測厚儀是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的常用儀表之一,碲鋅鎘探測器是一種可在常溫下工作的新型半導(dǎo)體探測器,為了探究其在低能γ射線測厚儀中應(yīng)用的可能性,本文首先對兩種型號四個探測器進行了性能檢測,將其與高純鍺和碘化鈉探測器的測試性能進行對比。其次,利用MCNP軟件進行模擬,得出低能γ射線入射不同金屬,以及金屬厚度變化時不同角度的透射和散射情況。然后,基于模擬結(jié)果,搭建了γ射線測厚儀,采用碲鋅鎘探測器測量散射角為135°時不同厚度鋁膜的散射計數(shù),并用碘化鈉探測器測量對應(yīng)的透射計數(shù)。最后,搭建了一套簡易的在線測厚儀,檢驗基于碲鋅鎘探測器的測厚儀性能,分析了其應(yīng)用前景。具體結(jié)論如下:（1）兩種碲鋅鎘探測器中,半球型探測器性能總體優(yōu)于平面型探測器,兩種探測器能量分辨率隨時間變化波動均穩(wěn)定,標準差均在0.44%之內(nèi)。（2）MCNP軟件模擬結(jié)果表明,當?shù)湍堞蒙渚�垂直入射時,對于原子序數(shù)低的金屬,背散射概率隨材料厚度的變化呈現(xiàn)了很好的線性關(guān)系,相較原子序數(shù)高的材料,低能γ射線更適用于原子序數(shù)小的材料的測厚。（3）利用碲鋅鎘探測器對不同厚度的鋁膜測量結(jié)果表明,散射角為135°時γ射線散射計數(shù)與鋁膜厚度呈良好的線性關(guān)系,皮... 

【文章來源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

背散射測厚儀原理圖

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文基于碲鋅鎘探測器的γ射線測厚儀的研制6第二章碲鋅鎘探測器的工作原理和性能測試圖2-1是一套完整測厚儀系統(tǒng)的示意圖，分為機械部分和電路部分，機械部分是由放射源和和探測器組成，電路部分則是對信號的采集和處理，統(tǒng)稱為射線測量儀表。電路的不同設(shè)計可以使測厚儀實現(xiàn)不同的功能，比如實現(xiàn)實時控制功能，在本研究中主要探究機械部分。圖2-1測厚儀系統(tǒng)示意圖Fig.2-1Schematicdiagramofthicknessgaugesystem探測器是用來探測射線信號的主要儀器，其性能直接影響著測厚儀的規(guī)格和測量結(jié)果，因此選擇一個合適的探測器有利于測厚儀系統(tǒng)的改良。目前常用的γ射線探測器有氣體探測器、閃爍體探測器和半導(dǎo)體探測器三種。氣體探測器的原理為：以氣體（常用的有氬氣和異丁烷或二氧化碳的混合體）為電離介質(zhì)，帶電粒子入射時引起氣體分子電離，形成離子對，探測器通過收集產(chǎn)生的電子和離子完成射線探測。氣體探測器制備簡單、成本低廉、性能可靠，早期有G-M計數(shù)管、電離室和正比計數(shù)管[17]，1996年報道的氣體電子倍增管（GEM）是一種典型的微結(jié)構(gòu)氣體探測器[18]，而基于PCB鉆孔技術(shù)的厚型氣體電子倍增器（THGEM）則可通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、電場等來改變工作性能[19]。閃爍體探測器測量原理是，射線在與物質(zhì)發(fā)生相互作用時，靶物質(zhì)原子受到激發(fā)，激發(fā)后原子由于不穩(wěn)定會在退激過程中以躍遷形式向外發(fā)射光子，在光陰極上打出光電子后經(jīng)過光電倍增管倍增，電子儀器記錄分析陽極產(chǎn)生的電信號，從而完成射線探測過程。常見的閃爍體探測器有CsI和NaI探測器。半導(dǎo)體探測器探測原理是基于核輻射會在靶物質(zhì)中產(chǎn)生電離效應(yīng)，由于半導(dǎo)體密度高，且半導(dǎo)體中產(chǎn)生一個電子-空穴對所需的平均電離能比氣體所需小一個量級以上，所以半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電?

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文基于碲鋅鎘探測器的γ射線測厚儀的研制9[34]。中高能γ射線在入射到CdZnTe晶體中產(chǎn)生的載流子會出現(xiàn)收集不完全的問題，因此該結(jié)構(gòu)的探測器適合測量低能射線。圖2-2平面型CdZnTe探測器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-2DiagramofplanarCdZnTedetectorstructure2.2.2半球型CdZnTe探測器由于CdZnTe材料的缺陷[29]之一是空穴載流子傳輸特性差，為了克服這個問題，研究者們采用單電極結(jié)構(gòu)的方法。單電極結(jié)構(gòu)探測器只對電子載流子進行收集，有半球型、像素型、共面柵型和弗里希型探測器。如圖2-3（a）所示，半球型CdZnTe探測器[38]的電極結(jié)構(gòu)與平面型結(jié)構(gòu)不同，陽極鍍在CdZnTe晶體的一面，為一個圓形平面電極，晶體其它面鍍陰極，由此晶體內(nèi)部產(chǎn)生的電場如圖2-3（b）所示，這是一個電勢分布不均勻的半球型電常這種電極結(jié)構(gòu)使得陽極附近電場增強，對電子可以產(chǎn)生很強的收集作用，但是由于陰極電場較弱，空穴的收集作用幾乎沒有，從而在一定程度上避免了探測器的空穴拖尾效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)的探測器對陽極的尺寸要求較高，陽極面積減小，陽極中心電場密度就會增大，加速電子載流子，但制備工藝的難度也會因此增大。目前，Parnham[35]等設(shè)計的半球形探測器能量分辨率可達1.9%（@662keV），尺寸為5mm×5mm×5mm。圖2-3半球型CdZnTe探測器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-3DiagramofhemisphericalCdZnTedetectorstructure

【參考文獻】：
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本文編號：3507098