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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(xiàn)能譜測量技術(shù)與產(chǎn)品，不僅是核結構、分子物理、原子碰撞等核物理與核反應研究的重要工具，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(huì )領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用。
   四十多年來(lái)，ORTEC 探測器種類(lèi)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的簡(jiǎn)要意義
 
   放射性核素產(chǎn)生的γ光子和X射線(xiàn)，其能量***般在keV至MeV范圍。由于其不帶電荷，通過(guò)物質(zhì)時(shí)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(xiàn)的探測主要依賴(lài)于其通過(guò)物質(zhì)時(shí)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(gè)電子。這種相互作用表現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(lèi)型的相互作用：光電效應、康普頓效應或電子對效應，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(xiàn)的能量。三種效應中，光電效應中γ光子把全部能量傳遞給光電子而產(chǎn)生全能峰，是譜儀系統中用于定性定量分析的主要信號；而康普頓效應和電子對效應則會(huì )產(chǎn)生干擾，應盡可能予以抑制。
   在譜儀中，探測器（包括晶體、高壓和前置放大器）實(shí)際上是***個(gè)光電轉換器，將光子的能量轉變成幅度與其成正比的電脈沖。然后通過(guò)譜儀放大器將該脈沖成形并線(xiàn)性放大，再送入模數變換器即ADC中將輸入信號根據其脈沖幅度轉變成***組數字信號，并將該數字信號送入多道計算機數據獲取系統，由相關(guān)軟件形成譜圖并進(jìn)行分析。

以下簡(jiǎn)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(shí)際效率
   相對探測效率（即標稱(chēng)效率）的定義：按ANSI/IEEE Std. 325-1996定義，Co-60點(diǎn)源置于探測器端面正上方25cm處，對1.33MeV能量峰，半導體探測器與3"×3" NaI探測器計數率的比值，以%表示。絕*對效率：Co-60點(diǎn)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(shí)際探測效率（3"×3"NaI探測器，此絕*對效率為0.12%）。實(shí)際探測效率：取決于感興趣核素所在能量峰、探測器的晶體結構、實(shí)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(guò)提高實(shí)際探測效率以提高測量靈敏度是選擇探測器的出發(fā)點(diǎn)。
   2、 能量分辨率（FWHM）：探測器或系統對不同能量γ和X射線(xiàn)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(diǎn)源置于探測器端面正上方25cm處，在計數率為1kcps時(shí)的全能半高寬。由于高純鍺探測器的分辨率本身已經(jīng)相當精銳，除了在中子活*化、超鈾元素分析等少數應用中，能量分辨率已不是***要考慮的因素。更加實(shí)際的分辨率問(wèn)題是在高計數率和計數率動(dòng)態(tài)變化（如中子活*化、裂變產(chǎn)物、在線(xiàn)監測、現場(chǎng)測量）情況下，如何保證分辨率盡可能的穩定。
   3、 康普頓效應與峰康比
   γ光子與探測器中的半導體原子的電子相互作用時(shí)，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?？灯疹D效應的結果會(huì )導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(méi)此能量峰。
   峰康比：對1.33MeV能量峰，指其全能峰的中*心道計數與1.040MeV至1.096MeV區間內康普頓坪的平均道計數之比。
  4、  峰形
   表征全能峰對稱(chēng)性之指標，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(shí)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。
1、ORTEC HPGe與Si（Li）探測器的分類(lèi)與特點(diǎn)：
       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構和尺寸，從而保證了相當***致的效率曲線(xiàn)；            

• GEM-M系列：專(zhuān)門(mén)設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：采用扁平結構晶體（直徑>長(cháng)度），對于濾紙、濾膜等薄層樣品的測量能獲得*理想的實(shí)際探測效率；

• GEM-FX系列：有著(zhù)-F系列類(lèi)似的晶體結構，但采用超薄的接觸極和碳纖維端窗，能量響應范圍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：結合-M與-FX工藝，能量響應范圍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(gè)10keV至10MeV（“寬能”）的能量范圍內都有十*分優(yōu)異的能量分辨率，從指標與實(shí)用意義上實(shí)現了傳統P型與N型探測器的“優(yōu)勢組合”。