基于碲锌镉的阵列探测器关键技术研究
发布时间：2021-09-29 16:09
随着我国空间技术的发展,越来越多的飞行器发射进入宇宙空间,宇航员辐射安全保障、在轨设备可靠性的要求,使得空间辐射环境的探索变得至关重要,卫星搭载的空间环境辐射场探测器载荷也朝着小型化多功能方向发展。本文主要内容是研究碲锌镉（CdZnTe,CZT）探测器应用于空间辐射环境中高能粒子探测的可行性分析,基于大面积碲锌镉晶体,设计基于化合物半导体高吸收系数的高粒度量能器,模拟高能粒子在碲锌镉晶体中的吸收情况,最后制作并测试了 2×2小型CZT阵列探测器对Am241y射线的能量响应。文章由五部分组成,第一部分介绍探索空间辐射环境的重要意义及国内外碲锌镉晶体应用发展的状况。第二部分主要包括半导体探测器的基本原理,以及CZT探测器工作方式,使用Au作为CZT探测器电极,根据量能器结构要求,选择金属—半导体—金属（MSM）结构研制探测器。第三部分基于Geant4软件计算模拟三种常见的半导体探测器对伽马射线及质子的吸收效率,进一步模拟100nm金层电极对于Am241放射线吸收影响情况。利用空间质子辐射分布模型AP-8和CRRESPRO调研质子能量分布,模拟不同厚度组合的CZT-Tungsten取样式量能...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图I-IPAMELA卫星载荷结构
肀北电力大学硕丄学位论文??层相间交叠而成［２６］。图１－１是由意大利、俄罗斯、美国等共同研发的ＰＡＭＥＬＡ??卫星载荷结构简图，２０１６年６月１５号，安装在俄罗斯Ｒｅｓｕｒｓ－ＤＫｌ卫星上在??Ｂａｉｋｏｎｕｒ卫星发射场由Ｓｏｙｕｚ火箭发射升空，用于反物质和轻核勘探，ＰＡＭＥＬＡ??是一个强大的粒子鉴别探测器，探测器由飞行时间谱仪（Ｔｉｍｅ?ＯｆＦｌｉｇｈｔ?ｓｙｓｔｅｍ）、??磁谱仪（Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）、反符合系统（Ａｎｔｉｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍ）、电磁量??能器（Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）、底部闪烁体（Ｂｏｔｔｏｍ?ＣＺＴｎｔｉｌｌａｔｏｒ）、中子探测器（Ｎｅｕｔｒｏｎ??Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、数据获取和处理系统（ＤＡＱ＆?Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）七部分组成丨２７１。??
近年来碲锌镉量能器作为卫星载荷也有应用，典型的是“雨燕”伽玛。伽玛暴是观测到的宇宙活动中最强烈的爆炸，它来自天空各个角度，出现一次们每次持续时间从几毫秒至数百秒不等，科学家们至今未找暴的原因，２００４年１１月２０号，ＮＡＳＡ使用Ｄｅｌｔａ７３２０火箭向低地球?“雨燕”卫星，应用ＣＺＴ探测器监测丫爆的来源〖２８１，雨燕有三个载伽马爆预警载荷ＢＡＴ，探测能量范围在１５－１５０ｋｅＶ，其他两个是Ｘ－ｒａ，探测能量范围在０．３－１０ｋｅｖ，以及紫外光探测载荷，探测波长在］７０－６０伽马爆预警载荷ＢＡＴ，是由３２７６８片４ｘ４ｘ２ｍｍ的ＣＺＴ探测器组成，面积为１．２ｘ０．６ｍ。每１２８个ＣＺＴ组成一个探测模块，这样一个模块的ＡＳＩＣ芯片读出，一共组成８ｘ１６的探测器阵列，图１－３为“雨燕的个８ｘ１６的碲锌镉探测器模块。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]载人航天空间天文领域发展综述[J]. 张九星,张伟,李绪志. 载人航天. 2017(05)
[2]有机晶体闪烁体生长的熔体法及其特点[J]. 刘秀华,谭昭怡,袁永刚,蔺金贤. 中国材料进展. 2017(09)
[3]碲锌镉探测器低噪声读出电路的设计[J]. 吴昊,秦水介. 电子技术与软件工程. 2017(05)
[4]暗物质粒子探测卫星中子探测器的GEANT4模拟[J]. 何明,马涛,常进,张岩,黄永益,藏京京,伍健,董铁矿. 天文学报. 2016(01)
[5]质子辐射带辐射中心区域模型[J]. 陶宏任,林瑞淋,师立勤,刘四清,张效信,龚建村. 空间科学学报. 2015(03)
[6]航天员受银河宇宙线辐射的剂量计算[J]. 张斌全,余庆龙,梁金宝,孙越强,杨垂柏,张珅毅. 北京航空航天大学学报. 2015(11)
