GB T 5201-2012 带电粒子半导体探测器测量方法.pdf
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1、ICS 27.120 F 88 量昌中华人民ft ./、不日国国家标准GB/T 5201一2012代替GB/T5201-1994 带电粒子半导体探测器测量方法Test procedures for semiconductor charged particle detectors (lEC 60333: 1993 Nuclear instrumentation-Semiconductor charged particle detectors-Test procedures , NEQ) 2012-06-29发布.t()T,.!t 如。p060.1;1J功苗.革数码防伪中华人民共和国国家质量监督检
2、验检疫总局中国国家标准化管理委员会2012-11-01实施发布GB/T 5201-2012 目。吕本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准代替GB/T5201-1994(带电粒子半导体探测器测试方法),本标准与GB/T5201一1994(以下简称原标准)相比,主要技术变化如下:一增加了前言;一-增加了第2章规范性引用文件,其他章的编号依次后推;一将原标准术语、符号改为第3章术语和定义,并完全引用GB/T4960. 6一2008,不再另行编写;一一删除了原标准2.2符号部分,在文中用到符号的地方予以说明;一一增加了4.1测试的参考条件或标准试验条件代替原标准3.1;-一一将原标准
3、3.3和3.4合并为4.3;删除了原标准3.7;一一5.1电压-电流特性CV-I特性)增加了反向V-I特性测试;一一将原标准4.3噪声测量前的悬置段改为5.3.1测量方法和测量系统,其他节编号依次后推;将原标准4.3.6探测器噪声随放大器时间常数的变化增加新内容后,改为5.3.7;5.4.2电荷收集时间增加了对快飞慢探测器的区分标准;第7章环境试验完全引用GB/T102632006,不再另行编写。本标准使用重新起草法参考IEC60333 :1993(核仪器半导体带电粒子探测器试验程序编制,与IEC60333: 1993的一致性程度为非等效。本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会CSAC/TC3
4、0)提出并归口。本标准起草单位:中核(北京)核仪器厂。本标准起草人:李志勇、王军。I GB/T 5201-2012 带电粒子半导体探测器测量方法1 范围本标准规定了带电粒子半导体探测器的电特性和核辐射性能的测量方法以及某些特殊环境的试验方法。本标准造用于带电粒子部分耗尽层的半导体探测器。全耗尽型半导体探测器的测量可参照本标准执行。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 4960. 6-2008核科学技术术语第6部分:核仪器仪表GB/T 10263一20
5、06核辐射探测器环境条件与试验方法GB/T 13178 2008 金硅面垒型探测器3 术语和定义GB/T 4960.6-2008界定的术语和定义适用于本文件。4 一般要求4. 1 测量应在参考条件或标准试验条件(见表1)下进行。表1参考条件或标准试验条件项目参考条件环境温度20 c 相对湿度65% 大气压强101. 3 kPa 交流供电电压U N 交流供电频率50 Hzb 交流供电波形正弦波直流供电电压额定值环境Y辐射(空气吸收剂量率)0.1Gy/h 外磁场干扰可忽略外界磁感应可忽峪放射性污染可忽略标准试验条件18 C22 c 50%75% 86 kPa106 kPa (1土1.O% )UN
6、(1土1%)X50Hz波形总畸变5% 土1%0.25Gy/h 小于引起干扰的最低值小于地磁场引起干扰的2倍可忽略a单相电源220V或三相电源380V.当用电池供电时,其电压的变化为额定值的土1%,不考虑纹波。b交流供电频率,特殊情况按产品标准规定处理。1 GB/T 5201-2012 4.2 探测器的各种性能测量均应处于完全黑暗的条件下进行。4. 3 测量时,不得超过探测器允许的工作偏压、最大粒子注量率等限定条件;所用仪器的技术指标不应对探测器参数的测量结果有明显的影响。4.4 测得的性能参数的复现性应在测量的不确定度范围内。4.5 探测器漏电流在偏置电阻上引起的电压降应小于所加探测器偏压的1
