高纯锗探测器简介
高纯锗谱仪作用
高纯锗谱仪作用
高纯锗谱仪是一种用于探测和分析放射性物质的仪器，主要用于核物理、核技术、环境监测、地质勘探、材料科学等领域。
高纯锗谱仪的核心部件是高纯锗探测器，它具有高灵敏度、高分辨率和低本底等优点，可以探测到极微量的放射性物质。
通过对放射性物质的能谱分析，可以确定其种类、含量和半衰期等参数。
在核物理和核技术领域，高纯锗谱仪可以用于研究原子核的结构和反应机制，以及放射性同位素的制备和应用。
在环境监测领域，高纯锗谱仪可以用于检测空气、水和土壤中的放射性物质，评估环境污染的程度和风险。
在地质勘探领域，高纯锗谱仪可以用于探测地下的放射性矿产资源，为矿产资源的开发提供技术支持。
在材料科学领域，高纯锗谱仪可以用于研究材料的放射性性能，评估材料的质量和安全性。
总之，高纯锗谱仪是一种非常重要的放射性物质探测和分析仪器，具有广泛的应用前景和重要的科学价值。
高纯锗探测器与其他探测器课件
医疗影像
某些探测器可用于医疗影 像设备，如CT和PET扫描 仪。
优缺点比较
优点
高纯锗探测器具有较高的探测效率和 能量分辨率，能够提供更准确的数据 。
缺点
与其他探测器相比，高纯锗探测器的 制造成本较高，且维护和操作要求也 较为严格。
04
高纯锗探测器的制造工艺
材料制备
提纯
将锗元素进行高纯度提纯，去除杂质 ，确保探测器的性能稳定。
单晶生长
通过特定技术生长高纯度锗单晶，为 制造探测器提供优质材料。
制造流程
晶片制备
将锗单晶加工成薄片， 并进行抛光、清洗等处
理。
欧姆接触制作
在锗晶片上制作欧姆接 触，确保电流有效传输
。
刻蚀与结构制备
通过刻蚀技术形成探测 器的敏感结构。
表面处理与镀膜
在探测器表面进行特殊 处理和镀膜，提高探测
器的性能。
应用领域
核科学研究
环境监测
高纯锗探测器在核科学研究领域中广泛应 用于测量放射性同位素、核反应堆监测、 核废料处理等方面。
高纯锗探测器可用于环境监测领域，测量 土壤、水体、空气中的放射性物质含量， 评估环境质量。
医学诊断
其他领域
高纯锗探测器在医学诊断领域中可用于检 测肿瘤、炎症等病变，以及测量药物代谢 过程中的放射性标记物。
高纯锗探测器与其他探测器 课件
contents
目录
• 高纯锗探测器介绍 • 其他探测器介绍 • 高纯锗探测器与其他探测器的比较 • 高纯锗探测器的制造工艺 • 高纯锗探测器的未来发展
01
高纯锗探测器介绍
定义与特性
定义
高纯锗探测器是一种基于高纯锗 材料制成的半导体探测器，用于 测量物质中的微量成分。
HPGe探测器在环境和流出物监测中的应用
HPGe探测器在环境和流出物监测中的应用摘要高纯锗（High Purity Germanium，HPGe）探测器是一种高灵敏度、高分辨率的辐射探测器，被广泛应用于环境和流出物监测中。
本文将探讨HPGe探测器在环境和流出物监测中的应用，包括其工作原理、优势和局限性，以及在各种环境监测场景中的实际应用案例。
导言HPGe探测器是一种基于正极性半导体的高性能辐射探测器，其主要特点是能够提供极高的能量分辨率和探测效率。
这使得HPGe探测器在环境和流出物监测领域具有独特的优势，能够实现对微量辐射核素的高灵敏度检测和准确测量。
HPGe探测器的工作原理HPGe探测器的工作原理基于半导体中的正电荷与负电荷之间的能带结构。
当辐射粒子与半导体相互作用时，会在探测器中产生电子空穴对，这些电荷对会在电场作用下向两端移动，产生探测信号。
HPGe探测器通过精确控制半导体材料的纯度和几何结构，以及优化电子学信号处理系统，实现对辐射事件的高效率检测和能谱测量。
HPGe探测器的优势和局限性HPGe探测器相比其他常见的辐射探测器，如硅探测器和NaI(Tl)探测器，具有更高的能量分辨率和探测效率，适用于对微量辐射核素的准确测量。
