检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：甘游宇中国科学院大学

学位级别：博士

液氩是一种性能优异的闪烁体，具有发光性能好、本底排斥能力强、电子弥散小等一系列优异特性，可用于组建多种类型的粒子探测器，因而在粒子物理实验中应用非常广泛，特别地，可以作为靶物质用于目前较为热门的暗物质直接探测实验以及... 详细信息

液氩是一种性能优异的闪烁体，具有发光性能好、本底排斥能力强、电子弥散小等一系列优异特性，可用于组建多种类型的粒子探测器，因而在粒子物理实验中应用非常广泛，特别地，可以作为靶物质用于目前较为热门的暗物质直接探测实验以及中微子核子相干散射实验。　　液氩的不足之处在于，闪烁光为中心波长128nm的真空紫外光，一般光电器件无法直接探测，现有的国际实验中常用的方法是在探测器壁及光电器件端面镀上一层波长位移剂，例如1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯(TPB)。由于TPB的重发射光为漫散射光，这一定程度上会影响探测器的位置重建。同时TPB容易脱落，这将影响波长转移效率，进而影响探测器的能量重建。而在液氩中掺入少量的氙，可以替代TPB的波长位移作用。液氩中掺入少量的氙后，入射粒子能量沉积产生的液氩双原子激发态会将能量传递给氙原子，并最终形成氙的双原子激发态，再退激发出中心波长为175nm的紫外光，从而可以被光电器件直接探测。　　为了研究液氩掺氙闪烁体的物理机制，本人设计并搭建了十公斤级液氩掺氙模型探测器，实现了探测器稳定运行和掺氙浓度定量控制。为了验证引入氙之后可能存在的氙冻结和分布不均匀等问题，本人首先对残余气体分析仪(RGA)测量系统进行了优化与标定，随后设计了液相氩氙比例直接取样及测量的实验，测得的探测器内部液氩掺氙浓度的结果与实际气体掺入量相比误差在9％以内，这也是首次对于液相氩氙直接测量并验证氙并未冻结的结果。　　为了研究液氩氙闪烁体的发光性能及不同能量区间的能量响应，本论文在不同掺氙浓度(0-10000ppm)下用不同能量的放射源对探测器进行了刻度，其中包括高能的放射源22Na(511keV)，以及低能的241Am(59.5keV和13.9keVγ)和83Krm(41.5keV)放射源。通过对不同掺氙浓度下的放射源能谱数据的分析研究，验证了掺氙后对于511keV、59.5keV、13.9keV的探测光产额均有明显提升。相应的能量分辨率也随之提升，511keV全能峰的能量分辨率从纯氩的12％提升到了9％，并在实验上验证了液氩掺氙探测器对于低能γ(＜100keV)的光产额及能量分辨率的提升。由于光产额的提升，有助于压低探测器的阈值，提升液氩探测器的灵敏度。　　在微观物理上，通过对液氩掺氙的能量传递过程研究，理论推导了两种能量传递模型下的液氩掺氙闪烁光随时间变化的解析表达式，利用两种解析式对不同掺氙浓度下的平均波形进行了拟合，并得到了氩双原子激发态到氙原子的反应速率kAr*2→Xe～10-11cm3/s。　　最后，由于液氩掺氙后的闪烁光慢成分缩短，从1.6μs缩短至～90ns(1000ppm)，这使得液氩掺氙闪烁体可以应用于高计数设备，例如放射源检测和医学成像。为了探讨液氩氙闪烁体应用于医学正电子断层扫描成像仪(PET)的可行性，利用geant4模拟包对液氩氙中511keVγ的康普顿散射事例进行了模拟，对其能量沉积以及位置分辨进行了研究，模拟结果得到其位置重建能力可达～1cm，与商用PET的位置分辨在一个量级。

关键词：闪烁体探测器液态惰性元素液氩掺氙能量传递残余气体分析仪 PET geant4模拟

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β衰变实验中电子对γ全吸收谱的影响

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原子核物理评论 2024年第1期41卷 467-472页

作者：华雷明卢飞苏俊谌阳平金仕纶杨国春李志宏郭冰刘龙祥曹喜光中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海201210 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875 中国原子能科学研究院北京102413 中国科学院近代物理研究所兰州730000