7、5%。4.6 对在低真空下工作的探测器可在O.1 Pa5 Pa下测量有关性能。对在高真空下工作的探测器应在低于0.0001 Pa压强下测量有关性能。5 电特性5. 1 电压-电流特性(V-I特性测量反向V-I特性时,应按图l连接好线路。对应每一反向偏压值,分别记录其所对应的反向电流值。同时应记录测量时的环境温度。R 国1反向电压、电流测量框圄测量正向V-I特性时,应按图2连接好线路。用固定某一正向电流(如5mA)时的正向电压降表示。R 图2正向电压、电流测量框固5.2 电窑-电压特性电容-电压特性测量框图见图3。电桥工作频率应在103Hz 105 Hz之间。电桥加到探测器上的交流信号的峰-峰值
8、应小于探测器偏压的1/100隔直流电容Co(单位为pF)的数值至少应比被测探测器的最大结电容大10倍,耐压应比被测探测器所加最大偏压高1倍。电感L也可用一高阻R代替,选取阻值时应保证电阻上的压降与探测器偏压相比可以忽略,并使电源的输出电容不影响测量结果。,、 GB/T 5201-2012 固3电容-电压测量图具体测量步骤如下:1) 测量某一偏压下未接探测器时系统的电容Cj;2) 接好探测器,再测量该偏压下探测器电容与系统的电容之和C2,该偏压下探测器的电容CD由式。)计算:CD =C2 - Cj . ( 1 ) 式中:CD一一探测器电容,单位为皮法(pF)。3) 改变偏压,重复上述测量,得到探
9、测器电容随偏压的变化特性。5.3 噪声测量5.3. 1 测量方法和测量系统利用脉冲高度法进行探测器噪声的测量。测量时测量系统按图4连接。如果所用的多道脉冲幅度分析器属于数字型,则可直接与电荷灵敏放大器相连,元需使用放大器。R 负载电阻,单位为欧姆(0);C, 检验电容,单位为皮法(pF);Z一一匹配阻抗,单位为欧姆(0)。图4噪声测量框图多道脉冲幅度分析器3 GB/T 5201-2012 5.3.2 测量要求5.3.2. 1 放大器应具有准高斯成形功能,成形时间可调。成形后的脉冲形状如图5所示。它由成形器的性能和时间常数确定。图5中给出了确定形状的参数t1/2,tp和t,应在t川为l阳的条件下
10、测量噪声。相对幅度顶中心线100%1-一-一一-一一-一-50% j-说明:tp 脉冲达峰时间,单位为微秒(s); t,二脉冲尾时间,单位为微秒(s); I F t1/2一一脉冲波形中幅度为峰值幅度一半处两点之间的时间间隔,单位为微秒(s)。图5准高斯脉冲形状时间5.3.2.2 精密脉冲幅度产生器输出的脉冲信号应是上升时间不大于放大器成形时间常数5%的指数衰减信号。脉冲信号的衰减时间应保证在等于放大器成形时间常数的时间间隔内,脉冲幅度下降小于2%。产生器的积分非线性应小于0.1%。5.3.2.3 检验藕合电容c一般小于10pF。5.3.2.4 测量系统增益及信号幅度应工作在线性范围内,并使其在
11、多道脉冲幅度分析器上测得的谱峰半高宽大于12道。5.3.3 输入信号校准探测器加正常工作偏压,用已知能量的带电粒子放射源照射探测器(如果使用源,需要在真空条件下进行),在多道脉冲幅度分析器上得到一个对应谱。移开放射源,打开精密幅度脉冲产生器,调节产生器的输出,使其在多道幅度分析器上的峰位与放射源的峰位重合。5.3.4 放大器噪声及其随外接电窑变化的测量A 金测量放大器噪声时,取下探测器,在前置放大器输入端用屏蔽帽封闭,在多道幅度分析器中分别记GB/T 5201-2012 录对应于产生器信号为El和Ez的谱线。将产生器信号调为El当谱的峰位道计数大于4000时,取谱线上计数大于峰值计数一半的各点
12、,谱线峰位道ml用加权平均法由式(2)计算:式中:EJmz Nz ml-N; ml-一一能量El所对应的峰位道数,单位为道(channel); m; -第i道的峰位道数,单位为道(channel); N;-第t道的计数,单位为个(count)。用内插法确定以半高宽表示的放大器噪声t:.mAo ( 2 ) 如果应用计算机曲线拟合法,只要保证半高宽(FWHM)偏差在士5%以内(90%置信度),可使用较低的计数。将产生器信号改为Ez,用上述方法确定谱线峰位mz0 外接电容为零时放大器噪声t:.EA由式(3)计算zt:.EA = (Ez -E1 A=I一一一一一lt:.mA飞1Z- mll 式中:t:
