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高純鍺、Si（Li）探測器:

半導(dǎo)體（高純鍺和Si（Li））探測器擁有精銳的能量分辨率，由其組成的γ和X射線能譜測量技術(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

實(shí)驗(yàn)室高純鍺（HPGe）伽馬γ能譜儀

第一部分：高純鍺探測器

       

 高鍺探測器由于其的優(yōu)異分辨率，是核測量工具，在核物理 研究與核測量中具有不可替代的地位。

  完整的高純鍺探測器的制造過程包括晶體制備、探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高性能低噪聲前置放大 器設(shè)計(jì)、超高真空封裝與生產(chǎn)成型、指標(biāo)測試和穩(wěn)定性考核等。經(jīng)國家計(jì)量部門檢定， 其關(guān)鍵 性能指標(biāo)優(yōu)異、穩(wěn)定性良好。

  高純鍺探測器的工作機(jī)理：高純鍺晶體的雜質(zhì)濃度低至 1010 原子/cm3 量級，是純凈的物質(zhì)。高純鍺探測器表面 分別有 N+、P+電極，在該兩種電極上加反向偏壓后，由于高 純鍺晶體極低的雜質(zhì)濃度，其內(nèi)部將工作在全耗盡狀態(tài)，此時(shí)伽馬射線在其內(nèi)部沉積能量產(chǎn)生 的載流子在電場的作用下被收集，形成的電流信號(hào)通過前置放大器被轉(zhuǎn)換為與沉積能量成正比 的電壓信號(hào)。

 高純鍺探測器所采用的晶體外形為一圓柱體，在 其外表面為 N+電極，在其內(nèi)部電極孔內(nèi)部為 P+電極， 兩種電極分別使用成熟的鋰擴(kuò)散、硼離子注入技術(shù)制 造。威視®系列高性能 P 型同軸高純鍺探測器的 N+電 極約為 0.5mm 厚，P+電極約為 0.5μm 厚。

 探測器的前置放大器可根據(jù)用戶需求選用阻容反饋或脈沖反饋前放，性能優(yōu)異，長期穩(wěn) 定性好，除適配威視®系列數(shù)字譜儀外，還可兼容市場上主流的譜儀產(chǎn)品。 威視®系列高性能 P 型優(yōu)化高純鍺探測器配置垂直冷指，并可根據(jù)用戶需要配置“L 形"、 “U 形"、水平冷指等定制化設(shè)計(jì)，同時(shí)為用戶在探測器封裝與冷指材料上提供超低本底選項(xiàng)。為保證制冷效率，探測器艙室應(yīng)保持嚴(yán)密的真空條件。

P 型探測器的總體特性：

能量響應(yīng)范圍：30keV 至 10MeV；相對探測效率 10% 至 80%；

     可滿足絕大部分樣品測量應(yīng)用和大部分研究測量應(yīng)用的要求；

 

全面保證相對效率、分辨率、峰康比和峰形指標(biāo)；

 

可配置普通阻抗反饋前放或適于高計(jì)數(shù)率的脈沖光反饋前放。

            ORTEC-高純鍺探測器

 

TKGEP-S 系列探測器型號(hào)與性能指標(biāo)：

第二部分：譜儀（多道分析儀）

  配套高純鍺探測器的一款新型數(shù)字化譜儀。其設(shè)計(jì)功能完善，其穩(wěn)定性業(yè)已經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證。針對高效率探測器或高 計(jì)數(shù)率條件下對信號(hào)處理的要求，結(jié)合軟件，譜儀在數(shù)字化極零調(diào) 節(jié)、死時(shí)間校正和彈道虧損校正方面做了具有相當(dāng)*性和獨(dú)到 性的設(shè)計(jì)。

 

譜儀整體功能與特性：

全數(shù)字化控制，保證人機(jī)交互靈活

探測器回溫情況下高壓自動(dòng)切斷功能（shutdown）

多種濾波模式，可根據(jù)特定環(huán)境配置濾波參數(shù)，具備低頻噪聲抑制功能

具備門控?cái)?shù)字化基線恢復(fù)，自動(dòng)極零，零死時(shí)間校正，彈道虧損校正等完 整*功能

最大數(shù)據(jù)通過率大于 100kcps，對高計(jì)數(shù)率樣品能獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果

