半导体探测器与气体探测器性能分析6

1、半导体探测器与气体探测器性能分析作者姓名：孟庆彦专业名称：核工程与核技术指导教师：李泰华教授摘要辐射粒子探测器是粒子物理、核物理、放射性测量等领域研究的重要仪器，可以有效地保证财产和人身安全，而且广泛应用于国民经济和国防等多种领域。气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器是近几十年来先后发展起来的三类主要探测器。文中详细介绍了半导体探测器和气体探测器的原理，并对相关的设备仪器和放射源做了简短的介绍。Si-PIN半导体探测器可以探测到55Fe 衰变放射的X射线， 气体探测器里面含有238Pu 放射源， 继续使用55Fe 作为样品，会影响探测器的性能，因此使用钻粉和淀粉配置的样品代替，实验需要进行样

2、品的研磨与压片。分别使用探测器对X射线进行测量并用能谱仪分析能谱，主要研究两种探测器的相关性能，了解它们各自的能量分辨率及其使用范围，目的在于加强对两种探测器的能量分辨率的认识，给人们在以后的工作和学习中一个有益的指导。关键词：半导体探测器气探测器能量分辨率AbstractRadiationparticledetectorisanimportantinstrumentoftheresearchinthefieldofparticlephysics,nuclearphysics,radioactivitymeasurements,caneffectivelyensurethepropertyan

3、dpersonalsafety,andarewidelyusedinavarietyofareasofthenationaleconomyandnationaldefense.Gas,scintillationandsemiconductordetectorshavebeendevelopedthreemaintypesofdetectorsinrecentdecades.Theprincipleofsemiconductordetectorsandgasdetectorsisdescribedinthispaper;abrieftotheassociatedapparatusandradio

4、activesourcesisintroduced.Si-PINsemiconductordetectorcandetecttheX-rayradiationfrom55Fe,gasdetectorscontain238Pusources,souse55Feasasamplecanaffecttheperformanceofthedetectorandusemanganesepowderandstarchsamplesinsteadofthem,theexperimentneedtogrindingandtablettingsample.TheX-rayweremeasuredandanaly

5、zedbydetectorseparatelyandspectrometerwasanalyzedbyenergyspectrum,mainlystudiestwokindsofrelativeperformance,understandtheirenergyresolutionanditsuserange,theprincipalpurposeistoenhancetheunderstandingoftheenergyresolutionofthetwodetectors,givepeopleausefulguidanceforfutureworkandlearning.Keywords:s

6、emiconductordetector,gasdetectors,energyresolution目录摘要I.AbstractII目录III前言11探测器概述31.1探测器简介31.2辐射探测器发展历史31.3辐射探测器发展现状42半导体探测器54.1半导体探测器的基本原理54.2半导体探测器的仪器应用53气体探测器71气体探测器的基本原理71气体探测器的工作区间84实验方案设计10实验材料和仪器10Si-PIN半导体探测器10充Xe（或充Ar）薄Be窗窗柱型侧窗正比计数管11ADC4096多道丫能谱仪11多道分析仪11Pu11实验方法12实验原理13样品的制备14测量145实验数据及处理1

7、6实验所得数据16数据处理及分析19结论21总结22致谢23参考文献24前言核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流，包括口辐射、P辐射和辐射、中子辐射等。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。少量的辐射照射不会危及人类的健康， 过量的放射性射线照射对人体会产生伤害， 使人致病、致死。剂量越大，危害越大。为了保证核电站的正常稳定安全运行以及工作人员和公众人员的安全，核辐射测量是必须的。核辐射探测器的物理基础是核辐射和物质的相互作用，利用核

8、辐射在气体、液体、固体中的电离效应、发光现象、物理或化学变化进行核辐射探测与测量的元件称为核辐射探测器。从核辐射能开始被发现时起，就使用了气体电离室、照相底片和晶体探测器，到现在已有一百多年的历史。自从错（锂）、硅（锂）半导体探测器在六十年代发展起来后，此类器件的制备工艺已臻完善，没几年就进入商品生产阶段，随着高纯错单晶制备成功，1970年国外制出了第一个高纯错探测器。由于它比错（锂）探测器制备工艺简单得多，可在室温储存，既可探测X、射线，又适用干带电粒子的探测，因此近年来高纯错探测器得到了迅速发展。在核物理实验以及国民经济各个领域中都得到了广泛的应用， 发展很快.特别是高纯错材料的获得并成功

