GB T 7167-1996 锗γ射线探测器测试方法.pdf
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1、、ICS 17.240 F 80 GB/T 7167 1996 器-Test procedures for germanium gamma-ray detectors 1996-11-06发布1997-08-01实施国技术监督发布GB/T 7167 1996 目次1 主题内容与适用范围. 1 2 术语和符号., . . 1 3 错探测器分类. . . . 3 4 测试的一般要求. . . 3 5 能谱性能测量. . . . . . . . 3 6 探测效率. . . . . . . ., 7 7 定时性能. . . 11 8 入射窗厚度测量. 13 9 错探测器的温度循环能力. 14 一一一一
2、一一一一一一一一一一一一一一准中华人民共和7167一1996GB/T 代替GB7167-87 试方法器射线Y Test procedures for germanium gamma-ray detectors 本标准等效采用IEC9730989年版)。主题内容与适用范围本标准规定了错射线探测器分类、性能测试方法和温度循环能力等。本标准适用于高纯绪和错(铿)射线探测器的性能测试,也适用于高纯错低能光子探测器的主要性能测试。术语和符号2 、L中2.1 术语2. 1. 1 高纯铐high-purity germanium 在室温下,它的电活性杂质是稳定的,杂质含量小于3X 1010 Icm由其单晶制
3、成的探测器在适当的偏压下可达到全能尽(或全灵敏)。2. 1. 2 平面型半导体探测器planar semiconductor detector 其灵敏体积为平板型的半导体探测器。2. 1. 3 同轴型半导体探测器coaxial semiconductor detector 其灵敏体积与中心轴同心的半导体探测器。中心电极的一端是封闭电极的两端都是开放的称为双开端同轴探测器。2. ,. 4 普通电极错同轴探测器conventional-electrode germanium coaxial detector 用P型高纯错为材料,外电极为N十接触,内电极为F接触,正偏压加在外电极上的同轴半导体探测器
4、。2. 1. 5 反电极错同轴探测器reverse-electrode germanium coaxial detector 用N型高纯错为材料,外电极为p+接触,内电极为N接触,正偏压加在内电极上的同轴半导体探测器。2. 1. 6 井型同轴探测器well-type coaxial detector 在探测器灵敏体积中有个与电极同轴的井形中心孔,待测样品放入井内,测量的立体角近似于收。2. 1. 7 (半导体探测器的)偏压bias (of a semiconductor detector) 半导体探测器两电极间所施加的反向工作电压。此电压在探测器灵敏体内形成一定的电场强度,使射线所产生的电荷被
5、收集到两电极处形成电信号。2. ,. 8 (半导体探测器的耗尽区depletion region(of a semiconductor detector) 半导体探测器灵敏体积中的一个层,粒子在该层内损失的能量的绝大部分都贡献给了形成的信号。2.1.9 (半导体探测器的)电荷收集时间charge collection time (of a semiconductor detector) 电离粒子通过半导体探测器后,由电荷收集而形成积分电流所需要的时间间隔。通常以从其最终值的10%上升到U90%所需的时间来表示。1997-08-01实施国家技术监督局1996-11-06批准1 一一一一.-._.