支持 USB3.0 接口

譜儀特征功能：

 

   基礎(chǔ)參數(shù)顯示：系統(tǒng)的電源開啟狀態(tài)，高壓開啟狀態(tài)，高壓目標(biāo)值，高壓升降過程 動(dòng)態(tài)顯示。

全數(shù)字化自動(dòng)高壓加載：用戶根據(jù)探測器參數(shù)選定高壓后，系統(tǒng)自動(dòng)按速率 和目標(biāo)值進(jìn)行高壓加載，直到滿足探測器要求。

異常處理功能：當(dāng)系統(tǒng)意外掉電，設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng) UPS 功能，并按異常處理邏輯，進(jìn) 行高壓緩降，以保護(hù)探測器安全。

抑制電荷收集時(shí)間效應(yīng)功能：基于 FPGA 的硬件算法，利用快通道梯形脈寬來統(tǒng)計(jì) 電荷收集的方法簡單實(shí)用高效。

  

     具體參數(shù)指標(biāo)：

 

系統(tǒng)非線性：積分非線性：≤   0.01%；微分非線性：≤±0.28

最大通過率：成形時(shí)間設(shè)置為上升時(shí)間 500ns，平頂時(shí)間 500ns時(shí)，系統(tǒng)等效的死時(shí)間約為 2.79μs，此時(shí)，最大脈沖通過率將達(dá)到 130Kcps。

粗調(diào)增益：：由計(jì)算機(jī)選定為  1,2,4,8

細(xì)調(diào)增益：由計(jì)算機(jī)設(shè)定為 0.45 至 1.00

尺寸與重量：376D X 242W X 116 H mm, 2.2KG

工作條件：0?C 到 50?C（包括 LCD 顯示）。操作系統(tǒng)：Windows 7/ Windows10。

顯示/接口：320?240 像素(pixel) 有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體(OLCD)系統(tǒng)狀態(tài)信息。220V

市電接入端子，USB3.0接口。高壓輸出接口，探測器電源接口，探測器信號(hào)輸入端子。

第三部分：液氮回凝制冷器

       

 采用低振動(dòng)長壽命脈沖管制冷機(jī)，運(yùn)行壽命長于 10 年；

    25L 液氮容器，不斷電條件下可連續(xù)工作兩年以上；

 對探測器分辨率無影響；

 可匹配垂直、水平與彎頭型冷指；

 液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示液氮水平、制冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等信息；

 可選購基于無線技術(shù)的遙控器，遠(yuǎn)程控制制冷系統(tǒng)或顯示運(yùn)行狀態(tài)；

 配有自動(dòng)式液氮填充接口，可自動(dòng)加注液氮；

 在制冷維系時(shí)長為 48 小時(shí)前發(fā)出提示與報(bào)警；

 外形尺寸：64.5cm 高 x 45.6cm 直徑（不含探測器）；

 功耗：運(yùn)行時(shí)小于 150W，啟動(dòng)時(shí)最大 250W；

 工作環(huán)境：0 - 35℃，相對濕度 20%至 80%（無冷凝）；

 噪聲：1m 處小于 60 分貝。

第四部分：伽馬譜軟件包

     研制開發(fā)一套完整的實(shí)驗(yàn)室高純鍺伽馬譜儀，除了高純鍺探測器這一核心部件之外，還需要在與其配套的制冷器、譜儀和分析軟件上下足十分的功夫。

  歷經(jīng)十年的反復(fù)磋磨與雕琢，目前這款即將商品化的TKGammaWiz軟件包已具備完整而 強(qiáng)大的功能。

      它是一個(gè)完整的軟件包，只需一次安裝，用戶即可實(shí)現(xiàn)如下功能：

       

     系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與硬件控制，包括增益細(xì)調(diào)、啟動(dòng)數(shù)字化穩(wěn)譜、調(diào)節(jié)高壓、顯示實(shí) 時(shí)間/活時(shí)間和脈沖寬度、