[7]针对核恐怖袭击的城市轨道交通辐射监控应用[J]. 金华,许育俊,林铭. 中国安防. 2014(20)
[8]基于NOAA卫星数据的辐射带质子投掷角分布研究[J]. 杨世超,张贤国,王月,王春琴,常峥,秦慕荣,王世金. 空间科学学报. 2014(04)
[9]空间辐射环境工程的现状及发展趋势[J]. 沈自才,闫德葵. 航天器环境工程. 2014(03)
[10]碲锌镉晶体生长技术的研究进展[J]. 张娟,刘俊成,刘安法,贾彩云. 科技广场. 2014(01)
本文编号：3414018
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图I-IPAMELA卫星载荷结构
肀北电力大学硕丄学位论文??层相间交叠而成［２６］。图１－１是由意大利、俄罗斯、美国等共同研发的ＰＡＭＥＬＡ??卫星载荷结构简图，２０１６年６月１５号，安装在俄罗斯Ｒｅｓｕｒｓ－ＤＫｌ卫星上在??Ｂａｉｋｏｎｕｒ卫星发射场由Ｓｏｙｕｚ火箭发射升空，用于反物质和轻核勘探，ＰＡＭＥＬＡ??是一个强大的粒子鉴别探测器，探测器由飞行时间谱仪（Ｔｉｍｅ?ＯｆＦｌｉｇｈｔ?ｓｙｓｔｅｍ）、??磁谱仪（Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）、反符合系统（Ａｎｔｉｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍ）、电磁量??能器（Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）、底部闪烁体（Ｂｏｔｔｏｍ?ＣＺＴｎｔｉｌｌａｔｏｒ）、中子探测器（Ｎｅｕｔｒｏｎ??Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、数据获取和处理系统（ＤＡＱ＆?Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）七部分组成丨２７１。??
近年来碲锌镉量能器作为卫星载荷也有应用，典型的是“雨燕”伽玛。伽玛暴是观测到的宇宙活动中最强烈的爆炸，它来自天空各个角度，出现一次们每次持续时间从几毫秒至数百秒不等，科学家们至今未找暴的原因，２００４年１１月２０号，ＮＡＳＡ使用Ｄｅｌｔａ７３２０火箭向低地球?“雨燕”卫星，应用ＣＺＴ探测器监测丫爆的来源〖２８１，雨燕有三个载伽马爆预警载荷ＢＡＴ，探测能量范围在１５－１５０ｋｅＶ，其他两个是Ｘ－ｒａ，探测能量范围在０．３－１０ｋｅｖ，以及紫外光探测载荷，探测波长在］７０－６０伽马爆预警载荷ＢＡＴ，是由３２７６８片４ｘ４ｘ２ｍｍ的ＣＺＴ探测器组成，面积为１．２ｘ０．６ｍ。每１２８个ＣＺＴ组成一个探测模块，这样一个模块的ＡＳＩＣ芯片读出，一共组成８ｘ１６的探测器阵列，图１－３为“雨燕的个８ｘ１６的碲锌镉探测器模块。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]载人航天空间天文领域发展综述[J]. 张九星,张伟,李绪志. 载人航天. 2017(05)
[2]有机晶体闪烁体生长的熔体法及其特点[J]. 刘秀华,谭昭怡,袁永刚,蔺金贤. 中国材料进展. 2017(09)
[3]碲锌镉探测器低噪声读出电路的设计[J]. 吴昊,秦水介. 电子技术与软件工程. 2017(05)
[4]暗物质粒子探测卫星中子探测器的GEANT4模拟[J]. 何明,马涛,常进,张岩,黄永益,藏京京,伍健,董铁矿. 天文学报. 2016(01)
[5]质子辐射带辐射中心区域模型[J]. 陶宏任,林瑞淋,师立勤,刘四清,张效信,龚建村. 空间科学学报. 2015(03)
[6]航天员受银河宇宙线辐射的剂量计算[J]. 张斌全,余庆龙,梁金宝,孙越强,杨垂柏,张珅毅. 北京航空航天大学学报. 2015(11)
[7]针对核恐怖袭击的城市轨道交通辐射监控应用[J]. 金华,许育俊,林铭. 中国安防. 2014(20)
[8]基于NOAA卫星数据的辐射带质子投掷角分布研究[J]. 杨世超,张贤国,王月,王春琴,常峥,秦慕荣,王世金. 空间科学学报. 2014(04)
[9]空间辐射环境工程的现状及发展趋势[J]. 沈自才,闫德葵. 航天器环境工程. 2014(03)
[10]碲锌镉晶体生长技术的研究进展[J]. 张娟,刘俊成,刘安法,贾彩云. 科技广场. 2014(01)
本文编号：3414018
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