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高純鍺探測器

高純鍺探測器

高純鍺探測器 

高純鍺、Si（Li）探測器:
 
   半導(dǎo)體（高純鍺和Si（Li））探測器擁有精銳的能量分辨率，由其組成的γ和X射線能譜測量技術(shù)與產(chǎn)品，不僅是核結(jié)構(gòu)、分子物理、原子碰撞等核物理與核反應(yīng)研究的重要工具，而且在核電、環(huán)境、天體物理與化學(xué)、地質(zhì)、法學(xué)、考古學(xué)、冶金和材料科學(xué)等諸多科學(xué)與社會領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
   四十多年來，ORTEC 探測器種類不斷豐富、性能不斷提高，在探測效率上，能提供相對效率200%的P型同軸探測器、175%效率的P型優(yōu)化（“寬能”）同軸探測器和1*0*0%效率的N型探測器。

***、 探測器機理與各指標(biāo)的簡要意義
 
   放射性核素產(chǎn)生的γ光子和X射線，其能量***般在keV至MeV范圍。由于其不帶電荷，通過物質(zhì)時不能直接使物質(zhì)產(chǎn)生電離，不能直接被探測到，因此γ和X射線的探測主要依賴于其通過物質(zhì)時與物質(zhì)原子相互作用，并將全部或部分光子能量傳遞給吸收物質(zhì)中的***個電子。這種相互作用表現(xiàn)出光子的突變性和多樣性，在吸收物質(zhì)中主要產(chǎn)生三種不同類型的相互作用：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)或電子對效應(yīng)，而產(chǎn)生的次***電子（光電子）再引起物質(zhì)的電離和激發(fā)，形成電脈沖流，電脈沖的幅度正比于γ和X射線的能量。三種效應(yīng)中，光電效應(yīng)中γ光子把全部能量傳遞給光電子而產(chǎn)生全能峰，是譜儀系統(tǒng)中用于定性定量分析的主要信號；而康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)則會產(chǎn)生干擾，應(yīng)盡可能予以抑制。
   在譜儀中，探測器（包括晶體、高壓和前置放大器）實際上是***個光電轉(zhuǎn)換器，將光子的能量轉(zhuǎn)變成幅度與其成正比的電脈沖。然后通過譜儀放大器將該脈沖成形并線性放大，再送入模數(shù)變換器即ADC中將輸入信號根據(jù)其脈沖幅度轉(zhuǎn)變成***組數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號送入多道計算機數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，由相關(guān)軟件形成譜圖并進行分析。

以下簡要闡明所涉及的相關(guān)物理概念：
  1、相對效率、絕*對效率與實際效率
   相對探測效率（即標(biāo)稱效率）的定義：按ANSI/IEEE Std. 325-1996定義，Co-60點源置于探測器端面正上方25cm處，對1.33MeV能量峰，半導(dǎo)體探測器與3"×3" NaI探測器計數(shù)率的比值，以%表示。絕*對效率：Co-60點源置于探測器端面正上方25cm處，1.33MeV能量峰處所產(chǎn)生的實際探測效率（3"×3"NaI探測器，此絕*對效率為0.12%）。實際探測效率：取決于感興趣核素所在能量峰、探測器的晶體結(jié)構(gòu)、實際樣品的形狀、體積及探測器與樣品間的相對位置關(guān)系等因素。
針對低活度樣品的測量，通過提高實際探測效率以提高測量靈敏度是選擇探測器的出發(fā)點。
   2、 能量分辨率（FWHM）：探測器或系統(tǒng)對不同能量γ和X射線在探測中的分辨能力，通常以半高寬（FWHM，全能峰高度***半處所對應(yīng)的能量寬度）表示。比如對于1.33MeV能量峰，按ANSI/IEEE Std. 325-1996定義，Co-60點源置于探測器端面正上方25cm處，在計數(shù)率為1kcps時的全能半高寬。由于高純鍺探測器的分辨率本身已經(jīng)相當(dāng)精銳，除了在中子活*化、超鈾元素分析等少數(shù)應(yīng)用中，能量分辨率已不是***要考慮的因素。更加實際的分辨率問題是在高計數(shù)率和計數(shù)率動態(tài)變化（如中子活*化、裂變產(chǎn)物、在線監(jiān)測、現(xiàn)場測量）情況下，如何保證分辨率盡可能的穩(wěn)定。
   3、 康普頓效應(yīng)與峰康比
   γ光子與探測器中的半導(dǎo)體原子的電子相互作用時，將部分能量傳遞給電子，剩余能量的γ光子以***定的角度散射出去，成為康普頓散射。康普頓效應(yīng)的結(jié)果會導(dǎo)致在低能部分的全能峰下方形成康普頓坪，成為相關(guān)能量峰的本底或甚至淹沒此能量峰。
   峰康比：對1.33MeV能量峰，指其全能峰的中*心道計數(shù)與1.040MeV至1.096MeV區(qū)間內(nèi)康普頓坪的平均道計數(shù)之比。
  4、  峰形
   表征全能峰對稱性之指標(biāo)，通常以FTWH（十*分全高寬）與FWHM（半高寬）之比表示。為嚴格定義峰形，ORTEC對部分探測器同時提供F.02WH（五十*分全高寬）與FWHM（半高寬）之比。
 
 二、 ORTEC所有同軸探測器全*面嚴格保證能量分辨率、峰康比和峰形指標(biāo)。
1、ORTEC HPGe與Si（Li）探測器的分類與特點：
       GEM系列:  P型同軸HPGe探測器                          

GEM Profile系列:  P型優(yōu)化同軸HPGe探測器 

• 同***型號的探測器采用相同的晶體結(jié)構(gòu)和尺寸，從而保證了相當(dāng)***致的效率曲線；            

• GEM-M系列：專門設(shè)計適用于馬林杯狀樣品的測量，探測器端窗直徑與晶體有效厚度***致；

• GEM-F系列：采用扁平結(jié)構(gòu)晶體（直徑>長度），對于濾紙、濾膜等薄層樣品的測量能獲得*理想的實際探測效率；

• GEM-FX系列：有著-F系列類似的晶體結(jié)構(gòu)，但采用超薄的接觸極和碳纖維端窗，能量響應(yīng)范圍10keV至10MeV；還可作為超鈾元素測量的理想選擇；提供15%，20%和50%三種探測效率選擇；

• GEM-MX系列：結(jié)合-M與-FX工藝，能量響應(yīng)范圍10keV-10MeV，尤其適合于馬林杯狀樣品；提供38%, 66%，115%和175%四種效率選擇；

• GEM-FX與GEM-MX在整個10keV至10MeV（“寬能”）的能量范圍內(nèi)都有十*分優(yōu)異的能量分辨率，從指標(biāo)與實用意義上實現(xiàn)了傳統(tǒng)P型與N型探測器的“優(yōu)勢組合”。