β-奥斯陆方法为研究高激发态下的放射性核素性质以及探究从铁到铀的元素核合成过程提供了一种重要的研究工具。本工作提出了一种新型数据处理技术,旨在消除β衰变电子对β-奥斯陆实验中的子核γ退激衰变探测的影响,从而准确地展开观测... 详细信息

β-奥斯陆方法为研究高激发态下的放射性核素性质以及探究从铁到铀的元素核合成过程提供了一种重要的研究工具。本工作提出了一种新型数据处理技术,旨在消除β衰变电子对β-奥斯陆实验中的子核γ退激衰变探测的影响,从而准确地展开观测到的γ射线光谱。通过运用γ射线与衰变电子的综合探测器响应函数矩阵,将列主元消去法与逐步迭代反解法相结合,确定真实的入射γ光谱。通过模拟和反演计算,证实了所提出方法的可靠性与有效性。

关键词： BGO探测器 β-奥斯陆方法 geant4模拟响应函数列主元消去法

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低温高密度核物质测量谱仪中的飞行时间系统研究

低温高密度核物质测量谱仪中的飞行时间系统研究

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作者：汪新建中国科学技术大学

学位级别：博士

量子色动力学(quantum chromodynamics,QCD)相结构和核物质状态方程是核物理研究领域的热点和前沿,近年来,诸如大型离子对撞实验(A Large Ion Collider Experiment,ALICE)、螺旋形径迹探测器(The Solenoidal Tracker at RHIC,STAR)等相对论重离子碰撞实验在这些研究领域都取得了重大突破。尤其是最新相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC)能量扫描结果显示QCD相变临界点和其它与相结构有关的新物理可能会在低温高重子数密度区域发生,低温高度区QCD相结构成为了当前国际前沿的聚焦点。为了在这一具有潜在重大发现的研究方向上占据领先地位、取得突破,中国核物理学家们提出利用我国已有的兰州重离子研究装置(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL)冷却存储环(Cooler Storage Ring,CSR)以及正在建设中的强流重离子加速器(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility,HIAF),建造一台通用的低温高密度核物质测量谱仪(CSR-external Target Experiment,CEE)。CEE谱仪将是我国首个中高能区的大型重离子物理实验装置,它聚焦低温高重子密度区的前沿物理研究,对探索QCD相图结构及低温高密核物质丰富的物理有重要的科学意义,有望使我国在这一物理研究领域进入世界前列。CEE谱仪以末态带电产物测量为主,飞行时间(TOF)系统因其原理简单、结构紧凑和制作简易等优点,将成为CEE末态带电粒子鉴别的重要手段。本论文的研究目的是为CEE谱仪研制高性能的飞行时间系统,包括内飞行时间系统iTOF和起始时间探测器T0。研究目标是在CEE末态>95%动量覆盖范围内,实现3σ的π/K/p鉴别,需要iTOF和T0分别达到约30～40 ps的时间分辨。作者通过模拟和计算设计了 iTOF和T0探测器的结构,并结合CEE系统需求选择具有高时间性能、高探测效率的多气隙阻性板室(Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC)作为iTOF的探测器,选择结构紧凑、时间性能好的闪烁探测器作为T0的探测器方案。作者在硕士研究生阶段参与了高压缩重子物质实验(The Compressed Bary-onic Matter,CBM)TOF 和 STAR 端盖 TOF(eTOF)升级 MRPC 设计、制作和批量测试工作,熟悉了解MRPC的工作原理、基本结构以及制作工艺。相比于CBM-TOF和STAR-eTOF,CEE-iTOF末态产物飞行距离更短,因而对时间性能有更高的要求。基于传统的时间数字化读出技术的MRPC时间精度约50 ps,难以满足CEE iTOF系统约30～40 ps时间精度的需求。作者在传统MRPC设计基础上,进行了 MRPC技术的突破和创新,设计了四叠层24气隙结构的MRPC,并通过研究信号完整性和优化读出方案来提高MRPC时间性能。宇宙线测试结果表明研制的MRPC原理样机探测效率高于96%,时间精度好于38ps。相比于传统设计,iTOF MRPC时间精度提高了～12ps,很好的满足了 CEE以及未来新一代核与粒子物理实验更高精度时间测量的需求。T0探测器位于束流线上,通过测量束流到达时间给TOF系统提供起始时间。作者创新性的提出了塑料闪烁体耦合SiPM阵列读出的技术方案,该方案不仅满足不同种类束流需求,同时还具有结构紧凑、动态范围广的优点。论文详细介绍了该方案T0探测器的设计,包括探测器结构设计、性能模拟、性能测试和时间刻度算法研究。geant4模拟和重离子束流测试结果表明设计的T0探测器系统时间分辨～20 ps,显著好于技术指标要求。