然而，HPGe 探测器也存在一些局限性，如对温度和湿度变化敏感，对冷却系统要求高等。
HPGe探测器在环境监测中的应用HPGe探测器在环境监测中的主要应用包括大气沉积物、土壤、水体和生物样品中放射性核素的检测。
通过对环境样品中的放射性核素进行测量，可以及时监测环境辐射水平，评估辐射对生态系统和人类健康的影响，指导环境污染治理和应急处置。
HPGe探测器在流出物监测中的应用HPGe探测器还被广泛应用于流出物监测领域，如核电厂废水监测、医疗废物处理过程中的辐射监测等。
通过对流出物中的放射性核素进行准确检测，可以有效控制放射性物质的扩散和排放，保护公众和环境的安全。
结论HPGe探测器作为一种高性能辐射探测器，在环境和流出物监测中发挥着重要作用。
ortec高纯锗γ能谱仪的操作规程
ortec高纯锗γ能谱仪的操作规程1. 引言ortec高纯锗γ能谱仪是一种用于测量γ射线能量和强度的专业仪器，广泛应用于核物理、核化学、地质学、环境监测等领域。
正确的操作规程对于获得准确可靠的实验数据至关重要。
2. 仪器介绍ortec高纯锗γ能谱仪是一种精密的实验仪器，包括探头、预放大器、主放大器、多道分析器、数据采集系统等组成，其中探头是最关键的部分，它能够将γ射线转化为电信号，经放大和处理后得到能谱图谱。
在进行实验前，需要对仪器进行严格的检查和校准，确保各部件工作正常。
3. 实验准备在进行实验前，需要提前准备好样品、标准源、液氮等实验必需品，同时检查理化参数表以确定实验条件，如激发源的选择、采集时间、能谱分辨率等。
4. 开机操作开机前需要依次打开预放大器、主放大器以及多道分析器，确保仪器各部件能够相互连接和正常工作，同时检查电子学通道和HV电压，确保各参数设置正确。
5. 样品测量将待测样品放置在仪器探头下方，通过软件设置实验参数，如采集时间、能谱范围等，然后开始数据采集，并进行背景测量以减少干扰。
6. 数据处理对采集到的数据进行处理，包括峰识别、能量校正、峰面积计数等步骤，最终绘制出能谱图谱。
在处理数据时，需要注意峰的选择和背景的扣除，以获取准确的分析结果。
7. 实验总结在实验结束后，需要对实验过程进行总结和回顾，包括对实验结果的分析和结论，以及实验中可能存在的误差和改进的方向。
同时对整个操作流程进行评估，总结经验和教训。
个人观点和理解我认为ortec高纯锗γ能谱仪的操作规程十分重要，它直接关系到实验结果的准确性和可靠性。
在进行实验前，需要对仪器和实验条件进行充分的了解和准备，以确保实验过程顺利进行。
在操作过程中，需要严格按照规程进行，尤其是在数据处理和结果分析环节，需要细心谨慎地进行，避免因操作不当而产生误差。
在实验结束后，需要对实验过程进行总结和反思，总结经验和教训，为以后的实验工作提供参考。
仪器简介：高纯锗探测系统
高纯锗探测系统简介
仪器名称：高纯锗探测系统
英文名称：ORTEC
仪器型号：MPA-3
生产厂家：FAST 公司
仪器简介：
高纯锗探测器(High Purity Germanium,HPGe)是20世纪70年代左右发展起来的一种新型半导体探测器,因其优越的能量分辨率、高的探测效率、较宽的能量测量范围、极低的内部放射性水平、稳定的性能等优点,高纯锗探测器成为核素识别、活度测量及X射线分析领域的关键设备,大量地应用于材料科学、环境科学及核技术应用等领域的低本底测量,微量元素分析等方面,并且在基础研究、环境监测、安全监控等领域得到了广泛而重要的应用。
生长中的高纯锗晶体
主要性能指标
1、晶体反向漏电
2、能量分辨率
3、系统噪声
4、探测器相对效率指标
应用范围：