     系統(tǒng)的能量與效率刻度。初始化安裝時(shí)，軟件會(huì)提示用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與能量/效 率刻度。

     能譜獲取與顯示。具有多路譜圖同步獲取功能。

     譜分析與活度計(jì)算。多種尋峰方法與峰面積計(jì)算方法、多種本底算法、完善的各種校正功能，以期得到最小的不確定度。

       分析結(jié)果報(bào)告與質(zhì)量保證。完整的數(shù)據(jù)報(bào)告會(huì)給出每一次測量的條件與結(jié)果，以保 證隨時(shí)可以回溯。

    

它具有如下鮮明的個(gè)性化功用與特點(diǎn)：

 

       設(shè)計(jì)有可切換的操作員（operator）與專家（expert）兩種使用權(quán)限，以保證系統(tǒng) 與數(shù)據(jù)安全可靠。

   的能譜采集回放功能。設(shè)計(jì)用于當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)置的限值、或不確定度較高時(shí)， 從源頭上予以確認(rèn)或診斷。

      對具備"批處理"條件的樣品，可定制流程化的“一鍵分析"。

 

 具體參數(shù)與特性：

       刻度：支持能量、峰形、效率刻度，可人工刻度，也可載入存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件。效率曲線可

    載入自主研發(fā)的無源效率刻度軟件產(chǎn)生的效率刻度文件，并支持三種擬合方法：單一函數(shù)多 項(xiàng)式擬合、插值法、帶“拐點(diǎn)"（Knee）的多項(xiàng)式擬合。

     尋峰：支持 Mariscotti 法尋峰，可自動(dòng)或手動(dòng)完成尋峰。

     本底確定方法：自動(dòng)確定法、SNIP剝譜法、峰侵蝕法等。軟件會(huì)自動(dòng)選定最佳方法。

     分析用核素庫： 軟件包含默認(rèn)的 2000 個(gè)核素的衰變綱圖與相應(yīng)的伽馬射線能量數(shù)據(jù), 用 戶可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步編輯并生成自己的自定義子庫。軟件核素庫支持對核素名稱、質(zhì)量、 能量的查詢，和對母子核的編輯。

 核素識(shí)別的方法： 軟件默認(rèn)使用基于庫尋峰的核素識(shí)別方法，具體執(zhí)行程序如下： 使用廣義二階差分方法初步尋峰，根據(jù)尋峰結(jié)果對核素庫進(jìn)行篩選。用峰侵蝕方法分析全譜本底，扣除本底后，在庫峰位所在能量點(diǎn)用最小二乘法進(jìn)行峰擬合作為尋峰結(jié)果。

 

分析后的核素將會(huì)直接標(biāo)注在譜上，方便查看。 譜分析中的校正：母子核衰變校正；樣品集與譜獲取期間的衰變校正。 MDA 計(jì)算：Currie 算法，后續(xù)可擴(kuò)展 ORTEC MDA 等 18 種算法。

分析結(jié)果報(bào)告：報(bào)告主要包括能譜信息、刻度、分析設(shè)置、分析峰、分析核素幾個(gè)部分內(nèi)

容，支持 pdf、rpt、doc 三種格式。

 

界面：默認(rèn) office 風(fēng)格，可自行切換。一圖展示能譜、尋峰、核素識(shí)別結(jié)果等內(nèi)容，并 可根據(jù)核素計(jì)算顯示其余能量峰的高度。

適應(yīng)的操作系統(tǒng)：Windows7/810 32/64 位操作系統(tǒng)。

第五部分：實(shí)驗(yàn)室無源效率刻度軟件

       

蒙特卡羅程序包：基于 Geant4 軟件程序包，能夠準(zhǔn)確模擬光子與物質(zhì)相作用的整個(gè)過程。 探測器類型：支持同軸型、面型、井型三種類型探測器。

 

