隨著核能的大力發(fā)展,環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)越來(lái)越受到重視。γ射線探測(cè)作為一種重要輻射監(jiān)測(cè)技術(shù),在輻射防護(hù)、核醫(yī)學(xué)及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有著重大意義。而閃爍體探測(cè)器則是探測(cè)γ射線最常用的檢測(cè)器件之一。為擴(kuò)大閃爍體探測(cè)器的應(yīng)用范圍,對(duì)閃爍體探測(cè)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(jī)械強(qiáng)度、極低的噪聲以及對(duì)磁場(chǎng)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(lái)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(cè)器。具有體積小,工作電壓低,對(duì)磁場(chǎng)不敏感,單光子分辨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本工作應(yīng)對(duì)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(duì)硅光電倍增管耦合不同閃爍晶體探測(cè)γ射線進(jìn)行了詳細(xì)的研究。本文利用蒙特卡羅軟件Geant4構(gòu)建了探測(cè)模塊幾何結(jié)構(gòu),定義了相關(guān)的物理過(guò)程,對(duì)LaBr_3:10%Ce~(3+),NaI(TI)閃爍晶體耦合SiPM測(cè)量γ射線能譜進(jìn)行了細(xì)致的模擬,計(jì)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(yùn)模擬方法,蒙特卡羅方法存在著計(jì)算機(jī)時(shí)較長(zhǎng)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(cè)模擬計(jì)算中的應(yīng)用效果。本文設(shè)計(jì)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(yīng)輸出。數(shù)字化譜儀采用插件式能譜儀進(jìn)行信號(hào)的濾波整形及采集處理。對(duì)~(152)Eu,~(137)Cs標(biāo)準(zhǔn)源在多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的γ能譜特性響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與修正后的模擬結(jié)果相符合,驗(yàn)證了封裝閃爍晶體的材料及晶體本身光學(xué)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(cè)裝置進(jìn)行對(duì)比,對(duì)譜儀溫度響應(yīng)、磁場(chǎng)特性、抗輻照、探測(cè)效率、能量線性及能量分辨率等性能指標(biāo)重點(diǎn)進(jìn)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(chǎng)影響、測(cè)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(yīng)用。
【學(xué)位單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL81
【部分圖文】：

圖2.1SensL公司型號(hào)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(cè)光子過(guò)程光子入射雪崩二極管后將經(jīng)歷以下幾個(gè)過(guò)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(guò)程中經(jīng)耗盡層雪崩區(qū)間的碰撞電一個(gè)信號(hào)電流，雪崩效應(yīng)使得硅光電倍增管對(duì)加反向偏壓超過(guò)擊穿電壓閾值時(shí)，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(shí)，淬壓及時(shí)降低到雪崩閾值以下，使雪崩結(jié)束。隨一個(gè)光子做好準(zhǔn)備。圖 2.1 為 SiPM 內(nèi)部集成了簡(jiǎn)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(huì)被反射。APD 管硅半導(dǎo)體表面通常會(huì)覆蓋一1.46）來(lái)減少光反射，但仍然有 20%-30%的入射光會(huì)被度與折射率有關(guān)）進(jìn)而導(dǎo)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(huì)形成一層很薄的鈍化層，性能，其光學(xué)損失可以忽略，但入射光為波長(zhǎng)小于 3層對(duì)其有較大的影響。半導(dǎo)體中的光吸收穿過(guò) APD 管表面氧化層進(jìn)入硅片的光子絕大部分會(huì)被光的光波長(zhǎng)有關(guān)，如圖 2.3 所示。
【相似文獻(xiàn)】

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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(xué);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(jì)[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2017年

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

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

5 李楊國(guó)驥;大面積位置靈敏型閃爍體中子探測(cè)器的制作與測(cè)試[D];中國(guó)石油大學(xué)(北京);2016年

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

本文編號(hào)：2844661