摘要：受限于探测器灵敏度,现有手段在防护水平和环境水平γ射线参考辐射空气比释动能的中、下段范围,即0.1~100μGy/h剂量率,量值复现的不确定度较大,无法满足科研、环境监测等发展的需求。因此,为了解决上述问题,基于理论分析与蒙卡模拟优化,开展专用于低水平γ射线参考辐射测量的高气压型标准电离室的优化设计并形成KAS型样机。通过研制的KAS电离室标准与德国PTW公司生产的空腔型标准电离室的测量结果及不确定分析结果的比对表明,利用新研制的KAS测量标准在保证测量准确度的同时能够显著降低低水平空气比释动能量值复现的不确定度,使得0.5μGy/h~1 mGy/h的γ射线空气比释动能率的不确定度降低至1.3%(k=2)。

摘要：在X荧光能谱测量中,当两个事例发生间隔较短时,存在脉冲前沿或后沿堆积的情况。如果能谱仪的脉冲分辨能力不足,在事例发生间隔小于能谱仪脉冲分辨能力时,发生了偶然符合效应。当堆积发生在信号的上升沿时,后端电子学无法识别堆积脉冲,并将堆积脉冲当成1个脉冲,从而在测量能谱中会产生虚假能峰;当堆积出现在下降沿时,堆积信号间隔小于通道成形时间时,堆积信号会被丢弃,导致所测量谱线的有效计数减小,对精确放射性测量带来了不利影响。从提高能谱仪模拟电路信噪比、降低误触发、缩短快成形通道成形时间、提高能谱仪的脉冲分辨能力,从而减小符合效应等角度入手,研制了一种低偶然符合效应的快慢双成形通道的数字化能谱仪。该能谱仪设计了具有高脉冲分辨能力的快通道,采用对称零面积梯形成形算法,有效消除快通道时间变窄带来的不足,结合对梯形平顶的判断,实现对低频噪声抑制与降低误触发概率;同时设计高信噪比、低噪声的模拟电路以减小快通道对噪声误触发的概率,降低偶然符合概率。文中先利用仿真验证了提升快通道时间可以提升脉冲分辨能力,接着利用MOXTEK的X光管激发被测样品Cu获得特征X射线,由KETEK的高分辨率SDD探测器检测信号,通过调节X光管的管流得到计数率范围为13~103 kcps的X荧光能谱,从而得到偶然符合概率与计数率的关系,并且通过改变快通道成形时间分析其对偶然符合的影响。实验表明,更低的快通道成形时间拥有更高的脉冲分辨率能力,更低的偶然符合效应;在103 kcps计数率下,150 ns快通道成形时间条件下,Cu的Kα峰、Kβ及Kα+Kβ的偶然符合概率分别为1.568%,0.265%和0.403%;设计的对比实验结果表明:在相同快通道成形时间条件下,所研制的数字化能谱仪相比于Amptek的DP-5型号数字化能谱仪偶然符合概率低了60%。

摘要：半导体探测器具有优异的性能因而被广泛应用于能量色散X射线荧光测量,以传统型Si-PIN半导体探测器与复合型CdTe半导体探测器为研究对象,分别从材料属性、探测效率、能量分辨率等方面对两种探测器进行对比,重点分析探测器灵敏区厚度、入射X射线能量、后级电路成型时间等因素对其性能的影响,并对由逃逸峰、空穴拖尾效应所导致的X射线荧光能谱的差异进行分析;同时,针对探测器空穴收集不完全的问题,基于FPGA设计了带有上升时间甄别功能的数字多道脉冲幅度分析器,能够有效消除空穴拖尾的影响,提高能量分辨率。从实验结果可知:对能量低于15keV的射线,Si-PIN与CdTe探测器的探测效率基本相当;对能量大于15keV的射线,CdTe探测器的的探测效率明显占优;Si-PIN探测器的最佳成形时间约为10μs,CdTe探测器的最佳成形时间约为2.6μs,因而CdTe探测器更适用于高计数率条件;对于不同能量的X射线,Si-PIN探测器的能量分辨率优于CdTe探测器;CdTe探测器具有明显的空穴拖尾效应,将CdTe探测器与带上升时间甄别功能的数字多道脉冲幅度分析器配合使用,其能量分辨率显著提高。

摘要：根据端窗透射微型X射线管阳极靶的结构,建立了数理模型,讨论了电子束打靶的平均厚度与光管高压的关系,得到了X光管出射特征光谱强度的角度分布特征。同时利用Monte Carlo方法,对出射光谱在2π方向上的强度分布特征开展模拟研究。结果表明,微型X射线管阳极靶材平均厚度在2μm左右,在与入射电子束垂直方向几度的范围内获得的出射光谱其单色性较好。这些结论对于微型X射线管的结构设计和出射光谱单色化应用具有一定的理论指导意义。