关键词：重离子碰撞实验低温高密度核物质测量谱仪飞行时间技术多气隙阻性板室闪烁探测器硅光电倍增管 geant4模拟

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超高能诱发核反应中的光子与μ子探针研究

超高能诱发核反应中的光子与μ子探针研究

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作者：王亚平华中师范大学

学位级别：博士

探寻物质微观结构和质量起源,是物理学研究的前沿领域,已开展了大量的理论研究工作和高能实验工作。超高能诱发核反应实验主要包括超高能重离子碰撞实验和（超）高能宇宙线测量实验。强相互作用理论-量子色动力学（Quantum Chromo-Dynam... 详细信息

探寻物质微观结构和质量起源,是物理学研究的前沿领域,已开展了大量的理论研究工作和高能实验工作。超高能诱发核反应实验主要包括超高能重离子碰撞实验和（超）高能宇宙线测量实验。强相互作用理论-量子色动力学（Quantum Chromo-Dynamics,简称QCD）预言,在高温或高密极端条件下,有可能产生退禁闭的夸克胶子等离子体（Quark-Gluon Plasma,简称QGP）。QGP有可能在系统碰撞后的极短瞬间存在,然后系统迅速膨胀并冷却到QCD相,最后演化成实验上观测到的末态粒子。依据“大爆炸（Big Bang）”理论,早期宇宙在大爆炸后极快的瞬间有可能发生从QGP相到QCD相的相变,然后经过迅速演化到现在这样的宇宙形态。因此,人类开展了超高能重离子碰撞实验,被加速的核束流越来越重,束流能量越来越高,末态能够达到的初始能量密度越来越高,粒子多重数越来越高。这为人类期望在实验室产生“小爆炸（Little Bang）”提供了可能性。另外,大型的高能宇宙线测量实验也在或即将开展,人们希望通过直接探测来自天体的宇宙线粒子,来解答宇宙线的起源及其加速机制,从而寻找宇宙天体间的相互作用和宇宙演化的答案。 QCD相变和QGP形成的理论预言导致了超高能重离子碰撞实验。但由于QGP只在极短的时间（～1 fm/c量级）内存在,再加上复杂的核物质效应的影响,使得准确测定QGP存在的各种信号,成为目前和将来超高能重离子碰撞实验的主要研究方向。其中,产生于碰撞初期的电磁信号（光子和双轻子信息）,由于不受末态强相互作用的影响,是较为“干净”的QGP信号。它们携带有系统早期行为的信息,能提供碰撞末态火球演化早期过程中温度最高时,与QGP产生相关的内部结构的信息。因此,电磁信号被认为是探寻QGP存在及其性质研究的重要探针。在高能宇宙线测量实验方面,同样由于电磁信号具有的这些特性,γ线和μ子及其中微子也是研究宇宙线起源及其加速机制的重要探测手段。本文研究了超高能诱发核反应中的光子与μ子探针及其探测和宇宙线大气簇射模拟。论文的第一章为超高能诱发核反应的简介,主要涉及超高能诱发核反应实验的背景、历史与现状,超高能诱发核反应中的动力学、软物理和理论模型,以及理论预言的QGP存在的一些可能信号。论文的第二章详细阐述了超高能诱发核反应中的光子和μ子物理以及在这方面取得的实验结果。光子可以在系统各个不同的阶段产生。产生于QGP中的光子,其产率和动量分布与QGP中夸克、反夸克和胶子的动量分布有关,而它们又由QGP的热力学性质决定。因此,QGP中产生的光子能很好反映它们产生那一时刻系统的热力学状态信息。双轻子不变质量分布的变化与系统初始夸克分布的变化近似,因而人们可以通过确定双轻子谱来确定QGP的初始温度。本章对光子和双轻子的产生机制分别进行了详细的理论阐述,并给出在超高能诱发核反应实验中光子和μ子方面的实验结果。欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）实验,将会产生比美国布鲁克海文国家实验室（BNL）的相对论重离子对撞机（RHIC）实验上密度更热、体积更大和寿命更长的系统,为QGP的形成和QCD相交信号的探测提供了有利的条件。LHC运行时将在大型重离子对撞实验（ALICE）探测装置区碰撞s1/2=14 TeV的质子束流和、(sNN)1/2=5.5 TeV的铅束流。ALICE上的光子谱仪（PHOS）具有良好的能量分辨率和位置分辨率,可以直接探测碰撞中产生的光子信号。论文第三章对ALICE实验及其PHOS探测器作了简单介绍,然后详细叙述了ALICE/PHOS探测器的触发选判机制方面的模拟研究。基于AliROOT软件环境,利用PYTHIA和HIJING模型分别对LHC能区下p-p和Pb+Pb碰撞进行蒙特卡罗模拟,然后结合PHOS探测器的设计参数和物理需求,估算ALICE/PHOS探测器的探测效率和两种不同碰撞模式下的触发率。经模拟发现:触发效率随着被探测粒子的横动量的增大而呈指数衰减,并由于触发区域单元（TRU）的边界影响会导致触发效率下降约4%。在PHOS探测器的接受度范围（|η|≤0.13,Δφ=100°）内,在p-p无偏差碰撞中单举光子事件在1 GeV/c处的触发率可以达到约13 kHz;对于Pb+Pb碰撞,直接光子事件在5 GeV/c处的触发率只有几个Hz。本章开展的工作对于LHC/ALICE实验中光子实验数据的触发、判选与存储以及前端电子学系统参数的设置等具有直接的参考和指导意义。阻抗板室（RPC）探测器以其良好的时间分辨率和空间分辨率,且制作简单,价格便宜等特点,在超高能诱发核反应实验中应用十分广泛。论文第四章对多读出条RPC探测器的读出信号和串扰信号进行了PSpice模拟研究。依据RPC探测器的工作原理,

