隨著核能的大力發(fā)展,環(huán)境輻射監(jiān)測越來越受到重視。γ射線探測作為一種重要輻射監(jiān)測技術(shù),在輻射防護、核醫(yī)學及核技術(shù)應用領(lǐng)域有著重大意義。而閃爍體探測器則是探測γ射線最常用的檢測器件之一。為擴大閃爍體探測器的應用范圍,對閃爍體探測器中耦合晶體的光電器件提出了新的要求。比如緊湊的結(jié)構(gòu)、低的功耗、大的機械強度、極低的噪聲以及對磁場不敏感等,相比于硅二極管、光電倍增管,硅光電倍增管更滿足這些條件。硅光電倍增管是近年來興起的一種由大量工作在蓋革模式下的雪崩二極管集成的新型光子探測器。具有體積小,工作電壓低,對磁場不敏感,單光子分辨能力強等優(yōu)點。本工作應對上述要求建立了一套基于硅光電倍增管的γ閃爍譜儀系統(tǒng),對硅光電倍增管耦合不同閃爍晶體探測γ射線進行了詳細的研究。本文利用蒙特卡羅軟件Geant4構(gòu)建了探測模塊幾何結(jié)構(gòu),定義了相關(guān)的物理過程,對LaBr_3:10%Ce~(3+),NaI(TI)閃爍晶體耦合SiPM測量γ射線能譜進行了細致的模擬,計算結(jié)果以Tree數(shù)據(jù)模型的形式保存在Root文件中。作為一種有效的粒子輸運模擬方法,蒙特卡羅方法存在著計算機時較長的不足,為此本文研究了重要性采樣這種減小方差技巧在γ射線監(jiān)測模擬計算中的應用效果。本文設(shè)計了硅光電倍增管的前置適配電路,經(jīng)電路結(jié)構(gòu)及元器件參數(shù)優(yōu)化有較好的響應輸出。數(shù)字化譜儀采用插件式能譜儀進行信號的濾波整形及采集處理。對~(152)Eu,~(137)Cs標準源在多種實驗環(huán)境下的γ能譜特性響應進行測量研究。實驗結(jié)果與修正后的模擬結(jié)果相符合,驗證了封裝閃爍晶體的材料及晶體本身光學參數(shù)在模擬程序中設(shè)置的可靠性與合理性。并與傳統(tǒng)光電倍增管為光電器件的閃爍體探測裝置進行對比,對譜儀溫度響應、磁場特性、抗輻照、探測效率、能量線性及能量分辨率等性能指標重點進行了討論。該套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、不受環(huán)境磁場影響、測量γ射線能量分辨率較好、適用于便攜式、狹小空間固定式儀表應用。
【學位單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TL81
【部分圖文】：

圖2.1SensL公司型號為MicroFC-30035-SMT的SiPM內(nèi)部集成APD微元圖2.2雪崩二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2 APD 探測光子過程光子入射雪崩二極管后將經(jīng)歷以下幾個過程：1.表面反射損失；2.頂部保

組成多工作在蓋革模式下的雪崩二極管微元集成的anche Photodiode）中入射光子激發(fā)產(chǎn)生的電子移，在漂移過程中經(jīng)耗盡層雪崩區(qū)間的碰撞電一個信號電流，雪崩效應使得硅光電倍增管對加反向偏壓超過擊穿電壓閾值時，電子漂移到大的雪崩電流，反向加的偏壓越大則電流增益式稱為蓋革模式。在雪崩電流增大的同時，淬壓及時降低到雪崩閾值以下，使雪崩結(jié)束。隨一個光子做好準備。圖 2.1 為 SiPM 內(nèi)部集成了簡化后的雪崩二極管 PN 結(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，紅色

折射率低的介質(zhì)（如空氣）入射到折射率高的介質(zhì)表分光子會被反射。APD 管硅半導體表面通常會覆蓋一1.46）來減少光反射，但仍然有 20%-30%的入射光會被度與折射率有關(guān)）進而導致 APD 管的量子效率 QE 減表面再加幾層不同折射率的反射層，這樣反射損失可層光吸收損失表面的二氧化硅在空氣中會形成一層很薄的鈍化層，性能，其光學損失可以忽略，但入射光為波長小于 3層對其有較大的影響。半導體中的光吸收穿過 APD 管表面氧化層進入硅片的光子絕大部分會被光的光波長有關(guān)，如圖 2.3 所示。
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1 劉翎箭;基于硅光電倍增管的γ閃爍譜儀研究[D];南華大學;2017年

2 張珮;基于光電倍增管的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[D];長春理工大學;2017年

3 張彤;一種基于硅光電倍增管的鎢酸鎘閃爍體探測器研究[D];成都理工大學;2017年

4 蘇折;基于SiPM測量的表面污染儀的研制[D];哈爾濱工程大學;2014年

5 李楊國驥;大面積位置靈敏型閃爍體中子探測器的制作與測試[D];中國石油大學(北京);2016年

6 李玉蘭;基于塑料閃爍體的單電子調(diào)束探測器[D];廣西大學;2017年

本文編號：2844661