[CsI能量分辨率的研究-讲义初稿-2014-12-09new.docxVIP

CsI(Tl)闪烁体能量分辨率的研究楼建玲 2014-12-09一．实验目的：初步掌握影响CsI(Tl)闪烁体探测器能量分辨率的各种因素。掌握能量分辨率的概念，掌握提高闪烁体能量分辨率的方法。二．实验内容：利用已有的CsI（Tl）闪烁体和光电倍增管制备闪烁体探测器。搭建CsI(Tl)闪烁体能量分辨率测试的电子学线路。测试各种不同条件下CsI(Tl)闪烁体的能量分辨率。三．实验原理：闪烁体探测器是测量辐射粒子能量的一种重要方法，通过探测入射粒子的特征能量从而分辨粒子的种类。由于其可探测的粒子种类多、探测效率高且能同时探测粒子的能量和强度，因此在核物理研究中得到广泛应用。提高探测器能量分辨率是充分发挥其作用的重要前提，本实验通过研究影响能量分辨率的因素，在现有条件下尽可能提高对入射粒子的能量分辨率，为核物理实验和放射性同位素研究的实验测试粒子种类、能量和强度奠定基础。本次大实验主要的实验装置如下图所示：各个部件的简介如下：1． 闪烁体闪烁体探测器是利用某些物质在射线作用下会发光的特性来探测射线的仪器。探测器大致可以分为径迹型和信号型两大类，其中，径迹型探测器给出粒子运作的径迹，而信号型探测器是当一个辐射粒子到达时给出一个信号。本实验中的闪烁体探测器属于信号型探测器，在核物理实验中主要是测量辐射粒子的强度（单位时间内接受粒子的数目）和能谱（强度随能量的分布）。闪烁体的种类很多，从化学成分上看可分为无机和有机两大类。无机闪烁体密度大，含有高原子序数的元素，对γ射线有较高的探测效率；且发光效率高、能量线性关系也比较好。本实验使用的CsI（TI）闪烁体是使用铊（TI）作为激发剂的碘化铯（CsI）无机闪烁体，共有几个不同形状的闪烁体：圆柱形闪烁体，底面半径为1.00cm，高度为4.00cm；圆柱形闪烁体，底面半径为1.00cm，高度为3.00cm；圆柱形闪烁体，底面半径为1.00cm，高度为2.00cm；立方体闪烁体，尺寸为1.70cm×1.7cm×2.0cm。2 光电倍增管光电倍增管的作用是将闪烁体发出的微弱光转变成电子，然后经过多次倍增变成一个可记录的电脉冲信号。光电转换通过来光阴极实现，当闪烁光子作用在光阴极上时由于光电效应可产生出电子；电子倍增是通过一系列倍增极所构成的倍增系统来完成的（倍增极由一种电子脱出功较小的材料构成）。光电倍增管工作时从光阴极到各个倍增极和阳极加上依次递增的电压，闪烁光子打在光阴极上所产生的光电子经电子光学系统加速和聚焦后打到倍增极上，倍增极受到电子轰击后发射出更多的电子，使得倍增不断地进行下去，最后被阳极收集形成电流脉冲。从阳极上得到的电子流与入射到光电倍增管光阴极上的闪烁光强度成正比，因而也与入射到闪烁体的γ光子的能量成正比。本实验中用到的光电倍增管的型号为北京核仪器厂生产的GDB20，灵敏区域的直径为20mm。3． 前置放大器前置放大器可以起初级放大和阻抗匹配的作用。本实验用的前置放大器已经内置于光电倍增管的基座上。4． 线性放大器从辐射探测器出来的原始信号幅度很小，不便于采集和分析。为了对原始脉冲信号的幅度进行放大和成形同时又不破坏原始信号的能量和时间信息，就需要用到线性放大器，它使输出信号幅度与输入信号度成线性正比关系。总的放大倍数由线性放大器的粗调乘以细调决定。放大器的增益是输出信号与输入信号幅度之比，放大器的增益稳定性是放大器在连续使用的时间内由于环境温度的变化,电源变化等因素导致放大器放大倍数的稳定程度。放大器的成形时间包括微分电路时间常数、积分电路时间常数，它们对后面的能谱测量也有重要的影响。通过调节这些常数，观察能谱分辨能力的变化，求出在特定条件下达到最佳能谱分辨的相关参数。5． 多道分析器核辐射探头输出的脉冲高度V与射线的能量E成正比，V经模数变换后将电压V变换为不同的地址（道数）x，并使该x地址存储器的计数n增加一个计数。道数x与射线能量E成正比。探测器的分辨本领越高，能量范围越大，要求的道数越高。同时，道数增加，为使每一道内数值够大，采集的时间越长。能量分辨率的定义：探测器的能量分辨率是指探测器对于能量很接近的辐射粒子加以区别的能力。能量分辨率取决于系统能量的辐射所产生的脉冲幅度分布的展宽程度。能量分辨率R的定义如下：其中，ΔV代表某全能峰的半高宽；V代表全能峰的峰位。R越小，分辨能力越强。利用探测器的输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比的规律，通过脉冲幅度与时间变换器，把不同幅度的脉冲信号记录在多道分析器不同的地址单元中，以测定入射粒子的能谱。影响闪烁体探测器能量分辨的主要因素有：闪烁体的包装、闪烁体与光电倍增管光阴极的耦合、电子学插件的性能、统计因素、本底噪声。下面就逐一介绍。能量分辨率的影响因素：1． 闪烁体的包装在闪烁体内产生的光子是向四周随机散射的，为了将其他方向的光子收集到光