关键词：超高能诱发核反应光子 μ子夸克胶子等离子体 ALICE/PHOS 触发判选阻抗板室探测器 PSpice模拟地球大气簇射 geant4模拟软物理

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暗物质粒子探测卫星在轨模拟及相关校准研究

暗物质粒子探测卫星在轨模拟及相关校准研究

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作者：蒋维中国科学技术大学

学位级别：博士

暗物质作为人类科学研究的一个未解之谜,是现代天文学研究的一个热点前沿,无数科学家为穷尽毕生心血都想探究暗物质的本质。暗物质粒子探测卫星(DAMPE)是我国第一颗空间天文卫星,也是目前国际上高能量分辨率和宽能段的空间粒子探测器之... 详细信息

暗物质作为人类科学研究的一个未解之谜,是现代天文学研究的一个热点前沿,无数科学家为穷尽毕生心血都想探究暗物质的本质。暗物质粒子探测卫星(DAMPE)是我国第一颗空间天文卫星,也是目前国际上高能量分辨率和宽能段的空间粒子探测器之一。DAMPE的主要科学目标是精确测量宇宙线中的电子、质子和核素,以及伽马射线,来间接搜寻暗物质可能存在的信号。DAMPE非常高的能量分辨使其在暗物质粒子间接探测,尤其是在伽马射线线谱搜寻方面具有独特的优势。作者在DAMPE合作组内主要负责离线数据处理软件的开发和维护,探测器相关模拟和重建算法研究,以及伽马射线数据的分析和相关标定。本文介绍了本人在DAMPE合作组内的一些相关研究进展和结果。第一章简要介绍了本文围绕DAMPE开展数据分析工作的研究背景,首先叙述了暗物质的存在证据、相关理论模型和探测方法,引入以暗物质间接探测为主要科学目标的DAMPE卫星项目,并简要介绍了 DAMPE的有效载荷的设计原理和相关指标参数。在轨运行中对仪器性能指标的标定的数据分析工作不仅表明探测器良好的工作性能,也是本文的研究基础。第二章介绍了 DAMPE在轨运行期间,我主要参与的离线数据处理软件和以此软件为基础的探测器模拟。离线数据处理软件是协调整个合作组数据分析的关键,我在早期就参与开发了离线数据处理软件框架,在卫星在轨运行后,一直独立负责后续的维护和优化工作。同时也作了很多基于软件框架的探测器模拟,在质子能谱的分析过程中,我分析了基于FLUKA和geant4两种不同模拟软件的数据,根据其在量能器中的强子簇射过程的对比,估计了 DAMPE对质子能谱的测量中,由强子模型的不确定性的系统误差总体上约为10%。第三章介绍了我在根据前面的探测器模拟以及国际上其他同类卫星的相关经验独立开发的一套DAMPE伽马射线巡天模拟程序。此程序能够准确地模拟DAMPE对伽马射线巡天观测的具体过程,在DAMPE的伽马射线天文研究方面有着重要的作用。文中详细展示了模拟的随机过程原理和具体的算法实现,并且也给出了相关校验结果,同时也能和其它独立的伽马射线分析程序以及观测数据交叉验证。第四章介绍了我基于伽马射线的观测结果,提出一种极大似然估计的方法校准了探测器有效载荷与卫星平台大约0.15°的角度偏差。同时应用第三章所述的模拟程序很好的验证了这种校准的方法。这种校准有效提高了 DAMPE对伽马射线的测量精度,为后续的物理结果奠定了良好的基础。最后一章是对全文的总结和对未来工作的展望。