是核素识别、活度测量及X射线分析领域的关键设备，大量地应用于材料科学、环境科学及核技术应用等领域的低本底测量,微量元素分析等方面,并且在基础研究、环境监测、安全监控等领域得到了广泛而重要的应用。
高纯锗探测器课件分解
电势的泊松方程 直角坐标 柱坐标
d2V (r ) 1dV (r) 2 dr rdr
ax ay az x y z
2
静电场的基本方程 积分形式:
D dS q E dl 0
S l
微分形式：
1) 空间电荷分布、电场分布及电位分布 I区为完全补偿区，呈电 中性为均匀电场； I区为耗尽层，电阻率 可达1010cm； I区厚度可达10～20mm， 为灵敏体积。 杂质浓度 电荷分布
电位
电场
灵敏区的电场
平面型的灵敏区电场均匀分布
V E ( x)
0
d为灵敏区厚度 V0为偏置电压
d
同轴型的电场非均匀分布
当半导体探测器输出电荷时，在放大 器输入端形成的信号电压为
Q U sr Cd Cr 1 A0 C f
如果满足条件A0>>1, 1 A0 C f Cd Cr 则 U sr
Q A0 C f
由此可见，只要满足上述条件，电荷灵敏放大器的输出 信号幅度h就仅与探测器输出的电荷Q成正比，而与探测 器的结电容Cd和放大器的输入电容Cr无关，保证了输出 信号的稳定性
εp有关的因素
射线的能 量有关
εp
与HPGe的灵 敏体积有关
源与探测器 的距离有关
相对探测效率
A 相对效率= 由于相对效率与光电峰的面积有关，而 B
体积 cm3 相对效率（ %）= A=Co(60)1.33MeVgamma 4.3 射线在
HPGe灵敏体积中的光电峰面积
光电峰与灵敏体积有关，因此，体积越 B=Co(60)1.33MeVgamma射线在NaI 大效率会增加，其间的关系（相对于 （ϕ7.62cm×7.62cm）闪烁体探测器 1.33MeV ）可表示为如下公式 中光电峰面积
高纯锗γ能谱仪工作原理
高纯锗γ能谱仪工作原理高纯锗γ能谱仪工作原理一、背景伽马射线能谱仪在核物理、放射性医学、天文学等领域扮演着重要作用。
高纯锗伽马射线能谱仪是目前最先进的能谱仪之一，其分辨率比其他能谱仪高出数十倍，使其在能谱分析方面具有独特的优势。
高纯锗γ能谱仪靠什么实现高精度的能谱分析呢？本文将从工作原理角度介绍。
二、基本原理高纯锗γ能谱仪主要由锗探头、放大器、线性电压控制器、多道分析器和计算机组成。
锗探头是该仪器的关键部分，它直接接触放射性物质，吸收伽马射线，将伽马射线能量转换成电脉冲信号。
锗探头一般分为P型和N型，其中比较常用的是P型。
三、探头工作原理P型探头是由P型半导体和N型半导体组成的，它在工作时被逆偏，N 型半导体处于底电势，而由于P型半导体被逆偏，探头的表面将自然形成正电势。
当伽马射线进入探头时，会与探头原子发生相互作用，与原子电子互相作用使电子被释放而成为自由电子，自由电子在探头中游移，与探头中的P型半导体形成比例计数器，该比例计数器对高纯锗γ能谱仪的分辨率有着决定性影响。
四、信号分析高纯锗γ能谱仪探头接受到伽马射线后，将其能量转换成电脉冲信号后输出，并经过高放大倍数的放大器放大，信号经过线性电压控制器调整电压后，进入多道分析器进行能谱分析。
在多道分析器内部，信号通过放大和形成尖峰后输入到计算机中进行信号处理，获得样品伽马能谱。
五、总结高纯锗γ能谱仪是一种基于半导体原理制作的精密仪器，其通过伽马线与P型探头的相互作用产生电子，从而实现能谱分析。
其次通过信号放大与分析，最后输出样品的伽马能谱。
随着科学技术的不断更新，高纯锗伽马射线能谱仪将在各个领域发挥着越来越重要的作用。
高纯锗核辐射探测器
,
尤 以 铜 的影 响 最大
其 含 量 不 得超 过 材 料 的 净杂 质
.
.
