四十多年来,ORTEC 探测器种类不断丰富、性能不断提高,在探测效率上,能提供相对效率200%的P型同轴探测器、175%效率的P型优化(“宽能”)同轴探测器和效率的N型探测器。
高纯锗、Si(Li)探测器: 半导体(高纯锗和Si(Li))探测器拥有精锐的能量分辨率,由其组成的γ和X射线能谱测量技术与产品,不仅是核结构、分子物理、原子碰撞等核物理与核反应研究的重要工具,而且在核电、环境、检验检疫、生物医学、天体物理与化学、地质、法学、考古学、冶金和材料科学等诸多科学与社会领域得到了越来越广泛的应用。 一、 探测器机理与各指标的简要意义 放射性核素产生的γ光子和X射线,其能量一般在keV至MeV范围。由于其不带电荷,通过物质时不能直接使物质产生电离,不能直接被探测到,因此γ和X射线的探测主要依赖于其通过物质时与物质原子相互作用,并将全部或部分光子能量传递给吸收物质中的一个电子。这种相互作用表现出光子的突变性和多样性,在吸收物质中主要产生三种不同类型的相互作用:光电效应、康普顿效应或电子对效应,而产生的次级电子(光电子)再引起物质的电离和激发,形成电脉冲流,电脉冲的幅度正比于γ和X射线的能量。三种效应中,光电效应中γ光子把全部能量传递给光电子而产生全能峰,是谱仪系统中用于定性定量分析的主要信号;而康普顿效应和电子对效应则会产生干扰,应尽可能予以YZ。 在谱仪中,探测器(包括晶体、高压和前置放大器)实际上是一个光电转换器,将光子的能量转变成幅度与其成正比的电脉冲。然后通过谱仪放大器将该脉冲成形并线性放大,再送入模数变换器即ADC中将输入信号根据其脉冲幅度转变成一组数字信号,并将该数字信号送入多道计算机数据获取系统,由相关软件形成谱图并进行分析。以下简要阐明所涉及的相关物理概念: 1、相对效率、效率与实际效率 相对探测效率(即标称效率)的定义:按ANSI/IEEE Std. 325-1996定义,Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处,对1.33MeV能量峰,半导体探测器与3"×3" NaI探测器计数率的比值,以%表示。效率:Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处,1.33MeV能量峰处所产生的实际探测效率(3"×3"NaI探测器,此效率为0.12%)。实际探测效率:取决于感兴趣核素所在能量峰、探测器的晶体结构、实际样品的形状、体积及探测器与样品间的相对位置关系等因素。针对低活度样品的测量,通过提高实际探测效率以提高测量灵敏度是选择探测器的出发点。 2、 能量分辨率(FWHM):探测器或系统对不同能量γ和X射线在探测中的分辨能力,通常以半高宽(FWHM,全能峰高度一半处所对应的能量宽度)表示。比如对于1.33MeV能量峰,按ANSI/IEEE Std. 325-1996定义,Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处,在计数率为1kcps时的全能半高宽。由于高纯锗探测器的分辨率本身已经相当精锐,除了在中子活化、超铀元素分析等少数应用中,能量分辨率已不是首要考虑的因素。更加实际的分辨率问题是在高计数率和计数率动态变化(如中子活化、裂变产物、在线监测、现场测量)情况下,如何保证分辨率尽可能的稳定。 3、 康普顿效应与峰康比 γ光子与探测器中的半导体原子的电子相互作用时,将部分能量传递给电子,剩余能量的γ光子以一定的角度散射出去,成为康普顿散射。康普顿效应的结果会导致在低能部分的全能峰下方形成康普顿坪,成为相关能量峰的本底或甚至淹没此能量峰。 峰康比:对1.33MeV能量峰,指其全能峰的ZX道计数与1.040MeV至1.096MeV区间内康普顿坪的平均道计数之比。 4、 峰形 表征全能峰对称性之指标,通常以FTWH(十分之一全高宽)与FWHM(半高宽)之比表示。为严格定义峰形,ORTEC对部分探测器同时提供F.02WH(五十分之一全高宽)与FWHM(半高宽)之比。 二、 ORTEC所有同轴探测器全面严格保证能量分辨率、峰康比和峰形指标。1、ORTEC HPGe与Si(Li)探测器的分类与特点: GEM系列: P型同轴HPGe探测器 GEM Profile系列: P型优化同轴HPGe探测器
Actinide-85: 肺部计数HPGe探测器: 采用GEM-FX8530探测器工艺,用于肺部计数探测器;采用超低本底冷指材料和整体碳纤维封装结构。 SLP系列: X-射线Si(Li)探测器: 用于X-射线能谱测量;能量响应范围1keV至30keV;有效面积12.5至200mm2。 对于700keV以下的能量峰,120cc体积的井式探测器已能很好的满足探测效率的要求,增大探测器体积并没有太多的实际意义。2、探测器的附属选项及其意义
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