摘要： 能譜處理算法是提升探測系統能量分辨率的重要方法之一。其中,種子局部平均(seeded localized averaging,SLA)算法是一種比較新穎的處理算法,采用平均計算的方式對多個道址的信號進行處理輸出,但在處理對稱雙峰及偏峰時會出現峰位飄移及生成不存在的虛峰等問題。針對該問題通過賦予不同的權重、引入均值不等式和優化迭代參數等改進方法,提出了一種基于概率密度函數迭代的加權平均變換(weighted average transform,WAT)算法,利用概率密度函數模型描述探測器的隨機輸入信號,在對符合設定分布的隨機輸入信號累積處理過程中,利用加權平均的計算方式來處理信號。WAT算法保留了SLA算法原有的性質,還提高了非對稱峰輸入的能量分辨率,進一步提高了原始輸入分布的適應性,解決了SLA算法處理時雙峰輸入后出現虛峰及重合峰等問題,偏峰處理將半高寬由741改善為435,峰位未飄移且未出現虛峰。利用WAT算法,對輸入信號為高斯分布、對數高斯分布及多峰分布的情況進行數值模擬,驗證了WAT算法用于能譜求解的有效性。

摘要： 傳統的塑料閃爍體由于其低有效原子序數和密度,不適用于能譜探測領域。有機重金屬化合物摻雜塑料閃爍體的制備為塑料閃爍體實現能譜探測提供了一種有效途徑。而有機錫化合物摻雜塑料閃爍體具有高光峰靈敏度,并保留了塑料閃爍體的快衰減特性。本文通過自由基聚合的方法成功制備了不同濃度2-(三丁基錫烷基)呋喃摻雜的聚乙烯基甲苯(PVT)基塑料閃爍體,并對其光學和閃爍性能進行了測試和比較。其中摻雜20%2-(三丁基錫烷基)呋喃的PVT基塑料閃爍體的透光率可達90%,X射線激發發射光譜主峰位于425 nm處,光產額為6700 ph/MeV,能量分辨率為15.8%@662 keV,衰減時間約為4.3 ns。我們也制備了1英寸直徑、摻雜20%2-(三丁基錫烷基)呋喃的塑料閃爍體,具有6300 ph/MeV的光產額和15.8%@662 keV的能量分辨率。

摘要： 圍繞快速、精確的光譜測量需求,提出了X射線衍射光譜測量實驗裝置的陣列式構型,開展了陣列式構型的光學設計、衍射探測單元研制及實驗研究。新構型由多個衍射探測單元構成,分別探測軸向的不同區域,大幅提高了探測的范圍,并且每個單元的衍射角度相同,保證了每個單元的實測譜對應相同的能量。設計了陣列式X射線衍射系統的結構,研制了衍射探測單元,搭建實驗平臺實測了撲熱息痛的X射線衍射譜,檢驗了每個單元實測譜的能量分辨率及強度分布的一致性。實驗結果表明系統在20 cm范圍內能量分辨和強度的標準差分別為0.3keV和0.07,實測譜具有較好的一致性。

摘要： 金剛石探測器具有體積小、抗輻照能力強、時間響應快等優點,在核輻射領域應用優勢顯著。早期金剛石核輻射探測器均采用天然金剛石材料,化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)金剛石人工合成技術的進步,極大地促進了金剛石核輻射探測器的發展與應用。本文從CVD人造金剛石材料入手,分析了制約金剛石探測器性能的雜質與缺陷、CVD金剛石的合成工藝、探測器級金剛石中雜質與缺陷的表征方法,并基于載流子遷移率與壽命乘積、探測器的電荷收集效率等性能指標,總結了CVD金剛石中的雜質與缺陷對探測器性能的影響規律,介紹了國外金剛石核輻射探測器的應用現狀并展望了國內金剛石核輻射探測器的發展前景。

摘要： 采用腦PET進行人腦功能的研究對生物醫學起到至關重要的作用,為了顯著提高腦PET顯像質量,增加探測效率、實時顯示圖像,本文設計一種腦專用PET顯像大面積平板型探測系統,該探測系統由兩個大面積探頭組成,每個大面積探頭包含3×3陣列的位置靈敏光電倍增管和多個緊密排布的硅酸釔镥閃爍晶體(Ce:LYSO)陣列。并利用1μCi的^(22)Na點源對晶格大小為0.7 mm×0.7 mm等六種LYSO晶體陣列進行晶體性能測試,并選用兩塊晶格大小為1.5 mm×1.5 mm的LYSO晶體陣列進行一對一符合探測初步斷層顯像。結果顯示,各種晶格大小的LYSO晶體陣列的位置區分輪廓的半高寬平均值在0.38~0.49 mm之間,平均能量分辨率(半高寬)在17.61%~30.40%之間;在對^(22)Na點源的初步圖像斷層掃描實驗測試中,通過濾波反投影算法獲得重建圖像的空間分辨率為1.5 mm,驗證了大面積平板型探測系統的可行性。