分 析 深 能 级 杂质 对 探 测 器 的 作 用 是 当 今 主 要 研 究 课 题 之 一
氢
型锗
, ,
,
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早 期 的 锗 探 测 器 是甩 杂质 浓 度 补 偿高 阻 来 实现 的
一
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的
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通 过 铿 离子 漂 移 技 术 获得
护
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深
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致 冷 装 置 由真 空 室 和 桂 瓦 瓶 两 部 分 组 成 保 持清 洁
切一
其 结 构 和 体 积 视 具 体 要 求 而定
,
真 空 室必 须
避 免低温时杂质凝 固在探 测器表 面 杜 瓦 瓶 要 具 有 良好 的 隔 热 性 能
'平
制 成 同轴型
图
,
平 面型 探 测 器
示出的 一般
以 制 成尽 可 能
护 里 七 逻
'斗 ,
《势 垒 城 注 入 ,
,
,
… 戴
套
面型 可 以 充 分 利 用 原 材 料
使其 性能哀 变
液 氮 消 耗最 小
,
室 内 真 空 度 一 般 约在
,
并 防 止 液 氮 沸腾 形 成 的 颇
噪声
争 每
统
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和用 高 纯 锗 探 测 器 能 在 童温下 存 放的特 点 适用 于 各 种 场 合 如姆井 等野 外 间断测 量
gmx高纯锗伽马能谱仪技术参数
GMX高纯锗伽马能谱仪技术参数一、背景介绍1.1 高纯锗伽马能谱仪的定义和作用高纯锗伽马能谱仪是一种用于测量放射性核素辐射能谱的仪器，主要用于放射性同位素的测量和分析，广泛应用于核能研究、核安全监测、环境辐射监测等领域。
高纯锗材料具有较高的探测灵敏度和较高的能量分辨率，能够准确测量不同能量的伽马射线，因此在核辐射测量领域具有重要的应用价值。
二、GMX高纯锗伽马能谱仪技术参数2.1 探测器类型：GMX采用高纯度锗晶体探测器2.2 能量范围：0-6000keV2.3 能量分辨率：小于1.2% @ 1.33MeV2.4 探测效率：大于40% @ 1.33MeV2.5 计数率：能够支持高计数率的测量2.6 光子峰识别：能够准确识别不同能量的光子峰并进行能谱分析 2.7 数据采集系统：配备专业的数据采集和分析软件，支持实时采集数据和在线分析。
2.8 探测器尺寸：直径70mm，高度70mm2.9 工作温度：-25℃~+35℃2.10 工作湿度：20%~80%2.11 电源要求：标准交流电源220V三、GMX高纯锗伽马能谱仪的性能优势3.1 高纯度锗晶体探测器具有优良的能量分辨率和探测效率，能够准确测量不同能量范围的伽马射线，特别适用于高精度的核能谱分析。
3.2 GMX能够支持高计数率的测量，保证在较短的时间内获得大量数据，提高工作效率。
3.3 配备专业的数据采集和分析软件，能够实时采集数据并进行在线分析，使实验操作更加便捷和高效。
3.4 GMX的探测器尺寸适中，结构坚固稳定，易于安装和操作。
3.5 良好的工作温度和湿度适应性，适用于不同环境条件下的实验需求。
四、GMX高纯锗伽马能谱仪的应用领域4.1 核能研究：GMX可用于核能领域的伽马谱分析、核素定量测量以及核反应堆辐射监测等方面。
4.2 核安全监测：GMX可用于核安全事故的辐射监测和环境放射性物质的测量分析，对核安全事故的后果评估具有重要意义。
4.3 环境辐射监测：GMX可用于大气、水体、土壤等环境中放射性同位素的监测，帮助评估环境辐射水平，保障公众健康。
高纯锗探测器在核物理中的应用
高纯锗探测器在核物理中的应用锗是一种高纯度的半导体材料，他的晶体结构和硅十分相似，但是相对于硅，锗在中子和伽马辐射方面有更高的灵敏度和探测效率，因此在核物理研究中有着极其重要的应用。
高纯锗探测器以晶体为探测器探头，利用其敏感的能谱进行精确能量测量及磁谱等现象的研究。
目前在宇宙粒子宇宙线探测、核反应理论模型、中子源辐射领域更是有着广泛的应用。