9、地制成核辐射探测器，就更开拓了它的应用领域。20世纪70年代末，欧洲核子研究中心（CERN）勺夏帕克因发明了多丝正比室获得了1992年诺贝尔物理学奖，促使气体探测器得到了充分发展在高能物理等领域中起到了重要作用。随着科学技术的发展、核物理实验和核科学研究的深入、核技术应用领域的扩大，核辐射探测器和探测系统也发生着显著的变化。目前常用的气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器，它们是随着科学技术的发展和核物理、粒子物理实验和其它应用的需要，在不同的时期开发研制并逐渐完善成目前所具有的探测器系列。它们之间由于各自有各自的优缺点，所以在某一或某些应用中起着主导作用，但它们之间并不存在谁能完全代替谁而将

10、其淘汰，而是随着科学技术的发展，相互共存并都在不断的创新发展，促使核辐射探测器及探测系统跟着发生显著的变化。当今又是核技术应用领域不断扩大的时代，核技术在核物理、粒子物理、原子物理、天文学、天体物理、宇宙空间等几大交叉学科中的应用，在核能利用、工业自动化中的应用，以及在国家安全检测（包括反恐、防恐、反毒、缉毒，自动行李包、自动集装箱的检测，人体X射线的检查）和核医学成像等领域内的广泛应用都需要不同类型的探测器和探测系统，这就促使气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器、核辐射成像探测器在近十多年来有了长足的进步和飞速的发展。本文基于这两种探测器的工作原理、应用范围、优缺点等对放射性探测器进行能量

11、分辨率方面的性能分析。1探测器概述探测器简介探测器（detector）是观察、记录粒子的装置，核物理和粒子物理实验研究中不可缺少的设备。可分为两类：计数器和径迹探测器。计数器有电离室、正比计数器、盖革-米勒计数器、闪烁计数器、切伦科夫计数器、半导体探测器等等。它的目的主要是用来记录粒子的数目。一般要求计数器具有一定的时间分辨率，即先后两个粒子射入计数器可分辨的时间。通常计数器常与定标电路和符合电路联合使用。定标电路是一种将脉冲计数进制的电路，通过计数器与定标电路的联用，可对粒子快速计数；符合电路是将两个或两个以上的计数管同电子线路配合而成，它可以专门只记录那些使计数管协同动作的粒子，而对于只使

12、一个计数管动作的粒子不作反应，从而记录所需寻找的粒子。径迹探测器有云室、气泡室、流光室、火花室、多丝正比室、核乳胶等。它可以显示粒子穿行的径迹。径迹探测器配以适当的磁场，可根据径迹的长短、粗细、弯曲的方向和弯曲的曲率半径推测出粒子的电荷、质量和能量。辐射探测器发展历史早在1908年，气体电离探测器就已问世。但直到1931年脉冲计数器出现后才解决了快速计数问题。1947年，闪烁计数器的出现，由于其密度远大于气体而大大提高了对粒子的探测效率。最显著的是碘化钠（蛇）闪烁体，对尸射线还具有较高的能量分辨本领。60年代初，半导体探测器的研制成功，使能谱测量技术有了新的发展。现代用于高能物理、核物理和其他

13、科学技术领域的各种类型探测器件和装置，都是基于上述三种类型探测器件经过不断改进创新而发展起来的。辐射探测器发展现状进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国核辐射探测器行业保持了多年高速增长。随着我国加入WTO近年来，核辐射探测器行业的出口也形势喜人。2008年，全球金融危机爆发，我国核辐射探头、核辐射探测器行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，核辐射探测器行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面。2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国核辐射探测器行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。每年都有探测器的改进和新探测器的出现，但这些

