高纯锗核辐射探测器
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。
高纯锗探测器简介
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。
ORTEC GEM40P4-76 实验室高纯锗γ谱仪
数字化谱仪 DSPEC-jr2.0-POSGE -最大数据通过率：大于 100kcps（低频抑制器 LFR 关闭） ；大于 34kcps （低频抑制器 LFR 开启） ； -具有低频噪声抑制（LFR，基于解决低活度测量时环境可能造成的噪声 问题） 、自动最优化、自动极零（Auto PZ，基于解决高计数率情 况下分辨率变差问题） 、 零死时间校正 （ZDT， 基于解决高计数率， 尤其是动态测量下死时间校正的准确性问题）和虚拟示波器等功 能； -液晶屏显示，能随时显示探测器晶体温度、高压状况、增益/零点稳定性、实时间/活时间和 计数率等信息；USB2.0 接口； -系统变换增益（存储器分段） ：由计算机选择为 16,384，8192，4096，2048，1024 或 512 道； -积分非线性 0.025%；微分非线性 1%； -数字化稳谱器：由计算机控制并稳定增益和零点； -温度系数： 增益:<35ppm/C ；零点:<3 ppm/C； -脉冲抗堆积：自动设定域值，脉冲对分辨率为 500ns。
深圳市瑞美德科技有限公司 ORTEC GEM40 在计数率从低到高的情况下，系统都能保证很好的测量精度；全面保证探测器的各项指标， 能量响应范围宽，分辨率优异； 高纯锗探测器 GEM40P4-76 能量分辨率 FWHM： 对 122 keV 峰（Co-57） ：≤ 870 eV； 对 1.332 MeV 峰（Co-60） ：≤ 1.85 keV 相对探测效率： ≥40% 能量响应范围： 40 Kev – 10 Mev 峰康比： ≥ 64：1 峰形参数： FW0.1M/FWHM ≤1.9，FW.02M/FWHM ≤ 2.6 端窗： 碳纤维窗，直径 76mm 冷指结构： 采用 PopTop 可拆卸冷指
地址：深圳市宝安区西乡金海路华盛辉综合楼 607 邮政编码：518000 电话：0755-27918647 传真：0755-27918647-802 E-mail: sales@
各类探探测器优劣比较
三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室）（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。
因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。
NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。
另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。
它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。
碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。
铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。
碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。
与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。
此外，它不易潮解，也不易氧化。
但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。
碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。
锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。
对0.511MeV γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。
BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。
在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。
BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。
价格高。
硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。
laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。
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。
基于geant4的高纯锗探测器模拟
- 30 -高 新 技 术０ 引言在核辐射探测过程中，探测器的选择会对测量结果造成很大影响。
由于每个探测器在结构性能上都存在差异，探测器尺寸大小的不同及构成γ谱仪的电子线路、器件参数的不同，都会导致谱仪的探测效率、能量刻度、分辨率等不同[1]。
由于高纯锗探测器相对于其他探测器来说具有较高的探测效率、优越的能量分辨率、极低的内部放射性水平以及较宽的能量测量范围，因此，在低水平测量条件下多采用高纯锗探测器进行探测，以此来提高测量的精度。
高纯锗因为其本身结构和装置体积的限制，导致在实际测量中对环境的要求较高，且容易受到其他因素的干扰影响测量结果，因此，需要对测量条件的干扰做出预测，并尝试找出在该测量条件下高纯锗探测器的探测限。
该技术在应用过程中常常会受到装置和经费等方面的限制。
蒙特卡罗方法能够逼真的模拟γ射线在物质中的物理过程，并且条件限制较小、获取信息全面，所以在某些方面可以代替实际的测量工作。