关键词：暗物质粒子探测卫星 geant4模拟 FLUKA 巡天模拟伽马射线数据分析定向校准

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基于放射性测量的表盘数据无损监测研究

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核电子学与探测技术 2024年第3期44卷 486-496页

作者：赵扬梁江涛梁知洋陈峰立刘旭睿胡彪谭良杨体波王敏成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

在某些特定的(如反应堆)密闭空间中,仪表上的温度、压强等数据是系统安全运行的重要保障。正常情况下是将监测数据传输出来以判断系统运行是否正常,但是该方法有供电线和传输线的存在,需要对密闭空间进行开孔或其他方法处理,对其密闭性... 详细信息

在某些特定的(如反应堆)密闭空间中,仪表上的温度、压强等数据是系统安全运行的重要保障。正常情况下是将监测数据传输出来以判断系统运行是否正常,但是该方法有供电线和传输线的存在,需要对密闭空间进行开孔或其他方法处理,对其密闭性会产生一定的影响。针对密闭空间机械表盘指针数据读出的问题,采用放射性测量方法,将指针上放置了放射源的机械结构表盘置于密闭空间内部,当表盘指针移动时,放射源的位置也随之发生变化,利用探测器在密闭空间外部对放射源进行测量,间接读出表盘数据。用geant4软件对上述表盘结构进行模拟,设计了6个掺铈镓铝石榴石(GAGG:Ce)探测器组成的圆形探测器阵列系统,根据该系统模拟得到的全能峰探测效率与位置的关系通过模糊逻辑算法处理,可以准确读出放射源所在位置的角度,从而达到读出表盘数据的目的。结果表明:当表盘的半径8.5cm,探测器间隔42°时,在40°、85°、125°、170°附近时的模拟计算得到的角度与实际角度存在较大偏差。因此对模型进行了改进,表盘半径改为2.3cm,探测器间隔改为55°后角度与实际角度的相对偏差在1°以内,转换为温度误差在0.5℃以内,最后实测数据验证,实测时角度误差在3°以内,温度误差在1℃以内,达到了测量要求。

关键词： geant4模拟模糊逻辑无损监测全能峰效率

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放射性气溶胶监测仪准直器优化设计

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核电子学与探测技术 2023年第4期43卷 670-674页

作者：鄢小兰周雪梅徐辉巢野侯会良韩建龙中国科学院上海应用物理研究所上海201800

基于反符合钝化注入平面硅(PIPS)探测器设计一个合适的准直器,降低低能α粒子对β粒子计数的影响。利用geant4软件模拟反符合PIPS探测器添加准直器前后不同能量的α粒子和β粒子探测效率,结果表明,添加准直器后α探测效率降低约18%,β... 详细信息