摘要： 為對511 keV伽馬光子進行三維定位,提高PET顯像性能,研制一種尺寸為16.4 mm×16.4 mm×5 mm正交條形碲鋅鎘(CZT)探測器,并測試其PET顯像性能。在32個電極讀出后均采用電荷靈敏前置放大器和濾波放大模塊,輸入高速模數轉換器對數據進行采樣,得到探測器中信號的全脈沖形狀,并利用模擬數字轉換器(ADC)內置可編程門列陣(FPGA)對信號進行在線處理,對信號完成尋峰、濾波等數字化處理。結果表明,該碲鋅鎘探測器對511 keV伽瑪光子的能量分辨率為6.35%,通過對碲鋅鎘探測器的電極結構分析得出了一套伽馬光子相互作用的三維位置坐標計算公式,可以達到亞毫米位置分辨率,實現了碲鋅鎘探測器三維顯像功能。

摘要： 為了解決高計數率下閃爍譜儀響應變差的難題,本文采用基于卷積模型的核脈沖反演方法,實現了碘化鈉探測器輸出核脈沖的實時處理與幅度分析,在高計數率下實測了γ能譜,并與2種普通數字化多道進行了對比。結果表明:反演譜儀明顯抑制了核脈沖堆積,在有限能量分辨率損失下,顯著提升了核脈沖通過率。反演閃爍譜儀更好地平衡了核脈沖通過率與能量分辨率矛盾,在高達數十萬計數每秒的脈沖通過率下綜合性能優異,為不同能譜測量應用提供了更寬泛的成形參數選擇空間。

摘要： 研究了基于鈦TES的超導單光子探測器的特性,器件尺寸范圍為5μm×5μm到20μm×20μm,集成光學腔體后在1550 nm波長實測的系統探測效率最高達到72%,最佳能量分辨率為0.26 eV。在此基礎上,采用二流體模型提取了基于鈦TES的超導單光子探測器的特性參數(包括溫度靈敏度、電流靈敏度、熱容等),并模擬計算了基于鈦TES的超導單光子探測器的響應時間和能量分辨率,與實驗結果完全吻合。結果表明優化探測器尺寸和臨界溫度,可以同時達到高探測效率和高能量分辨率,實現光子數可分辨的高性能單光子探測器。

摘要： 采用坩堝下降法生長了直徑為25.4 mm的純溴化鈰晶體和0.1%、0.2%和0.5%(摩爾分數)Sr^(2+)摻雜的溴化鈰晶體。將所生長晶體加工成直徑25.4 mm、厚度10 mm的坯件,并進行紫外和X射線激發熒光光譜、137 Cs源激發多道能譜等測試。結果表明:Sr^(2+)摻雜會導致晶體X射線激發下的發射光譜出現輕微紅移,而隨著Sr^(2+)摻雜量的增加,晶體的能量分辨率依次提高,光輸出依次降低;當Sr^(2+)摻雜量為0.5%時,溴化鈰晶體的能量分辨率最高,達3.83%@662 keV,但過高含量的Sr^(2+)摻雜會造成晶體生長困難。綜合考慮晶體性能和生長情況,Sr^(2+)摻雜量為0.2%時較為適宜,所獲得的?25.4 mm×25.4 mm CeBr_(3)∶0.2%Sr晶體封裝件的能量分辨率為3.92%@662 keV。

摘要： 為探究霍爾推力器羽流中各價態離子能量分布,并以此為依據評估推力器性能,根據Wien條件,設計了一種用于測量稀薄等離子體羽流場不同電荷狀態離子分布的E×B探針系統。基于對探針最大輸入角離子的運動分析,推導了僅與探針結構參數相關的能量分辨率關系式,并以此為依據設計了探針,使用該E×B探針系統對200 W量級霍爾推力器進行羽流離子成分診斷。分析結果表明:距離推力器出口500 mm處,在中軸線角度0~20°內,單電荷氙離子Xe~+比例分數為90.42%~94.25%,對應的Xe比例分數為9.58%~5.75%;隨著角度的增加,Xe~+比例分數減少,Xe比例分數增加,平均電荷增加;推力器的電荷利用效率、電壓利用效率分別為99.38%、86.95%。該探針系統的測量結果可為分析推力損失和優化推力器性能提供參考,并可為羽流仿真提供驗證。