14、创新对物理研究的影响可能是有限的。许多年人力物力的巨额投资，以及今天大型实验对资金的需求，使得构思新探测器的热情有所冷却。然而，正在制造或计划制造的一些巨大的探测器，体现了那些曾被认为是革新的但无成功保证的构想。近些年来半导体探测器的发展很快，如硅微条、硅漂移室等新型半导体探测器已经研制成功，它们的位置分辨率非常高，这是任何气体探测器和闪烁探测器很难做到的。因而在高能物理实验中作为顶点及径迹探测器应用很广泛，另外在天体物理、宇宙线科学、核医学等领域的应用也有了许多新的发展。气体探测器方面研制出了正比闪烁室、自淬灭流光计数器、液氨电离室、液氢电离室，新的微条气体正比室、微间隙气体探测器、微网结构

15、的气体探测器、气体电子倍增器、高阻板探测器等。液氢电离室可以作为电磁量能器的计数器。随着理论研究的进一步深入以及对新材料的不断探索和制造技术的进步，气体探测器将会得到进一步的发展。2半导体探测器半导体探测器的基本原理半导体探测器是一种新型的探测元件。它具有极高的能量分辨率，短的脉冲上升时问，好的线性响应以及结构简单。工作偏压低（除错探测器外），操作方便等优点。半导体探测器的工作原理和电离室相类似，现以PN结型半导体探测器（P型半导体和N型半导体直接接触所构成的元件）为例加以说明。因为N的多数载流子是电子，P型的多数载流子是空穴。在两者的接触面附近，由于多数载流子扩散到对方，并复合使这个区域的载

16、流子很少（消耗尽了），所以在接触面上形成一个耗尽层。由于耗尽层上形成的内电场，对多数载流子起阻碍作用，所以此层又称阻挡层。这个区域就是半导体探测器的灵敏区。灵敏区内载流子很少，电阻很高。所以当加上反向电压（P型处加负压，N型处加正压）时，电压几乎降落在结区上。在结区（灵敏区）形成一个相当强的电场。几乎没有电流流过。反向电压越高，耗尽层越厚。当带电离子射入结区后，在结区物质电子的相互作用中很快损失掉能量。带电离子所消耗的能量，以将使电子由满带跳到导带上去，在满带中留下空穴，即形成了可以导电的电子-空穴对。在电场作用下，电子和空穴分别向两边飘移，于是在输出回路中形成电流信号。当电场足够强的时候，

17、电子和空穴在灵敏区复合和俘获 （又叫陷落） 可以忽略。这时输出信号的幅度与带电粒子在结区耗尽的能量成正比。故通过测量信号脉冲的幅度就可以测定带电粒子的能量。半导体探测器的仪器应用半导体探测器有两个电极，加有一定的偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，即产生电子-空穴对。在两极加上电压后，电荷载流子就向两极作漂移运动，收集电极上会感应出电荷，从而在外电路形成信号脉冲。半导体探测器的灵敏区应是接近理想的半导体材料，而实际上一般的半导体材料都有较高的杂质浓度，必须对杂质进行补偿或提高半导体单晶的纯度。通常使用的半导体探测器主要有结型、面垒型、锂漂移型和高纯错等几种类型。金硅面垒型探测器1958

18、年首次出现， 锂漂移型探测器60年代初研制成功， 同轴型高纯错(HPGe)探测器和高阻硅探测器等主要用于能量测量和时间的探测器陆续投入使用，半导体探测器得到迅速的发展和广泛应用。结型探测器具结构类似结型半导体二极管，但用于探测粒子时要加上足够的反向偏压。这时电子和空穴背着PN结移动而形成灵敏区。结型探测器一般采用硅单晶。这是因硅具有较大的禁带宽度，可用以保证在室温下工作时有足够小的漏电流。此外它的灵敏层厚度一般只有1毫米左右，故只适于探测穿透力较小的带电粒子。3气体探测器气体探测器的基本原理气体检测仪器是一种检测气体浓度的仪器，适用于存在可燃或有毒气体的危险场所，能长期连续检测空气中被测气体爆

