高純鍺探測(cè)器簡(jiǎn)介.doc

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1、半導(dǎo)體（高純鍺和Si（Li））探測(cè)器擁有精銳的能量分辨率，由其組成的γ和X射線能譜測(cè)量技術(shù)與產(chǎn)品，不僅是核結(jié)構(gòu)、分子物理、原子碰撞等核物理與核反應(yīng)研究的重要工具，而且在核電、環(huán)境、檢驗(yàn)檢疫、生物醫(yī)學(xué)、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)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。四十多年來，ORTEC探測(cè)器種類不斷豐富、性能不斷提高，在探測(cè)效率上，能提供相對(duì)效率200%的P型同軸探測(cè)器、175%效率的P型優(yōu)化（“寬能”）同軸探測(cè)器和100%效率的N型探測(cè)器。一、探測(cè)器機(jī)理與各指標(biāo)的簡(jiǎn)要意義放射性核素產(chǎn)生的γ光子和X射線，其能量一般在keV至MeV范圍。

2、由于其不帶電荷，通過物質(zhì)時(shí)不能直接使物質(zhì)產(chǎn)生電離，不能直接被探測(cè)到，因此γ和X射線的探測(cè)主要依賴于其通過物質(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)中的一個(gè)電子。這種相互作用表現(xiàn)出光子的突變性和多樣性，在吸收物質(zhì)中主要產(chǎn)生三種不同類型的相互作用：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)或電子對(duì)效應(yīng)，而產(chǎn)生的次級(jí)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射線的能量。三種效應(yīng)中，光電效應(yīng)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(tǒng)中用于定性定量分析的主要信號(hào)；而康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)則會(huì)產(chǎn)生干擾，應(yīng)盡可能予以抑制。在譜儀中，探測(cè)

3、器（包括晶體、高壓和前置放大器）實(shí)際上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，將光子的能量轉(zhuǎn)變成幅度與其成正比的電脈沖。然后通過譜儀放大器將該脈沖成形并線性放大，再送入模數(shù)變換器即ADC中將輸入信號(hào)根據(jù)其脈沖幅度轉(zhuǎn)變成一組數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)送入多道計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，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(duì)效率、絕對(duì)效率與實(shí)際效率相對(duì)探測(cè)效率（即標(biāo)稱效率）的定義：按ANSI/IEEEStd.325-1996定義，Co-60點(diǎn)源置于探測(cè)器端面正上方25cm處，對(duì)1.33MeV能量峰，半導(dǎo)體探測(cè)器與3"×3"NaI探測(cè)器計(jì)數(shù)率的比值，以%表示。絕對(duì)效率：

4、Co-60點(diǎn)源置于探測(cè)器端面正上方25cm處，1.33MeV能量峰處所產(chǎn)生的實(shí)際探測(cè)效率（3"×3"NaI探測(cè)器，此絕對(duì)效率為0.12%）。實(shí)際探測(cè)效率：取決于感興趣核素所在能量峰、探測(cè)器的晶體結(jié)構(gòu)、實(shí)際樣品的形狀、體積及探測(cè)器與樣品間的相對(duì)位置關(guān)系等因素。針對(duì)低活度樣品的測(cè)量，通過提高實(shí)際探測(cè)效率以提高測(cè)量靈敏度是選擇探測(cè)器的出發(fā)點(diǎn)。2、能量分辨率（FWHM）：探測(cè)器或系統(tǒng)對(duì)不同能量γ和X射線在探測(cè)中的分辨能力，通常以半高寬（FWHM，全能峰高度一半處所對(duì)應(yīng)的能量寬度）表示。比如對(duì)于1.33MeV能量峰，按ANSI/IEEEStd.325-1996定義，Co-60

5、點(diǎn)源置于探測(cè)器端面正上方25cm處，在計(jì)數(shù)率為1kcps時(shí)的全能半高寬。由于高純鍺探測(cè)器的分辨率本身已經(jīng)相當(dāng)精銳，除了在中子活化、超鈾元素分析等少數(shù)應(yīng)用中，能量分辨率已不是首要考慮的因素。更加實(shí)際的分辨率問題是在高計(jì)數(shù)率和計(jì)數(shù)率動(dòng)態(tài)變化（如中子活化、裂變產(chǎn)物、在線監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量）情況下，如何保證分辨率盡可能的穩(wěn)定。3、康普頓效應(yīng)與峰康比γ光子與探測(cè)器中的半導(dǎo)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光子以一定的角度散射出去，成為康普頓散射?？灯疹D效應(yīng)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)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此能量峰。峰康比：對(duì)1.

6、33MeV能量峰，指其全能峰的中心道計(jì)數(shù)與1.040MeV至1.096MeV區(qū)間內(nèi)康普頓坪的平均道計(jì)數(shù)之比。4、峰形表征全能峰對(duì)稱性之指標(biāo)，通常以FTWH（十分之一全高寬）與FWHM（半高寬）之比表示。為嚴(yán)格定義峰形，ORTEC對(duì)部分探測(cè)器同時(shí)提供F.02WH（五十分之一全高寬）與FWHM（半高寬）之比。二、ORTEC所有同軸探測(cè)器全面嚴(yán)格保證能量分辨率、峰康比和峰形指標(biāo)。1、ORTECHPGe與Si（Li）探測(cè)器的分類與特點(diǎn)：GEM系列:P型同軸HPGe探測(cè)器GEMProfile系列:P型優(yōu)化同軸HPGe探測(cè)器同一型號(hào)的探測(cè)器采用相同的晶體結(jié)構(gòu)和尺寸，從而保證了相

7、當(dāng)一致的效率曲線；GEM-M系列：專門設(shè)計(jì)適用于馬林杯狀樣品的測(cè)量，探測(cè)器端窗直徑與晶體有效厚度一致；GEM-F系列：采用扁平結(jié)構(gòu)晶體（直徑>長(zhǎng)度），對(duì)于濾紙、濾膜等薄層樣品的測(cè)量能獲得最理想的實(shí)際探測(cè)效率；GEM-FX系列：有著-F系列類似的晶體結(jié)構(gòu)，但采用超薄的接觸極和碳纖維端窗，能量響應(yīng)范圍10keV至10MeV；還可作為超鈾元素測(cè)量的理想選擇；提供15%，20%和50%三種探測(cè)效率選擇；GEM-MX系列：結(jié)合-M與-FX工藝，能量響應(yīng)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GE