一、高纯锗探测器简述高纯锗探测器是以纯度极高的锗晶体为探测器探头，外加高压并通过前置放大器和后置放大器将探测器信号扩大，最后通过计算机等先进设备将数据进行处理得到谱线的方法进行核物理研究。
高纯锗探测器在核物理的应用广泛而深入。
无论是测量中子捕获截面，还是对伽马光电峰进行精确测量，其不仅重要性大，并且具备灵敏、准确等优点，且无需背景物质的干扰。
二、高纯锗探测器在中子反应中的应用高纯锗探测器广泛应用在中子反应截面的研究中，其中测量中子截面是进行中子反应截面测量和 neutronics 设计的重要调研手段之一。
此类实验通常是采用被测样品薄片将中子束子孔所以，测量其产生次级粒子的光电峰，再利用高纯锗探测器对次级粒子光电峰的测量，据此推算中子束的截面积。
常常需要测量一些对技术有很高价值的核反应，如聚变反应等，在聚变反应的研究中，氘-氚裂变是一项非常重要研究任务。
氘-氚裂变的大量产生，是后续聚变反应中必不可少的材料，实际上也是一项很困难的实验任务，需要精准测量，而高纯锗探测器正是通过恰当地选择偏转磁场大小和位置来拓宽并消除它们，以消除极宽的反应截面带来的误差，可以得到较为准确的反应截面。
三、高纯锗探测器在伽马光子的研究中的应用高纯锗探测器在伽马光子的研究方面有着极高的可行性和优势，目前，大量研究表明，高纯锗探测器在研究伽马光谱线、伽马光子探测等方面具有独特的优点。
在同一能量范围内，在伽马光谱线测量方面，随着测量能量范围的增加，高纯锗探测器的能量分辨率也有所提高，并且，与其他探测器相比，其能量分辨率更加突出和尖锐。
高纯锗γ能谱仪在铀矿石镭测定中的应用
高纯锗γ能谱仪在铀矿石镭测定中的应用作者：薛文浩来源：《科学大众》2019年第06期摘; ;要：高纯锗γ能谱仪在地质找矿、环境监测等领域中的应用越来越普遍，特别是对于铀矿石中放射性元素的测定，具有精确度高、测量能谱范围宽、操作简便等特点。
文章采用蜡封法，将样品压实密封在样品盒内达到平衡，通过152Eu 对外界电磁感应进行能量刻度，在高纯锗（HPGe ）γ谱仪内测定铀矿石中Ra 的含量。
測定结果相对误差在﹣4.28%～2.63%之间，满足分析要求，并提出了减小测量误差的方法。
关键词：高纯锗γ能谱仪;铀矿石;镭目前在测量铀矿石中镭的含量时，通常使用射气法、高纯锗能谱法两种方法。
射气法需要经过熔融、富集等比较复杂的程序，而高纯锗能谱法步骤简便，只需将待测样品密封一段时间后，即可直接测量。
HPGeγ能谱法可用于测量矿石、土壤、建材以及水中的镭含量，也可运用于测量较低核素含量，分析精度要求不高的样品，结果一般满足分析要求。
HPGeγ能谱法的测定结果合格率通常为80%，本实验采用蜡封法，将样品压实密封于样品盒内，放置半个月后进行测量。
用152Eu进行能量刻度，对高纯锗γ能谱仪测量条件进行探索，经多种方法验证，测量结果准确可行。
1; ; 实验仪器及方法原理1.1; 实验仪器高纯锗探测器技术始于20世纪70年代中期，锗晶体的杂质浓度可降到1 010原子cm-3的水平，以其高探测效率等优点广泛应用于伽马能谱测量等领域[1]。
本次实验中所用到的仪器是美国ORTEC公司生产的GMX-50型高纯锗γ能谱仪，该谱仪对60Co1332.51 keV的能量分辨率为2.19 keV，相对探测效率为50%，康峰比为58∶1。
使用X-COOLER电制冷进行探头冷却。
标准源采用Cs和Eu，铀矿标准物质采用国家一级标准物质GBW 04110，镭含量为8.98×10-11 g/g。
1.2; 实验方法及原理高纯锗探测器的核心是PN结，通过锂蒸汽扩散法在晶体表面高度掺杂的N+层电极。
高纯锗_HPGe_谱仪对环境样品的探测效率刻度_陆继根
-0. 14
+ 1. 4 -3. 1
+ 2. 2 -5. 9
+ 2. 2 + 2. 5 + 8. 8
对 241 Am、 109 Cd、57 Co 的 59. 54kev、 88. 03kev、 122. 06kev、 136. 47kev 4个全 能峰 效
率 求 自然 对数后 作抛 物线 拟合。 再利用 57 Co、 137 Cs、54 M n、 60 Co、 22 N a 的 136. 47kev、 661. 65kev、 834. 87kev、 1173. 21kev、 1274. 55kev 的全能峰探测效率求自然对数后作线 性拟合。 曲线见图 1。 误差分析表明 ,本实验 效率曲线从低能段到高能段的总不确定度为