19、炸下限以内的含量。可广泛应用于燃气，石油化工，冶金，钢铁，炼焦，电力等存在可燃或有毒气体的各个行业，是保证财产和人身安全的理想监测仪器。入射射线进入气体探测器，在探测器中与气体分子相互碰撞，使气体分子电离和激发，并在粒子通过的途径上生成大量电子-离子对。或者这些入射射线所带的电荷与气体分子中核外电子之间产生库伦作用力，使气体分子的核外电子被拉出来，离开原来的分子而独立运动，从而使原来的中性气体分子形成离子对（一个带负电的电子和一个带正电的离子）。因为辐射粒子射入气体后将前进一段路程，在它经过的途径上由于电离效应将产生大量的电子-离子对，直到辐射离子能量逐渐消耗到低于气体分子的电离电位时，电离才

20、结束，收集这些电荷，就可以了解辐射射线的情况。气体探测器通常由高压电极和收集电极组成，电极间充入一定气体并加一定电压，使气体中有一定电场存在。在外加强电场的作用下，电子-离子定向移动形成电流，该电流的大小与单位时间入射射线的能量成正比关系，该电流在收集电阻上形成电压脉冲，电压脉冲的数目与入射射线的强度成正比。由此可实现对入射射线的能量和强度进行测量。电流的大小与外加电压或气体中电场强度的关系却比较复杂，见图3.1:图 3.1 电离电流与外加电压的关系气体探测器的工作区间图3.1中的曲线是在辐射强度固定不变的情况下，改变电极上所加的电压，即改变气体中的电场强度得的电离电流的关系曲线。曲线明显的分

21、为五个区段。这五个区段就是气体探测器的工作区间。下面对图上的五个区域做一个简单的介绍。I区：复合区，入射射线在气体中产生的电子-离子对，在电场不大时，容易产生负离子和离子复合（电子复合，离子复合）II区：饱和电流区（电离室工作区）：增加电压时复合逐渐消失，离子全部都收集，电流趋向饱和。该区内的离子全部被收集，电流强度等于单位时间内产生的原电离电荷数。III区：正比区（正比技术管工作区）：外加电压增大，气体内的电场强度增大，使原电离所产生的电子、 离子再次引发次电离， 最后电离的电荷是原电离的多倍 （气体放大），在一定电压下，放大倍数IV区:有限正比区：电压继续增大，气体放大系数过大，空间离子密

22、集，抵消部分场强，使气体放大系数相对减少，称为空间电荷效应。离子对收集数Z250V区：盖革区：电离倍增更加剧烈，电流猛增，形成雪崩放电。此时电流强度不再与原电离强度有关，原电离对放电只起女火”作用，该区只能作强度测量，不能作定性（能量）测量。4实验方案设计实验材料和仪器本次毕业设计的实验主要使用的仪器设备：充Xe（或充Ar）薄Be窗窗柱型侧窗正比技术管、Si-PIN半导体探测器、ADC4096多道丫能谱仪、NIM低压电源及机箱、装有MCA软件（与ADC配套）的电子计算机（含微机多道分析winmca软件）、前置放大器（与正比技术管一起封装在屏蔽盒中）、线性脉冲放大器、模数转换器（ADC）、Mn粉

23、、238Pu。下面就Si-PIN半导体探测器、充Xe（或充Ar）薄Be窗窗柱型侧窗正比技术管和ADC4096多道能谱仪进行简单的介绍。Si-PIN 半导体探测器PIN探测器是具有PIN结构的（其中间层实际上是高阻的全耗尽层，其载流子很少，与本征层和绝缘体层有类似之处）用于探测光和射线的探测器件。硅PIN探测器室温下的漏电流在纳安（nA）数量级，比其上一代的硅面垒探测器要小差不多3个数量级，是硅面垒探测器的换代产品。但是PIN探测器的电容仍然和面垒探测器一样，随探测器面积的增大而正比增大，这导致探测器噪声还是偏大，同时成形时间常数不能太小因而计数率不能高。这就是PIN探测器不仅在技术上而且在性能