摘要：高压直流电源是电离室等核辐射探测器的关键部件。针对需要3kV左右高压的电离室,本文研制了0~3kV连续可调的低噪声、高效率、小体积及高稳定性的高压直流电源。该高压直流电源系统采用线性与开关混合模式设计,兼顾了转换效率与低噪声。核心部分升压转换部分采用线性罗耶谐振电路与高频变压器实现,保证足够低的高压电源输出纹波。罗耶谐振电路的供电电源则由边沿时间控制型超低噪声开关稳压器LT1534提供,从而实现了混合模式高压直流电源的设计。高压直流电源输出部分采用二阶RC滤波电路进一步降低了输出电压的纹波。实测输出电压范围为0~3kV,静态功耗为0.4 W,3kV输出时纹波为16.55mV,由此可知该电源可用于低噪声的核辐射探测器供电场合。

摘要：为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号,本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究,设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路,主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能,本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明:高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R2均为0.998;前置放大电路输出噪声为5mV;增益调节及减法电路输出信号噪声为10mV;输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率,当偏置电压为-1 650V、相对增益G为0.7时对137Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳,可达3.65%,且无明显拖尾现象。

摘要：定向获取放射性待测体中放射性元素含量或放射性活度是地质勘查和放射性污染调查的一项重要工作。在定向γ辐射取样过程中,非待测体区域γ射线对测量结果形成极大干扰。本文基于同一放射性衰变系列中高、低能量γ射线在溴化铈闪烁探测器铅屏蔽层中线性衰减系数的差异,设计了一种溴化铈闪烁探测器双能定向γ辐射取样探头。当以214Bi放出的0.609 MeV、1.764 MeV γ射线为探测对象时,使用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)数值模拟得出双能定向γ辐射取样探头的最佳铅屏蔽层厚度为6 mm,定向比例系数为a=0.268、A=0.451。经4种干扰辐射体蒙特卡罗数值模拟和两个镭源物理实验验证表明,采用该定向比例系数得到的双能γ辐射探头铅屏蔽张角以内0.609 MeV的γ射线计数值与MC模拟值的平均相对误差为0.63%;经两个镭源物理实验验证表明,张角以内的0.609 MeVγ射线计数值与实测值的相对误差为±2.52%以内。在放射性混合标准模型和三个放射性模型上进行双能定向γ辐射取样结果表明,设计的新型双能定向γ辐射取样探头具有定向γ辐射取样功能,实测模型中铀含量与模型推荐值的相对误差均小于5%。

摘要：针对城市大气颗粒物监测、污染物溯源等工作现场实时分析的迫切需要,研制了基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪。以β射线在物质中的衰减规律和能量色散X射线荧光分析原理,通过仪器总体设计、结构设计、FPGA硬件电路设计和软件设计,实现了在线分析大气颗粒物浓度及其元素识别、含量计算等功能;通过制备纯元素颗粒沉积滤膜样品作为大气颗粒物标准样品,完成了分析仪的标定。该分析仪可在线、连续监测大气颗粒物(如TSP,PM10,PM2.5)的质量浓度及其所含的30种元素种类和含量。成都东郊的现场应用显示,分析仪对大气颗粒物的浓度测量值与成都环保局的监测值具有很好的一致性,对颗粒物中所含重金属元素(如As,Hg,Cd,Cr,Pb等)的监测较为灵敏。通过技术性能测试,表明分析仪具备检出限低、快速分析、使用方便等特点,能够满足城市大气监测过程中对颗粒物浓度和元素实时分析的迫切需求,具有较强的现场应用能力。

摘要：以137Cs放出能量为0.662MeV的γ光子在NaI(Tl)晶体中的响应函数为研究对象,探讨响应函数的计算方法。对能量沉积谱分段,计算出落在每一能量段内的概率,依此将实验测得的参数代入程序中对谱线进行拓展形成符合高斯分布的全能峰。用蒙特卡罗方法建立物理模型,利用设计的模拟软件模拟出整个光子的运动过程,同时显示出晶体探测到的γ光子响应函数。

摘要：为了得到场约束方式下,金属陶瓷封装端窗透射微型X光管发射电流的最大化和焦斑尺寸的最小化,对热阴极发射体的几何结构进行仿真计算,为设计实物模型提供技术方案。首先,从理论上推导了直热式阴极发射体、发射电流密度与几何结构的关系,其次讨论了有限积分算法在求解电场分布数值解过程中的离散化思路,最后利用CST粒子工作室软件,建立了几何模型,对阴极发射体的几何结构进行了优化。在灯丝距离控制极0.4mm、控制极开孔直径为0.6mm的位置,能够得到较小的焦斑和较高的电荷密度分布。试制的阴极发射体最大发射电流可达85μA。