低本底BEGe光子事例波形及测量性能优化研究

发布时间：2020-07-04 19:29

【摘要】：BEGe探测器是一种内部电极极小、具有单载流子响应特性的高纯锗探测器,故它在波形甄别方面更具有优势。BEGe探测器主要用于需要较低本底水平的γ谱分析和无中微子双贝塔衰变探测。对于一套基于良好屏蔽措施及材料筛选的低本底BEGe装置,波形甄别是进一步抑制本底水平的有效手段。在BEGe探测器的主要应用场景中,信号和本底事例多为光子事例。本论文主要对光子事例在低本底BEGe中的物理作用机制和波形表现进行了分析,并研究了波形甄别方法在γ谱分析性能优化中的应用。在对BEGe探测器进行表征的基础上,首先建立了分别用于波形甄别相关实验和模拟的数字波形采集系统及软件研究平台。在软件研究平台中,模拟仿真模块能够对事例在锗晶体中的物理作用机制进行研究并对波形甄别方法的应用效果进行评估,数字波形处理模块则是实现波形甄别的直接工具。利用模拟仿真模块,研究了BEGe探测器与波形甄别相关的特性。研究发现BEGe探测器的位置灵敏度有限,这意味着很难对事例的作用点信息进行完全解析;还发现能量在2.4 MeV以下的电子在锗晶体中的能量沉积范围大多在1~2 mm的尺度,这意味着很难对单电子/双电子能量沉积事例进行有效甄别。同样基于模拟仿真过程,对γ谱分析中光子事例在BEGe中的物理作用机制进行了研究,发现全能峰信号事例和康普顿坪本底事例在作用点个数和作用点位置的分布上存在差异,这种差异可以作为开发波形甄别方法以实现康普顿坪本底抑制的理论依据。在剖析光子事例物理作用机制的基础上,以单点事例/多点事例甄别和事例作用位置甄别为出发点,分别建立了A/E方法和上升时间比方法,以对γ谱分析中的康普顿坪本底进行抑制。通过模拟仿真对两种波形甄别方法在典型低本底测量情形下的MDA优化效果进行了评估,通过点源实验对两种方法的特性进行了深入研究,进而在对典型鱿鱼生物灰样品的实际低本底测量中发现两种方法可以使661 keVγ射线对应的MDA优化为原来的~0.81倍,也即达到相同MDA水平时的测量时间可以降低为原来的~65%。本文的工作为BEGe探测器中波形甄别方法的研究做了良好的示范,所建立的两种波形甄别方法对于γ谱分析性能优化具有积极意义。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL816
【图文】：

3γ 射线在锗中不同作用类型的线性吸收系数随 γ 射线能量在实际应用中演化出许多子类型[8]，其中一种基e，Co-HPGe）改进得到的内部电极极小的锗晶体在种锗晶体的设计初衷是通过减小探测器电容来降它在实际应用中逐步演化成两种主要类型，即宽ium，BEGe）和点电极型锗（PointContactGermani度均为~1mm，但 PCGe 内部电极的直径更小（一般

3. 提取能够反映上述波形差异的特征量，基于该特征量确定甄别阈值进而完成甄别；或建立能够解析波形差异的算法流程，依赖算法完成甄别。图1.1显示了不同能量γ射线与锗作用的全能峰事例中不同作用机制事例所占的比例。可以看出，在 0.2-3MeV 的能量范围内，γ 射线主要与锗发生康普顿散射，这与图 1.2 所示的 γ 射线在锗中三种主要作用类型的线性吸收系数随 γ 射线能量的变化趋势相吻合。相应地，在 γ 谱分析和无中微子双贝塔衰变（neutrinolessdoublebetadecay,0 ββ）探测的应用场景中，本底事例都主要是高能 γ 射线在感兴趣能区的康普顿坪事例，其本质上属于若干单电子的能量沉积事例。但对于 γ 谱分析，信号事例是感兴趣 γ 射线的全能沉积事例

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 肖无云,魏义祥,艾宪芸;数字化多道脉冲幅度分析中的梯形成形算法[J];清华大学学报(自然科学版);2005年06期

本文编号：2741489