24、上也要比硅漂移探测器差整整一代的原因。绝大多数PIN探测器是用硅做的，所以如果不特别指出，PIN探测器指的就是Si-PIN或者硅PIN探测器。硅PIN探测器实际上就是硅PN（结） 探测器， 这里只是强调其耗尽层很厚，以便与耗尽层很薄的一般电子器件的PN结区别开。充Xe（或充Ar）薄 Be 窗窗柱型侧窗正比计数管正比计数管是测量核辐射的一种基本探测元件，在测量X射线能谱方面具有较好的能量分辨率，探测效率高，寿命长，广泛应用于化工、建工和合金等材料与石油、薄膜和涂层等制品以及矿山开采和环境监测等领域的成份分析中。绝大多数的正比技术管具有较薄的入射窗口，以获得较低的低能端探测下限，较大的观测面积，以

25、及良好的气密性，常用的是镀窗正比技术管。在密封的管体中充以惰性气体和少量负电性气体的混合ADC4096 多道丫能谱仪YD-4096型环境谱仪，由NaI探头，ADC多道卡，计算机，铅室等设备组成，可以进行y发射体核素的放射性能谱分析及活度测量，主要用于电离辐射测量中的未知样品元素类型鉴别及相关的活度测量。可广泛用于对花岗岩、大理石、水泥、煤渣、食品、沉积物和地质样品等物质中所含放射性核素进行定性和定量分析，测量核素种类及其放射性活度或比活度值；亦可采用活性炭盒法对室内或环境进行放射性氮含量分析。多道分析仪多道分析仪（MCA）应用领域包括电子信号分析，脉冲信号分析，核物理信号分析以及光谱分析是用于

26、脉冲计数分析的关键测试仪器。其主要工作原理是：输入信号经ADC、DSP处理后，由RS232、USB通讯接口与计算机联机，由计算机进行数据分析处理（运算，分析，显示，储存，打印，控制等）。238Pu放射源是用天然或人工放射性核素制成的、以发射某种辐射为特征的制品。按所释放射线的类型可分为放射源、P放射源、 尸放射源和中子源，放射性是一种具有统计特征的随机现象，放射性现象和由此产生的射线或粒子无法用肉眼观察，必须使用某种探测器来记录。238Pu 是一种常用的放射性源， 它可以用来测试半导体探测器和气体探测器的探测效率。下面将一些放射源的相关参数列表如下：表 4.1 常见放射源放射性源主要参数73?

27、期衰父能量范围/keV产额激发范围K系L系55Fe2.6a(X)5.895;6.49(MnK)0.25172340-5813.6;16.4;17.20.130238Pu87.7aot(X);20.2(UL);43.5;99.9(丫)0.00124357092C11.89-20.7(NpL);0.180.0252438241Am433a(X,26.35(V);70-92)33.2;43.5();59.54(尸)0.3583569表 4.2Mn元素的特征 X 射线原子序号符号3(keV)KB(keV)25Mn钮5.8956.49实验方法本次实验的完成主要分为几个大的步骤：前期准备，样品的制备，测量

28、。前期准备是很重要的一环，样品的制备主要是进行压片,压片质量的好坏对实验有很大的影响。实验原理Si-PIN半导体探测器和其他半导体探测器从原理上讲是一个电压反接的半导体二极管。体积小、重量轻、在常温下用电制冷方式工作。在其PN结之间有一定厚度的本征区I,对低能电磁辐射有较高探测效率的特性。用探测器测量55Fe放射源激试样，可以记录到相关的特征X射线。在仪器状态调整得当的情况下，根据能谱图，可以得知半高宽所对应的道址的道数，用相对半高宽来表示仪器的能量分辨率。正比技术管是工作在正比区的脉冲气体电离探测器， 它由圆筒状金属阴极和丝状阳极组成，阴极（或加外壳）组成密封的灵敏区。在密封的管体中充以惰性

29、气体和淬灭气体。测量X射线的正比技术管都装有很薄的Be窗，由于Be在空气中稳定而原子序数小（Z=4）,低能X射线能够进入灵敏区而被记录下来。在射线通过电极间的气体时，电力产生的电子和正离子在电场作用下，分别向阳极和阴极漂移。正离子质量大，且沿漂移方向电场由强到弱，因此电场的加速不足以使它发生电离碰撞。而电子不然，越接近阳极，电场越强。到达某一距离后，电子在平均自由程上获得的能量足以与气体分子发生电离碰撞。漂移电子愈接近阳极，电离碰撞的概率也愈大。不断增殖的结果便形成了气体放大。这里的气体放大系数决定于气体的性质、压强、工作电压Vo和电极半径；输出脉冲幅度与初电离成正比。所以正比技术管可以用于计