基于反符合钝化注入平面硅(PIPS)探测器设计一个合适的准直器,降低低能α粒子对β粒子计数的影响。利用geant4软件模拟反符合PIPS探测器添加准直器前后不同能量的α粒子和β粒子探测效率,结果表明,添加准直器后α探测效率降低约18%,β能量大于0.65 MeV时,添加准直器后的β探测效率降低约0.5%。利用241Am标准面源对反符合PIPS探测器添加准直器前后的探测效率进行实验测量,发现与理论计算的探测效率吻合好,可去掉约95%的能量小于3 MeV的α粒子。准直器可应用在气溶胶监测仪需要准确区分α粒子和β粒子计数的场合。

关键词：放射性气溶胶 PIPS探测器探测效率 geant4模拟

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基于geant4的能谱滤波分离虚拟平台研究

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中国测试 2016年第6期42卷 65-69页

作者：陈平郭蓉潘晋孝冯艳如于乐中北大学信息探测与处理山西省重点实验室山西太原030051

为更加真实地刻画现代工业中各种复杂物质的结构特性,运用蒙特卡罗虚拟仿真技术,基于光子计数探测器的能谱分离成像思想,提出一种基于geant4的能谱滤波分离虚拟平台构建方案,即运用geant4模拟X射线CT成像系统,并通过在射线发射端添加滤... 详细信息

为更加真实地刻画现代工业中各种复杂物质的结构特性,运用蒙特卡罗虚拟仿真技术,基于光子计数探测器的能谱分离成像思想,提出一种基于geant4的能谱滤波分离虚拟平台构建方案,即运用geant4模拟X射线CT成像系统,并通过在射线发射端添加滤波片实现能谱分离,获得具有窄谱特性的不同能段的能谱,从而得到近似单能的递变能量投影序列,完成虚拟平台的搭建。此外,为进一步说明该虚拟平台的可行性,该文还仿真模拟传统多能CT的投影过程,并将二者的结果进行比较分析。研究结果表明:该虚拟平台能较为准确地构建能谱滤波分离的多谱CT过程,从而更为快速、准确地实现成分复杂的物质识别及区分。

关键词： X射线光学能谱滤波分离 geant4模拟多谱CT成像

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中子辐照碲锌镉探测器损伤效应研究

中子辐照碲锌镉探测器损伤效应研究

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作者：魏雯静兰州大学

学位级别：硕士

随着国民经济与科学技术的发展,碲锌镉核辐射探测器由于其无需液氮冷却系统便可以在室温下使用的优异特性,在空间物理研究、医疗影像学、环境监测等方面有着越来越广泛的应用。由于辐射环境的复杂性,会对探测器造成不同程度的辐照损伤,... 详细信息