12% ～ 5% ,置信水平 95% 。 2. 2 152 Eu井形盒状体标准源作效率刻度
在环境样品测量位置上获取 152 Eu 标准 源的谱数据 ,测量时间 24h,各实验点的峰面 积计数误差小于 0. 5% 。 全能峰净峰面积用 自编程序算出 ,由于缺少必要的参数及条件 , 对峰面积没有 作符合相加和自吸收效 应校
一元线性回归分析 ,水质指标存在以下 相关性。
CO DMn= -0. 0955DO+ 2. 70 相关系数 r= -0. 601
拟合效率值 ε拟
7. 103× 10-3 8. 120× 10-3 2. 569× 10-2 2. 153× 10-2 1. 658× 10-2 1. 454× 10-2 1. 373× 10-2 9. 050× 10-3 7. 725× 10-3 7. 076× 10-3 6. 948× 10-3 5. 832× 10-3
效率刻度的标准源由中国计量科学研究 院提供。 其中混合单能 γ核素园柱盒状体 γ 标准源参数见表 1。152 Eu井形盒状体标准源 放射性比活度为 5. 11609× 103 Bq,参考日期 1993年 7月 22日。 同时还提供了一个基质
高纯锗探测器原理
高纯锗探测器原理
高纯锗探测器是一种用于测量辐射粒子的探测器。
它基于高纯度的锗晶体制成，并通过电场和电子学设备来测量辐射粒子的能量和位置。
高纯锗探测器的原理可以简单地描述为以下几个步骤：
1.能量沉积：当辐射粒子穿过高纯锗晶体时，它会与晶体中的原子发生相互作用，转移能量给晶体。
这个过程称为能量沉积。
2.电子孔对产生：能量沉积激发了晶体中的电子和空穴。
由于锗晶体的能带结构，激发的电子和空穴会在能带中移动，生成电子空穴对。
3.弹移：电子空穴对在电场的驱动下，以不同的速度向晶体的阳极和阴极移动。
电子和空穴的移动速度在锗中不同，这使得它们在时间上有所区分。
4.电荷收集：电子空穴对到达阳极和阴极后，会被电子学设备收集和放大。
这个过程产生的电荷脉冲波形可以用来测量电子空穴对的能量和位置。
5.能量测量：通过测量电荷脉冲的幅度可以获得辐射粒子的能量信息。
高纯锗探测器有很好的能量分辨率，能够区分能量非常接近的辐射粒子。
6.位置测量：通过测量到达阳极和阴极的电荷脉冲之间的时间差，可以确定辐射粒子在晶体中的位置。
高纯锗探测器的位置分辨率很高，可以精确测量细小区域的辐射。
总结起来，高纯锗探测器利用锗晶体的能带结构和电场来测量辐射粒子的能量和位置。
通过能量沉积、电子孔对产生、弹移、电荷收集等过程，可以获得辐射粒子的能量和位置信息。
它是一种重要的辐射探测器，在核物理、天体物理等领域有广泛的应用。
高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展
高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展摘要：高纯锗探测器是现今物理探测工作中经常应用的设备类型，具有较为广泛的应用价值。
在本文中，将就高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展进行一定的研究。
关键词：高纯锗探测器；广泛应用；自主研制；1 引言高纯锗探测器是应用在粒子物理、天体物理以及核物理方面实验研究的重要设备，在微量元素分析、材料科学研究方面具有重要的作用，具有探测效率高、稳定强以及分辨率好的优点。
近年来，我国也针对其开展了较为广泛的应用与研究，并获得了一定的成果。
2 物理研究作用2.1 暗物质探测在目前天体物理以及宇宙学研究当中，我们所能够观测到的物质仅仅为全部物质的4%，有23%左右物质是无法观测的，而是以暗物质形式出现，该类物质具有自身的质量，但不会发光。
在暗物质研究中，其质量则同弱作用中性粒子具有较为密切的关联。
近年来，寻找暗能量以及暗物质存在证据、对其性质进行研究成为了物理领域当中的一项重点内容。
在具体研究中，国际上所使用的方式也各有不同，主要有粒子探测以及天文探测等方式，其中，高能量分辨率的高纯锗探测器则成为了其中的一项重要工具类型。
在暗物质探测工作中，高纯锗探测器同液氩探测器以及液氙探测器相比具有更高的灵敏度以及能量阈，非常适合应用在10GeV以下暗物质粒子的探测工作当中。
其在实际探测中的原理，即当暗物质粒子打在锗原子核后，将形成反冲作用，并给出电、热信号。