30、数测量也可以用于能谱测量。本次实验主要是对比两种探测器的重要性能能量分辨率。能量分辨率表示能谱仪能否分开不同能量粒子的本领。 能量分辨率有两种表示方法，一种是以半宽度能量表示，另一种是以相对半高宽表示。通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称为半高宽度，即FWHMo所以能量分辨率可以表示为：=Ch.N/Ch式中，ACh半高宽度所对应的道址的个数Ch 白入射射线所对应的峰位将全能峰最大值的一半对应的道数，按能量刻度曲线折合成能量值表示，单位为能量单位，keV或MeV,所以能量分辨率也可以表示为：=.：E/E式中，E半高宽度所对应的能量间隔E峰位所对应的能量样品的制备样品的制备必须有相关的含量标准，配

31、制10g的样品需要的试样及里面所含的试样的量如下表 4.3 配置的样品中成分的含量淀粉9g镒粉ig几种试样的含量可以用托盘天平来进行称量，使用天平前要注意调零。称量好实验所需的试剂后，先把钻粉放到清洗干净的研钵中。样品的制备必须用玛瑙研钵研磨半小时至淀粉和钻粉完全混合均匀，然后再进行压制样品。使用模具前一定要用酒精清洗干净，将配置好的标样置于制样模具中在小型油压机加压到5Mpa压强制成样品，待两分钟左右再取出来。整个制样过程中要保持操作的规范，保证所制取样品的纯净，以免掺入杂质影响能谱分析。制好的样品在不使用的时候必须放置于干燥缸中，防止过潮。测量由于实验要求很高，实验室的温度湿度都必须要保持

32、恒定。在实验过程中使用空调保持室内温度20C,在实验过程中探测器、放射源等是不能移动的。探测器、放射源以及样品的几何位置也必须固定下来。图 4.1 设备连接框图按照图4.1的实验连接框图正确连接好仪器之后，打开电源开关，就可以进行射线的收集和测量了。Si-PIN半导体探测器由室温经电制冷装置逐渐下降到工作温度， 约经0.5分钟后， 正常工作。 探测器探测到55Fe释放出的X射线，输出脉冲信号经前置放大器送到主放大器，放大成形的模拟脉冲信号经ADC转换为数字信号之后，由MCA处理，进行相应的计算和显示。调节放射源到探测器的距离，可以改变计数率。气体探测器和半导体探测器测量能量分辨率的原理一样，

33、只是装置的几何布置有些不同。 将压制好的样品放入带有放射源的气体探测器中， 用238Pu 激发钻粉，放出X射线，气体探测器输出脉冲信号，经过一系列的处理之后，在计算机上进行相应的计算和显示。每个样品测量完之后将谱线保存下来，待后面的数据分析使用。准直放射源准直器5.1 实验所得数据5实验数据及处理根据测量结果，半导体探测器测得的能谱有两个峰位，使用的放射源是55Fe,气体探测器测得的有一个峰位，使用的放射源是238Puo两种探测器测得的峰位、能量、计数详见图5.1图5.8:图 5.1 半导体探测器测得镒粉的 Ka 射线能谱图图 5.2 半导体探测器测得镒粉的 Ka 射线能谱图图 5.3 半导体

34、探测器测得镒粉的 Ka 射线能谱图=11拓 r 厘寂iS3Dahr.t+：孙：春WTl142KBiiUL叶福旺1S3火槌期tn至墨|融士512丁晨吨值射*sJ=J出他五 g；广室IXfcCt手科I即解钗 WLA:Mittal-IJI_*J忖F-IM3FTWfjrlF*SEW值慎勺 B21I!LZBhn127*if职士时瞬*14*文叶nogMEI：3）&噌）电:理电）“场qp口 0 日电A,I把四八A.AAT.%TAwa.登审图 5.4 半导体探测器测得镒粉的 K射线能谱图图 5.5 气体探测器测得镒粉的 K射线能谱图Hl就 X：广HMJ1季“型婚野生显示AZMItX_Z_I_5LJ后,