13、.EA一一以半高宽表示的放大器噪声,单位为千电子伏(keV); m 能量El所对应的峰位道数,单位为道(channel); mz 能量Ez所对应的峰位道数,单位为道(channel); t:.mA 以半高宽表示的放大器噪声,单位为道(channel)。上述测量中所选El与Ez之差应大于谱线FWHM值的3倍。( 3 ) 在前置放大器的输入端接不同容量的电容,重复上述测量,获取放大器噪声随外接电容的变化曲线,从而可得到前置放大器噪声随电容变化的斜率。5.3.5 探测器噪声测量时,探测器加预定偏压,测得能量为El和Ez的产生器信号所对应的谱线,如图6所示。同样,在峰位道计数大于4000时记录峰位ml
14、、m和半高宽t:.mT则探测器与放大器系统总噪声t:.ET由式(4)计算:t:.ET = (Ez -E1 T=I一一一一一lt:.mT飞mz一-mll式中zt:.ET一一以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为千电子伏(keV); m 一一能量El所对应的峰位道数,单位为道(channel); mz 一一能量Ez所对应的峰位道数,单位为道(channel); t:.mT-一一以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为道(channel)。若脉冲谱线呈高斯或准高斯形状,可用下述方法求得探测器噪声。( 4 ) 首先从5.2中测得的电容-电压曲线查得在预定偏压下探测器的电容,再由5.3.4中测
15、得的放大器噪声随外接电容变化曲线,查出对应此电容时放大器的噪声。此噪声值代表除探测器以外的电噪声t:.mEo探测器噪声可用式(5)、(6)计算:5 GB/T 5201-2012 式中:b.mn =Vb.m飞-b.mb.En = V b.E -b.E b.mn一-以半高宽表示的探测器噪声,单位为道CchanneD;b.mT二-以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为道CchanneD;b.mE一-以半高宽表示的除探测器噪声以外的电噪声,单位为道CchanneD;b.En -一一以半高宽表示的探测器噪声,单位为千电子伏CkeV); b.ET二一以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为千电子
16、伏CkeV); b.EE 以半高宽表示的除探测器噪声以外的电噪声,单位为千电子伏CkeV)。为使结果有效,b.ET与b.EECb.mT与b.mE)至少应相差20%。计数/道El m 1 5.3.6 探测器噪声随偏压的变化EZ m2 圈6噪声测量的典型脉冲幅度谱. C 5 ) C 6 ) 道数测量时,改变探测器的工作偏压,重复5.3.5的测量步骤,可得到不同偏压下探测器的噪声。需要时可绘出b.En随偏压变化的曲线。5.3.7 探测器噪声随般大器时间常数的变化利用图4的测量系统,测量探测器噪声随放大器成形时间的变化。为此要求放大器的成形时间应能在较宽范围内变化。由于成形时间不同,放大器噪声也不同,
17、并且噪声随外接电容变化情况也不同。因此,改变成形时间时,应从噪声中扣除相应的放大器噪声。测量时,在预定的探测器工作偏压下,改变放大器的成形时间,重复5.3.4和5.3.5的测量步骤,可得到预定偏压下,探测器的噪声随放大器成形时间的变化曲线。如需不同偏压下探测器噪声随放大器成形时间的变化,只需改变探测器工作偏压,重复上述步骤即可。F GB/T 5201-2012 5.4 时间性能5.4. 1 探测器电上升时间探测器的电上升时间接图7的测量系统进行测量。快前置放大器输入端接不同容量的电容,输入其幅度小于偏压1/10的阶跃电压。由示波器观察得到快前置放大器上升时间随外接电容的变化曲线。按图7接好探测
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- GB 5201 2012 带电 粒子 半导体 探测器 测量方法