目前，所使用的锗探测器类型有两种：一种在常规温度下工作，而另一种则在及低温度下工作，无论是哪一种方式，锗探测器自身都具有较小的电容与噪声。
2.2 76Ge无中微子双β衰变在近年来的物理研究当中，中微子一直是较为热门的研究话题，根据物理标准模型理论，其为无质量的，但在中微子振荡实验中，却可以发现中微子质量实际上并不为0。
该种发现的获得，也为标准模型理论的扩展提供了重要的实验基础。
为了能够在多种扩展理论当中实现物理机制的确定，物理学家也以较多方式实现中微子质量信息的量测，以此实现理论预期情况的甄别以及量化。
高纯锗简介
高纯锗γ谱仪分析对象：可以用来分析水、土壤、固体、气溶胶、沉降物、生物中的放射性核素活度。
原理：样品中的核素放射出的γ射线被探头所检测，变成信号进入数字化谱仪中，把脉冲信号变为谱图来进行计算得知这种核素的活度。
数字化谱仪：数字化谱仪是高纯锗谱仪采集、处理的重要部件。
他完成的温度、高压状况的实时数据的采集、发出控制信号、报警，以实现高纯锗探测器正常工作；完成死时间的计算与传输；完成脉冲信号的放大、成形；完成脉冲信号的采集(采用DSP芯片对信号进行实时采集)；完成电源的交直流转换、升压、稳压成比较稳定的高压电源以便输出到炮筒中的高压滤波模块中供探头使用；完成高压直流源向低压电源的转换，以便供系统中其他芯片使用；完成与计算机之间的数据传输与交流；个性化设置、保存及出厂设置的恢复。
铅室：为了实现低活度核素的测量，减少本低计数，以相对提高谱峰净计数的统计涨落，提高低活度核素分析的精度，必须使高纯锗多道谱仪在低本底环境下运行。
铅室的作用就是为屏蔽外界射线的干扰、保持测量环境的稳定、减少样品或刻度放射源对测试人员的辐射，实现谱仪的低活度、高精度测量目的，减少测试人员所受剂量。
能量刻度：能量刻度是建立γ射线能量和脉冲幅度的对应关系，可以使用常规标准源进行刻度，如：137Cs，60Co，152Eu，241Am,等等，经能量刻度的谱仪可以实现测量样品的放射性核素识别。
是核素定性分析不可缺少的。
效率刻度：效率刻度就是建立测量样品核素的能量效率对应关系或效率曲线，要分析样品中放射性核素的活度，还需要谱仪进行效率刻度。
是核素定量分析不可缺少的。
无源效率刻度软件：软件几何和材料建模能力强大，计算精度高，速度快，界面简单，使用方便。
其核心算法的正确性经过了200多块不同形状和能量体源的实验测量结果检验。
与参考源的结果基本保持一致。
电致冷高纯锗γ谱仪系统的管理与维护
电致冷高纯锗γ谱仪系统的管理与维护刘雪; 王是淇; 张明旭; 成钊意; 杨坤杰【期刊名称】《《实验室科学》》【年(卷),期】2019(022)005【总页数】5页(P183-186,190)【关键词】高纯锗; 电致冷; 高校实验室; 日常管理【作者】刘雪; 王是淇; 张明旭; 成钊意; 杨坤杰【作者单位】烟台大学核装备与核工程学院山东烟台264005【正文语种】中文【中图分类】G642.0; G482作为常见半导体探测器之一，高纯锗探测器在探测放射性粒子方面具有优越的能量分辨率、较高的探测效率、稳定的性能等优点［1］，是放射性核素识别、活度测量及X 射线分析领域的关键设备［2］，常被用于环保辐射系统对X、γ 射线放射性的监测，并且在核物理、粒子物理、天体物理等基础研究和材料科学、环境监测、安检和国防等领域有着广泛且重要的应用。
虽然国内的科研工作者和企业一直都在努力开展高纯锗探测器的自主创新研发［3－4］，但是仍然需要每年从国外ORTEC，Canberra 等公司进口数百台高纯锗探测设备［5］。
众所周知，为了保障高纯锗探测器的良好运行，需要将锗晶体冷却至85 ～105 K 的低温环境，这就对高纯锗γ 谱仪系统的日常维护提出了更高的要求［6］。
1 电致冷高纯锗γ 谱仪系统简介高纯锗探测器的冷却方式通常有液氮致冷和电致冷两种方式［7］，相对于前者，电致冷具有省却液氮填充、与探测器以软管连接从而探测方位更为灵活等特点。
然而，在提供便利的同时，电致冷的使用需要高纯锗γ 谱仪系统的日常管理中在断电、环境湿度方面给予足够的重视。
烟台大学于2012 年购置了一套ORTEC 高纯锗探测器( 型号: GMX50P4，PopTop 可拆卸结构) ，其冷却系统为电致冷装置( CFG－XCOOLER－II－230) 。
相比于液氮致冷，电致冷的最大优势是其与探测器采用软管连接并置于铅室下方空腔，探测器的方位就可以不受液氮杜瓦瓶的限制，其运行仅需要连续的供电条件，启动功耗500 W，运行功耗为400 W。