能量范圍：10keV-7000keV；   刻度角度：支持任意角度刻度。

探測效率：支持真實(shí)物理級別的級聯(lián)符合校正，通過自研能量沉積算法獲取探測效率。 常見容器庫：內(nèi)置 9 種常見的容器庫，支持圓柱、圓盤、燒杯、馬林杯、U 型杯、盒子、球 型、點(diǎn)源、橫向圓柱等對稱型樣品模型。

 

材料庫工具：內(nèi)置 40 余種常見材料，允許用戶自定義材料。

 

3D 視覺及幾何校驗(yàn)：提供快速 3D 視覺及更精細(xì)的幾何模型定義，提供完整的幾何模型校驗(yàn)。 輸入?yún)?shù)敏感性分析：提供輸入?yún)?shù)敏感性分析工具，方便用戶定位影響效率刻度的參數(shù)項(xiàng)。

 

自表征校正工具：允許用戶自主完成探測器表征，無需返廠，確?？潭鹊臏?zhǔn)確性。 效率刻度擬合公式：允許用戶通過擬合公式計(jì)算不同能量對應(yīng)的探測效率。

 

刻度結(jié)果報(bào)表:支持完整刻度結(jié)果數(shù)據(jù)的報(bào)表預(yù)覽及打印。 適應(yīng)的操作系統(tǒng)：Windows7/8/10 64 位操作系統(tǒng)。

第六部分：鉛室

1.標(biāo)準(zhǔn)鉛室

  TKLBS-G2 是一款頂開門壓桿式低本底鉛室，用于高純鍺γ能譜儀系統(tǒng)，屏蔽環(huán) 境本底對探測過程的干擾，提高測量的準(zhǔn)確性。

具體參數(shù)：

 

外層材料：1cm    低碳鋼；

中層材料：10cm  低本底鉛 4π  方向屏蔽；

內(nèi)層材料：3 mm  無氧銅；

結(jié)構(gòu)：壓桿式頂部平移開門設(shè)計(jì)；

 

承重桌材料：低碳鋼；占地面積：65cm x 65cm；

內(nèi)腔尺寸：Φ310mm x 409mm；

重量：大于 1.1  噸；

 

 

鉛室說明：分三個(gè)型號(hào)，TKLBS-G1，TKLBS-G2，和TKLBS-U，TKLBS為low background shelid低本底屏蔽的縮寫，G1代表Grad1等級1，使用鉛材料厚度為10cm，本底保 證＜3.0cps，常規(guī)值＜2.8cps；G2代表Grad1等級2，使用鉛材料厚度為15cm，本 底保證＜2.0cps，常規(guī)值＜1.6cps；U代表Ultra超級，使用鉛材料厚度為15cm， 同時(shí)使用液氮揮發(fā)氣體趕走鉛室內(nèi)腔空氣，使之降低空氣中氡的影響，本底保證＜1.0cps。按照約定俗稱，以上本底均針對40%效率高純鍺探測器。

2.超低本底鉛室 

TKULBS-G 是一款頂開門壓桿式超低本底鉛室，用于高純鍺γ能譜儀系統(tǒng)，屏蔽環(huán)境本底 對探測過程的干擾，提高測量的準(zhǔn)確性。

本底指標(biāo)：

本底指標(biāo)：在正常放射性環(huán)境下 50keV 至 3MeV 范圍內(nèi)保證值小于 1.2cps（40%效率）， 典型值約 1cps 左右。

具體參數(shù)：

 高度 682.1 mm (26.9 in.)；

   直徑 558.8 mm (22.0 in.)；

 內(nèi)腔:  直徑 228.6 mm (9 in.)；

   深度：355.6 mm (14 in.)；

最外層：9.5 mm (3/8 in.)  厚的低碳鋼；

 屏蔽層: 152 mm (6 in.)厚的低本底鉛；

 內(nèi)襯：1 mm 厚的錫與 1.5mm 厚的無氧銅

 重量: 1625 Kg

 噴漆:  淺灰色環(huán)氧漆

 桌子高度：68.5-765 .5cm  高度可調(diào)

可選超低本底內(nèi)襯：2.5cm 厚的 25Bq/kg 的超低本底鉛。

         ORTEC-高純鍺探測器