LYSO晶体及快塑料闪烁体组合探测技术

发布时间：2020-10-24 15:37

　　 中子探测是空间辐射场研究的一个重要课题。中子对航天活动有重要影响,在临界空间、载人航天和深空探测领域,都必须对中子进行探测。中子和次级中子对执行任务的飞行器及其电子器件、宇航员造成的损害不可忽视,对空间中子进行研究与探测是非常有必要的。空间环境是一个混合辐射场,测量条件也比较复杂,单一的中子探测器由于功能有限而较少采用。为了对中子进行更准确的探测和鉴别,往往需要采用组合方式的中子探测器。本文以空间辐射探测为目的,开展了空间中子探测和鉴别的工作。搭建了两种不同材质的探测器单元,LYSO晶体探测器单元和塑料闪烁体探测器单元,将其进行组合测试,采用符合测量技术结合能量关联和时间关联对探测器系统的性能进行研究和分析。本文主要研究内容包括:首先,对探测器单元进行设计与调试。基于能量分辨率和光收集效率等性能指标要求,研制了LYSO晶体探测器单元和快塑料闪烁体探测器单元。使用~(60)Co和~(22)Na标准γ源对探测器单元进行能量刻度,通过测试得到LYSO晶体对511KeV光子的能量分辨率达15.9%,是闪烁性能非常优异的γ射线探测器材料。其次,将LYSO和快塑料探测器单元进行组合,可以构成快慢闪烁体探测器进行探测。该组合探测器在地面情况下通过符合技术可以测得β谱,通过反符合技术可以测得中子谱。通过符合时间窗筛选出真事件,再对组合探测器进行能量关联选择,得到低能端和高能端的电子能谱,由此得到较完整的β衰变谱,相较于标准β衰变谱,高能段符合较好。再模拟空间带电粒子环境对组合探测器测试,根据反符合测量原理对快塑料探测单元进行反符合时间开窗,得到的中子能谱与中子标准能谱符合较好,组合探测器反符合关联在一定程度上抑制了带电粒子的干扰,有效提高了中子探测的可靠性。最后,将两个塑料探测器单元进行组合构成符合关联测量系统,在D-T中子发生器上进行调试。先通过脉冲波形甄别法初步筛选出粒子,再对两个探测器单元记录的真事件进行进一步γ-n时间关联。前端探测器选择γ事件,后端探测器选择中子事件,γ事件作为飞行起始时间,n事件作为飞行终止时间。通过对组合探测器进行多重关联时间选择,得到粒子飞行时间谱,达到n/γ鉴别的目的。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V520.6;V419
【部分图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文线而言，它的作用方式大致有三种：康普顿效应、光电效应以及电与光电效应所产生的次级电子能量较单一，因此探测γ射线时应尽料作为探测器。γ射线和物质之间都有一定的概率发生这三种作用在，通常用截面σ 这个物理量来表示发生的概率。图 2.1 为三种主互作用在反应过程中存在的情况，γ射线发生这三种效应的概率大

图 2.1γ射线发生作用概率与光子能量和靶原子序数关系效应应本质是γ光子与靶物质原子相互作用并将其所有能量都转移给原子壳γ光子消失，这些得到能量的电子克服结合能变成光电子。计算光电子iE = hυ Ee 为入射的γ光子的能量，Ei 为第 i 壳层电子的结合能。由光电子能量的能量高于电子所处壳层电离能的情况下，才会发生光电效应。光电效俄歇电子的发射[9]，整个作用过程如图 2.2。

LYSO 晶体及快塑料闪烁体组合探测技术计算可知，kσ 正比于 Z5，即靶物质原子序数越大，大。因此，为了提高探测效率，通常选用原子序数高为康普顿散射，入射的γ光子和靶原子的核外电子发并改变运动轨迹，同时电子获得光子损失的能量并挣效应发生在内层电子并且光子本身消失不同，康普顿分能量，其作用过程如图 2.3 所示：
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本文编号：2854651