随着国民经济与科学技术的发展,碲锌镉核辐射探测器由于其无需液氮冷却系统便可以在室温下使用的优异特性,在空间物理研究、医疗影像学、环境监测等方面有着越来越广泛的应用。由于辐射环境的复杂性,会对探测器造成不同程度的辐照损伤,是严重威胁核辐射探测器长期服役于核辐射场的重要因素。鉴于材料辐照损伤实验研究成本较高、工序复杂,同时中子活化可能对开展实验造成一定困难,所以本工作将从探测器灵敏区微观缺陷的产生以及微观缺陷对探测器宏观电学性能的影响两方面开展中子对碲锌镉探测器的辐照损伤研究。本工作主要分为微观缺陷的产生以及微观缺陷对宏观电学性能的影响两方面的模拟计算。首先运用蒙特卡洛方法,即运用geant4程序包对能量在1～14Me V的中子在碲锌镉材料中输运情况进行模拟,获取初级离位原子信息,包括其种类、位置分布以及能量分布等,并结合级联碰撞模型,从非电离能量损失、离位原子数以及dpa等方面对不同能量的中子在碲锌镉材料中所产生的位移损伤进行计算。计算结果表明初级离位原子能量大部分处于低能端,随着入射中子能量升高,初级离位原子种类更为丰富,但总数量开始减少;中子辐照碲锌镉材料后其非电离能量损失随入射深度呈现均匀分布,且非电离能量损失同dpa一样,均不随中子能量增大线性增长,而是呈先增大后减小的趋势;同时通过次级粒子能谱与角分布情况可以得知,在中子辐照情况下,由次级粒子造成的辐照损伤较小。其次运用有限元分析法,即利用TCAD-Silvaco软件,对不同深能级杂质浓度、不同中子能量（1～14Me V）、不同中子注量(1×1010 n/cm2、1×1011 n/cm2、1×1012 n/cm2)等因素对碲锌镉探测器的电阻率、能带结构、深能级施主电离浓度、空间电荷浓度、电场分布以及I-V特性曲线等电学性能的影响进行模拟计算。分析结果可知,随着深能级杂质浓度或者中子辐照注量的增大,器件漏电流、阴极附近区域的空间电荷浓度以及内部电场强度增大,并且死区范围增大,从而影响探测器的载流子收集效率。另外,在同一注量下,随着中子能量逐渐增大,漏电流、阴极附近空间电荷浓度和电场强度呈先增大后减小的趋势,同NIEL及dpa随能量变化趋势相同。综合考虑,这可能是由于不同能量PKA造成不同程度的缺陷,进而引入不同的能级,影响载流子寿命、载流子浓度等变化进而对器件电学性能产生影响。明确CdZnTe晶体在辐照场中产生的微观缺陷与器件的电学性能的变化是理解材料抗辐照性能的关键,而探究Cd空位等本征缺陷对晶体材料光电特性的具体调控机制对于提升半导体探测器的耐辐照性能、研制能够长期服役于核辐射场下的探测器有着深远的意义。

关键词：中子辐照损伤碲锌镉 geant4模拟 TCAD模拟

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高性能带电粒子探测模块的研制

高性能带电粒子探测模块的研制

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作者：李勇中国科学院研究生院（近代物理研究所）

学位级别：硕士

近年来，随着放射性次级束流装置的发展，越来越多的不稳定核被制造出。通过放射性束核引起的核反应来研究远离β稳定线非稳定核的奇特核结构和反应机制成为核物理学研究的热点问题。为了在兰州重离子加速器国家实验室（HIRFL）的放射... 详细信息

近年来，随着放射性次级束流装置的发展，越来越多的不稳定核被制造出。通过放射性束核引起的核反应来研究远离β稳定线非稳定核的奇特核结构和反应机制成为核物理学研究的热点问题。为了在兰州重离子加速器国家实验室（HIRFL）的放射性束流线（RIBLL1）上开展基于完全运动学测量的远离β稳定线奇异核反应机制研究，需要研制一套由多个独立的望远镜系统组成的带电粒子探测阵列。根据对远离β稳定线奇异核核反应产物进行完全运动学测量的要求，并针对碎裂核反应以及弹性散射的特点，以及RIBLL1束流线本身的特点，要求探测器具有很高的性能，如探测器具大的能量测量范围、高能量分辨率和位置分辨、同时具备大立体角覆盖、较小的空间占据和粒子关联测量的能力。本论文的主要工作有：（1）根据以上讨论的对探测器实验要求，给出了探测器阵列的设计方案：探测器阵列由多个独立的探测器模块组成，每个探测模块为多层望远镜探测系统，包含一块16×16的65μm厚双面硅条探测器，一块4×4的1000μm厚像素硅(Pixel)探测器和由APD读出的4×4的CsI(Tl)阵列探测器。（2）对探测器模块的各组成部分进行实验测试，通过测试获得各部分的实验性能和最佳的工作条件，并为探测器的模拟提供参考依据。（3）对单块CsI(Tl)探测器，CsI（Tl）探测器阵列及整个探测器模块进行geant4模拟，通过单块CsI(Tl)探测器的模拟与实验测试的比较来验证geant4模拟的可靠性，并通过CsI（Tl）探测器阵列及整个探测器模块的模拟结果来优化探测器的制作方案，并给出探测器模块的整体性能。本论文在前两章介绍研究背景和探测器制作的意义，并简单介绍相关探测器的原理以及离子鉴别技术。第三、四、五章主要介绍探测器的设计，测试和模拟工作，最后在第六章做一下简单的总结，并关于进一步工作的方向进行简单讨论。

关键词：带电粒子 △E-E望远镜 Si探测器 CsI(Tl) geant4模拟

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