高纯锗探测器的选择
高纯锗探测器的选择针对实际测量条件选择最适合的高纯锗(HPGe)探测器，主要依据以下几条简单的原则。
这些原则均是基于基础的核物理原理，如探测过程如何实现、γ光子如何穿透材料以及γ能谱仪的工作原理等。
未经仔细选择的高纯锗探测器，将不会对谱仪系统的整体表现产生很好的优化。
本文主要协助用户轻而易举的做出明智而实用的选择。
1、高纯锗探测器的类型及其特点所有高纯锗探测器本质上就是一个大的反转二极管。
高纯锗材料分为N型和P型，由晶体中施主和受主的浓度来决定。
为了放大信号，需要连接二极管和进行信号处理的电子学线路，在晶体上做出两个接触极。
晶体上的电接触具有两极：较厚的锂扩散极，即N+接触极（几百微米）；较薄的离子注入极，即P+极（几百纳米）。
锂接触极较厚，因为此极是金属锂扩散到晶体中所形成的，厚度可控制在几百微米的量级，晶体能够被切割成任意形状。
然而，晶体（二极管）内部的电场分布很重要，这点使得具有实用价值的晶体形状被限制成带有中心圆孔的圆盘状或圆柱体状。
圆柱体探测器的一端是封闭的，又称为同轴探测器；而圆盘状的探测器一般称为平面探测器。
根据所用材料类型的不同(N型或者P型)，接触极是不同的。
对于P型探测器，较厚的锂扩散极在探测器的外表面而薄的离子注入极在内表面，ORTEC称之为GEM。
对于N型探测器，接触极和P型恰好相反，ORTEC称之为GMX。
P型平面HPGe探测器，ORTEC 称之为GLP；N型短同轴探测器，ORTEC称之为LO-AX探测器。
图1给出了两种P型探测器晶体的示意图，GEM和GLP；图2给出了两种N型探测器晶体的示意图，GMX和LO-AX。
整体而言，同轴探测器晶体大，探测效率高而能量分辨率较差；平面探测器晶体小，能量分辨率好而探测效率低。
图1. P型高纯锗探测器几何结构示意图。
图2. N型高纯锗探测器几何结构示意图。
近期ORTEC P型优化HPGe探测器——PROFILE系列探测器的成功开发则说明同轴P 型探测器的制造技术已经获得突破（参阅文献7）。
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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。
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100%效率的N型探测器。
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，应尽可能予以抑制。
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、绝对效率与实际效率
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。
绝对效率：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，此绝对效率为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，指其全能峰的中心道计数与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
同一型号的探测器采用相同的晶体结构和尺寸，从而保证了相当一致的效率曲线；
GEM-M系列：专门设计适用于马林杯状样品的测量，探测器端窗直径与晶体有效厚度一致；GEM-F系列：采用扁平结构晶体（直径>长度），对于滤纸、滤膜等薄层样品的测量能获得最理想的实际探测效率；
GEM-FX系列：有着-F系列类似的晶体结构，但采用超薄的接触极和碳纤维端窗，能量响应范围10keV至10MeV；还可作为超铀元素测量的理想选择；提供15%，20%和50%三种探测效率选择；
GEM-MX系列：结合-M与-FX工艺，能量响应范围10keV-10MeV，尤其适合于马林杯状样品；提供38%, 66%，115%和175%四种效率选择；
GEM-FX与GEM-MX在整个10keV至10MeV（“宽能”）的能量范围内都有十分优异的能量分辨率，从指标与实用意义上实现了传统P型与N型探测器的“优势组合”。
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。