6、- GB/T 7167-1996 2.1.10 能量分辨率energy resolution 对于某一给定的能量,探测器能分辨的两个粒子能量之间最小差值的量度。以能量单位表示。2. 1. 11 半高宽(FWHM)full width at half maximum 在单峰构成的分布曲线上,峰值一半处,曲线上两点横坐标间的距离。注2如果曲线包含几个峰,则每个峰都有一个半高宽。2.1.12 十分之一高度(FWTM)full width at 0.1 maximum 单能峰峰值十分之一处全宽度。2. 1. 13 恒比定时I别器constant-fraction discrimnator 一种脉冲瓢别
7、器。当它的输出信号被延迟并倒相后与没有延迟的、按恒定比例衰减的输入信号叠加后为零时给出一输出信号。叠加后为零的瞬间是不随输入信号幅度变化的。适当地选取恒比和延迟时间,可把定时幌动减到最小。2.1.14 峰康比peak to compton ratio 单能谱全能峰的峰道计数与康普顿连续谱平坦部分的平均每道计数之比。2. 1. 15 探测效率detectonefficiency 在一定的探测条件下,探测器测得的粒子数与在同一2.1.16 定时时间分辨率timingresolution 定时时间谱峰的半高宽,以时间单位表示。2. 1. 17 凹杯(marinellibeaker) Reentran
8、t beaker 内辐射源发射的该种粒子数之比值。倒井形的杯子称为凹杯,也称为marinelli杯。在杯内装有放射性样品,并覆盖在探测器的端帽上,探测器基本上被样品所包围。2. 1. 18 凹杯标准源(RBSS)Reentrant Beaker Standard Source 盛有已检定过或已校定过的放射性核素及其载体的凹杯称为凹杯标准源。2.2 符号2 A一一峰面积PAb-峰本底面积多ANaHTD一-;76mmX76 mm 典化纳(铠)闪烁体全吸收峰面积9A.一一峰总面积pB(x)一-x道本底计数;C,-检验电容sCo-稿直流电容;E,、E,-两个已知射线的能量(keV); E. 全能峰绝对
9、探测效率(25cm处); Erel 相对于;76mm X 76 mll殃化销(铠的探测效率1!;Eo-除电噪声外,探测器贡献的半高宽,以能量单位表示;!;E, 单能谱峰半高宽,以能量单位表示$MT一一检验脉冲谱峰的半高宽,以能量单位表示;t;j-经恒比定时班别器衰减后的信号与衰减前信号的幅度比,简称恒比gN,一一康谱顿连续谱平坦部分计数的平均值gN,-在计数活时间内,放射源发射的单能光子总数s!;N. 单能谱峰半高宽,以道为单位表示,N(x)一-x道的计数;N(:)一一峰道计数(可为插入值); (一一一一一一一二二7167-1996 GB/T td 恒比定时或别器中延迟电路的延迟时间(ns),
10、1、马一一与能量E,、E,相对应的峰位,以道数表示;To.s一一放大器输出脉冲半高宽(s); r一一放大器脉冲成形时间常数(s)。3 铝端帽lIll-llil-一薄窗错探测器包括错(铿)探测器及高纯错探测器。常用错探测器按含杂质类型及几何形状可分为以下五种类型。其结构如图1所示。一一r-一一一广I 一一一气iHi (a) (d) (c) (b) 厚窗(e) (a)平面型,(b)普通电极同轴型,(c)反电极同轴型e(dJ错(铿)同铀型;(e)井形同轴型图1错探测器几种典型形状和结构3- 1 平面型探测器如图l(a)所示。它可做成薄窗、高分辨率。主要用于低能射线和X射线,也称为低能光子探测器。3-
11、 2 普通电极同轴探测器其结构如图l(b)所示。它可做成大体积、高能量分辨率的探测器。3.3 反电极同轴探测器其结构如图1(c)所示。它有较强的耐中子损伤能力,并可做成薄窗。3.4 错(铿)同轴探测器其结构如图l(d)所示。其中心核是错死区。3.5 井型同轴探测器其结构如图1(.)所示。放射性样品被探测器灵敏体积所包围,因此有较高的探测效率。测试的一般要求4 下面要求对本标准的全部测量都适用。4. 1 探测器的工作偏压、冷却时间、环境温度及其他工作条件均不得超过厂家规定的范围。4.2 探测器测试系统中的高压电源、放大器、多道分析器及其他相关仪器的不稳定性、非线性及其他性能缺陷都不得明显地影响探
12、测器的性能测试。4.3 一些重要参数,例如计数率、放大器输出脉冲半高宽TO5(或放大器脉冲成形时间常数。等,应按厂家要求执行。4.4 任一测量结果应在给定的测试精度内能重复。能谱性能测量5 5. 1 基本要求谱峰的半高宽至少为6道;半高宽内总计数至少为50X10 , 全谱的积分计数率为2X 10s- 3 X 10s -, (低能光子探测器除外), 所用的标准源应放在探测器端帽中心辅、距端帽25.0cm处(井型同轴探测器除外)。a. 3 b. c. d. -一-牛咱-7167-1996 GB/T 推荐的能谱性能测试标准源5.2 推荐的放射源推荐的放射性标准源如表1所示。表1放射性核素半衰期能量,