35、；L31QT2广rl7?；-L31OT2*cmnr-mw-ctn字/E1g63+n隆*HR：Ja-i2Sfti.牙鲫*;M=叼尤 KiBWS3T3ohnt+：M组TKBiKUL安闷a星聒出IJX士i*M 展温敷II出郁融V：广制的事不行日域W。示L_A_HM(性工学_J_JILJ而riML33OT3.r-JrR?f-L31O720培看宙-EULm-1$1) )fllHil)WttQj)及海敢：a从能谱图中能够得知仪器的半高宽和峰位，列表如下:表5.1半导体探测器测得的数据量匕匕八目峰位（道数）半高宽（道数）5.895Kev200.2712.63200.3612.81200.2912.69200

36、.2812.74表5.2气体探测器测得的数据量匕匕八目峰位（道数）半高宽（道数）5.895Kev372.54105.72373.65105.61373.04104.56373.97105.695.2 数据处理及分析查表4.2得知钻有两条特征X射线：Ka,Kp,能量分别是5.895Kev和6.49Kev。因为所测的元素是锐，在能谱图上可以根据它们的谱线区分Ka,Kp射线，Ka在前，Kp射线在后。所以第一个峰位对应的能量石5.895Kev,第二个峰位对应的能量是6.49Kev。用气体探测器测量时，因Ka能量低在前面， 并且它的计数率最高， 湮没了Kp射线， 根据它的分支比可以看出。结果能谱图上只能

37、得到钻的一个峰位，对应的能量是5.895Kev。仪器的能量分辨率是针对同一元素的特定能量来说的，根据公式”=&ChN/ChN可知，对于某一特定的能量，仪器的分辨率就等于半高宽所对应的道址数比上入射射线所对应的道址数，对同一样品，多次测量，求其平均值，可以减少因外界环境带来的误差。根据表5.1,表5.2仪器的峰位和平高宽可以求得两种探测器的能量分辨率，见表5.3,5.4:表 5.3 半导体探测器的能量分辨率量匕匕八目峰位（道数）半高宽（道数）分辨率5.895Kev200.2712.636.31%200.3612.816.39%200.2912.696.33%200.2812.746.36

38、%5(5.895Kev)=(6.31%+6.39%+6.33%+6.36%)/4=6.35%表 5.4 气体探测器的能量分辨率量匕匕八目峰位（道数）半高宽（道数）分辨率5.895Kev372.54105.7228.38%373.65105.6128.26%373.04104.5628.03%373.97105.6928.26%”（5.895Kev）=（28.38%+28.26%+28.03%+28.26%）/4=28.23%上面两个表格已经分别列出了半导体探测器和气体探测器在某一特定能量的能量分辨率， 由此表格也可以清楚的看到半导体探测器可以探测出钻的一条特征X射线， 并且分辨率低于10%,而

39、气体探测器也能探测出钻的一种特征X射线，但是分辨率高于28%。5.3 结论本实验对实验条件要求很严格， 在实验过程中要保持所有仪器设备的几何位置始终不变，样品的纯度要很高，不能受到其他物质的污染。通过实验，可以清楚的由能谱图看到半导体探测器能谱图的半高宽很小， 气体探测器的能谱图的半高宽比较大，通过计算可以一目了然的看到在测量钮粉的时候，半导体探测器比气体探测器的能量分辨率要好的多。实际生活中， 人们不会因为半导体探测器的能量分辨率高， 气体探测器的能量分辨率低，就选用半导体探测器，不用气体探测器，而会根据具体情况来选用合适的辐射探测器。当对探测器的能量分辨率要求不太高时，就可以选择气体探测器，止匕外，探测器的价格和其他性能优劣也可以影响人们的选择。总结论文首先简述了探测器，分析了辐射探测器的发展历史和发展现状，包括半导体探测器、气体探测器、闪烁体探测器。然后论文以PN结型半导体探测器为例简要介绍了半导体探测器的基本原理和应用，紧接着介绍了气体探测器的基本原理。在论述了相关探测器的基础上，需要做实验对探测器的