[毕业论文] 大面积LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器性能研究 [复制链接]

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毕业论文-大面积LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器性能研究，共75页，24615字

中文摘要

大面积、高发光效率、性能稳定的闪烁晶体探测器在空间高能天文中具有重

要应用。用铈离子激活的溴化镧(LaBr3:Ce)晶体在光产额、能量分辨率和温度稳定

性上均优于传统 NaI 晶体。尤其值得关注的是，LaBr3:Ce 的发光衰减时间比 NaI(Tl)

快一个数量级，因此，在 X 射线快速光变研究和减少死时间等方面具有显著优势。

我们设计并委托加工了一块直径 106 mm 的大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体

探测器，对其能量响应、时间响应、能量响应均匀性、内部本底辐射等性能进行

了研究与测量。该探测器对 39.82 keV、59.54 keV、121.782 keV γ/X 射线的能量

分辨率分别为 14.2%、9.62%、6.77%，在 30 keV~130 keV 能量范围内能量响应的

线性偏差小于 1%，能量分辨率可以用η ~0.8

E 进行描述；探测器不同位置能量

响应的均匀性也可以做到很好。此外，探测器内部辐射产生的 37.44 keV 特征 X

射线是进行系统标定和稳谱的极佳选择。

大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体可以取代现有的 NaI(Tl)/CsI(Na)复合晶体在

下一代硬 X 和伽玛射线天文探测中获得更优越的表现。

关键词：LaBr3:Ce/NaI(Tl)；复合晶体探测器；X 射线天文学

ABSTRACT

Large area scintillation detector with high light yield and stable performance has

established itself as a very useful detection system in space high-energy astronomy.

Lanthanum bromide crystal doped with cerium (LaBr3:Ce), is superior to conventional

NaI(Tl) crystal in light yield, energy resolution and temperature stability. The decay

time of LaBr3:Ce crystal is ten times smaller than that of NaI(Tl), which is a significant

advantage in X-ray Variability Study and decreasing the dead time.

We have commissioned a large area LaBr3:Ce/NaI(Tl) phoswich with a 4 in.

diameter. In this paper, we measured the energy response, time response and the

uniformity of this phoswich. We also studied the self-activity in this detector. The

observed resolution was 14.2% at 39.82keV, 9.62% at 59.54keV and 6.77% at

121.88keV. The energy nonlinearity in energy region of 30-130keV is as low as 1%

and the observed energy resolution can be fitted to the form η~0.8E -1/2. The uniformity

of this phoswich is also satisfactory and the spectrum of self-activity is a good choice

for calibration and spectra-stabilization.

The LaBr3:Ce/NaI(Tl) phoswich may achieve superior performance in Hard X-ray

and Gamma-ray astronomy instead of the existing NaI(Tl)/CsI(Na) phoswich.

Keywords：LaBr3:Ce/NaI(Tl); Phoswich; X-ray astronomy

目录

第 1 章 引言 ...... 5

1.1 研究背景 ... 5

1.2 研究内容及目标 ... 6

第 2 章 复合晶体探测器 .......... 8

2.1 闪烁体 ....... 8

2.1.1 闪烁体的发光机制 ...... 8

2.1.2 闪烁体的物理特性 ...... 9

2.1.3 几种常见的无机闪烁体 ........ 11

2.2 闪烁探测器 ......... 14

2.2.1 基本组成及工作原理 14

2.2.2 闪烁探测器的基本性能参数 15

2.3 复合晶体探测器 . 17

2.3.1 基本组成及工作原理 17

2.3.2 脉冲形状甄别技术 .... 18

2.3.3 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器 ... 19

第 3 章 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器能量、时间响应特性研究....... 21

3.1 实验方案设计 ..... 21

3.2 实验装置 . 22

3.3 实验结果分析 ..... 22

3.3.1 241Am、152Eu 能谱 ...... 22

3.3.2 探测器的能量线性及能量分辨率 .... 24

3.3.3 时间谱 31

第 4 章 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器的能量响应均匀性研究........... 34

4.1 实验方案设计 ..... 34

4.2 实验设备与装置 . 35

4.2.1 铅准直器 ........ 35

4.2.2 电控位移台与电控旋转台 .... 35

4.3 能量响应均匀性实验平台 ......... 36

4.4 实验结果分析 ..... 37

4.4.1 参考点的峰位道址及能量分辨率的变化 .... 37

4.4.2 探测器不同位置的峰位道址及能量分辨率的变化 39

第 5 章 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器内部辐射的测定与分析........... 42

5.1 内部辐射产生原因 ......... 42

5.2 低能内部辐射的测定与分析 ..... 43

第 6 章 结论与展望 .... 46

6.1 实验总结与讨论 . 46

6.2 未来展望 . 47

插图索引 .......... 48

表格索引 .......... 50

参考文献 .......... 51

致谢 .......... 52

声明 .......... 53

附录 A 外文资料的书面翻译 . 54

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