13、keV55Fe 2.7. 5. 9 241Am 433. 26.36 ,59.5 l09Cd 453d 22.1 ,87.8 51CO 270d 122. 1,136. 5 l31Cs 30. 661.6 22Na 2.60. 1 274. 5 60Co 5.24. 1173.2,1332.5 208Tl 1. 91. 2614.5(Thl 在测量能量分辨率时,要用两个单能线刻度系统,以keV/道表示。如无特殊规定,用C。源的1332.5 keV射线单能峰的半高宽表示能量分辨率;用此源的1173.2keV和1332.5 keV的射线刻度系统。5.3 测试系统将探测器、前置放大器、主放大器、多道
14、幅度分析器按图2所示方法连接。选择适当的放大器输出脉冲半高宽T,.5(或脉冲成形时间常数。通过观察示波器调放大器的极/零补偿,以使放大器输出脉冲没有下击,也没有上冲。脉冲产生器的脉冲上升时间不得大于放大器的微分时间常数的20%,在与放大器微分时间相等的时间内,产生器脉冲幅度下降不得超过2%。脉冲成形方法及脉冲半高宽应当说明。高压电源错探测器错探测器高压电源敢射摞A口搁班交llloJIC t/直流ir1 检验脉冲产生器前置放大器电荷灵敏)C 成形放大器基线恢复多道幅度分析器铐Y射线探测器测试系统方块图图25.4 峰面积和谱本底以计数N(x)作为道数z的函数,画出半对数能谱曲线。将峰下面近似本底分
15、布的直线拟合到该峰每一侧脉冲幅度分布曲线的基部,如图3中的直线a-d和e-h线。通过峰的数据点画一条光滑曲线,如4 GB/T 7167-1996 图3中的曲线E-F和G-H,将二曲线延伸并与本底相切。两切点连成的直线,如图3中的E-H,直线下面的面积为峰下本底。峰总面积A,为2峰本底面积Ab为:峰面积A为g5.5 峰位额lO1工10 02 6吧。图3900 H A , = 2:; N(x) X=E H Ab = 2:;B X=E A=A宦-Ab 1173. 2 A 940 D e 60Co射线谱峰面积和本底1332. 5 d F 980 G h 1000 道数. ( 1 ) . ( 2 ) .
16、 ( 3 ) 以扣除本底后的汁数N(x)-B(x)作为z的函数,画出半对数能谱曲线如图4所示。确定以道址表示的单能峰峰位时,采用在峰的对称部分(半高宽以上)对N(x)-B(x)值的加权平均方法。其峰位z为:i: = 1:xN(x) - B(x)/1:N(x) - B(x) .(4) 5 性旦旦旦旦-一一一一一生一7167-1996 G/T 毒面10 ._ 4 60Co x=2180.7 .r. , |-rFWHMJO -H 12. 3. FWTM L .13. 6 HILo. 904 J02 . . . _. - . . . 10 8 8 -1 2 2198 道数2178 2158 图46OC
17、O 1 332.5 keV全能峰峰位及峰的不对称性5.6 峰的半高宽及十分之一高度以扣除本底后的计数N(x)-B(x)作为道数z的函数,在线性坐标上画出能谱曲线,用内插方法确定峰的半高宽及十分之一高宽。用FWTM/FWHM来表示峰形质量,其最小比值为高斯分布之比值(1.82)。5. 7 能量分辨率5. 7. 1 普通型探测器能量分辨率按5.6确定以道数表示的半高宽.No设对应于60Co源1173.2 keV(E,)和1332.5 keV(E2)峰的峰位道址分别为1和句,则能量分辨率M,为gAE Ez-E1 2一一一一 .N Xz - X1 . ( 5 ) 5.7.2 井型同轴探测器能量分辨率由
18、于井型同轴探测器结构特殊,测量能量分辨率时,应把标准的点放射源放在孔内中心轴上、距底部1.0 cm处,其他同5.7. 1。5.7.3 低能光子探测器能量分辨率能量分辨率测量所用的放射源为55Fe(实际上是Mn的K.线)和57Coo所用的单能线为5.9keV (E,)和122.1 ke V (E2)。此两单能峰的半高宽为能量分辨率,以eV为单位。能量分辨率测量中,系统积分计数率为1X 103s-l,其他同5.7. 1。5.8 总噪声线宽度和探测器对能量分辨率的贡献6 GB/T 7167-1996 在同一能谱测量中,获取射线谱及检验脉冲谱。分别确定单能谱峰及检验脉神峰的半高宽分别为E,和EToET
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