响。实验结果表明, 在MoO₃缓冲层中加入1 nm的Ag时, 器件的短路电流密度和光电转换效率都得到了提高, 短路电流密度从9.54 mA/cm²增加到12.83 mA/cm², 效率从2.14%提高到3.23%。Ag纳米颗粒的表面等离子体共振作用, 有效地提高了器件的光吸收和电荷收集, 提高了整体器件效率。     

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。     

Elman神经网络在中子解谱中的应用

人工神经网络由于其优良的自我调节能力及学习能力,已经被广泛地应用在各领域的非线性分析中.在中国锦屏极深地下实验室(CJPL)中的低本底液闪中子探测器一直在记录着中子的本底数据,探测器输出的能谱实际上是核反冲能谱,与输入能谱可一一对应,并随着输入能谱的改变而发生改变;因此可以将探测器输出信号输入到训练过的神经网络中判断输入能谱.本论文采用的神经网络为Elman神经网络,训练神经网络采用的数据为Geant4模拟所得.将实验获取的核反冲能谱输入到训练过的神经网路进行反解,最后Elman网络反解出的Am-Be中子源能谱与真实谱误差在0.1%～11.8%,反解出的~(252)Cf中子源能谱与真实谱误差在0.1%～8.9%.