模拟软件Geant4继承了C++源代码的开放性特点，被广泛应用于各种领域的模拟实验中，且Geant4包括各种粒子的物理过程，能够有效模拟射线与物质的相互作用过程[2]，用户可以根据实际要求选择编写程序包获取模拟数据。
该文主要是利用Geant4程序模拟γ射线在高纯锗探测器中发生的物理相互作用，探讨γ射线在高纯锗探测器中的能量沉积与探测能谱的关系。
１ 模拟方法与模型１．１ 探测器模拟中使用的探测器参考GEM—MX5970P4高纯锗探测器的尺寸和探测性能[3]，探测器摆放位置距离放射源15 cm，探测器构造如图1所示。
基于Geant4的高纯锗探测器模拟王志朋 冀凤贞 邵晴晴 朱礼成（亳州市人民医院肿瘤科放疗中心，安徽 亳州 236800）摘要：该文利用蒙特卡罗程序包Geant4构建了高纯锗探测器的实际结构，模拟了γ射线在高纯锗探测器中与材料发生的相互作用。
通过统计光子在高纯锗探测器中的能量沉积，累计得到4种能量射线的能谱，并通过拟合公式对能谱进行展宽，模拟实际能谱。
半导体探测器
1) P区存在空间电荷，HPGe半导体探测器是PN结型探测器 。 2) P区为非均匀电场。 3) P区为灵敏体积，其厚度与外加电压有关，一般工作于全耗尽状态。 4) HPGe半导体探测器可在常温下保存，低温下工作。
趋势
上述各种γ射线探测器均须在低温下工作。人们日益注意探索可在常温下探测γ射线的半导体材料。一些原 子序数较大的化合物半导体，如碲化镉、砷化镓、碘化汞、硒化镉等，均已用于制备X、γ射线探测器,并已取得 不同程度的进展。
工作原理
简介
高纯锗探测器的特 点
随着锗半导体材料提纯技术的进展，已可直接用超纯锗材料制备辐射探测器。它具有工艺简单、制造周期短 和可在室温下保存等优点。用超纯锗材料还便于制成X、γ射线探测器,既可做成很大灵敏体积，又有很薄的死层, 可同时用来探测X和γ射线。高纯锗探测器发展很快，有逐渐取代锗。
采用高纯度的 P型Ge单晶，一端表面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质(如磷或锂)形成 N区和 N+， 并形成P-N结。另一端蒸金属形成 P+，并作为入射窗。两端引出电极。
的特点
1)能量分辨率最佳 ； 2) γ射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。 常用半导体探测器有： (1) P-N结型半导体探测器； (2)锂漂移型半导体探测器； (3)高纯锗半导体探测器；
P-N结
P-N结的类型
工作原理
存在的矛盾
多数载流子扩散，空间电荷形成内电场并形成结区。结区内存在着势垒，结区又称为势垒区。势垒区内为耗 尽层，无载流子存在，实现高电阻率，远高于本征电阻率 。
工作原理空间电荷分布、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1010Ωcm； I区厚度可达10～20mm，为灵敏体积。
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。
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。
辐射探测器用高纯锗单晶技术研究
电 子 工 业 专 用 设 备
材 料 制备 工艺 与 设 备
辐射探 测器 用高纯锗 单 晶技术研 究
刘 锋， 耿博耘 ， 焕鹏 韩
（ 国 电 子科 技 集 团第 四十 六 研 究所 ， 津 ３ ０ ２ ） 中 天 ０ ２ ０
摘 要 ：高纯锗 单 晶 可 以用作 制备 ｘ射 线辐射 探 测 器 。 绍 了锗 辐射 探 测 器 的研 究现状 与 结构 ， 介 论 述 了辐 射探 测 器对 高纯锗 单 晶的 净杂 质 浓度 、 位错 方 面的要 求 。 绍 了 目前 高 纯锗 生长 主要 的 介
ｄ ｔｃｏ ｓｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｌ ａｐ ｒｔ ｅ ａ ｉｍ ｉｇｅ ｃ ｓ ｌａ ｏ ｔｔｅ ｎ ｔｉ ｕ ｉ ｏ ｃ ｎｒｔ ｎ ｅｅ ｔｒ ｅ ｕ ｒ ｎ ｎ ｕｔ －ｕ ｉ ｇ ｒ ｎｕ ｓｎ ｌ ｒ ｔ ｂ ｕ ｈ ｅ ｍｐ ｒｔ ｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｅ ｒ ｙ ｍ ｙ ａ ｙ ｏ
（ ｈ ６ Ｒ ｓａｃ ｓｔｔ ｏ Ｅ Ｃ， ｉ ｊ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ Ｔ ｅ４ ｅｅｒｈＩ ｔｕｅ ｆ Ｔ Ｔａ ｉ ３ ０ ２ ， ｈｎ ） ｎｉ Ｃ ｎｎ
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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
高纯锗探测器测量放射性活度
四、实验装置高纯锗探测器×1；高压电源×1；电脑（数据处理系统）×1；放射源152Eu（已知活度A=2.75×104Bq)；放射源241Am（未知活度）五、实验步骤1、高纯锗探测器的效率曲线图利用已知活度的放射源152Eu测量高纯锗探测器的效率曲线图：（1）将放射源152Eu置于高纯锗探测器中间，关闭好铅室门，在探测系统中点击“Acquire”，找到“MCB Properties”项，设置工作高压为2000V，测量时间Live time为600.00s（即10min），点击开始测量（2）找出放射源152Eu各个能量谱线的峰值和对应的分支比。
（3）待测量系统显示测量时间Live time达到设置值，找出放射源152Eu各个能量谱线的峰值对应的全吸收峰净面积S并记录。
（4）根据c=S/ ε η t ，单位：(Bq•s-1) 计算出每个能量谱线的峰值所对应的探测效率ε，做出探测器探测效率与能量的关系曲线。
2、计算得出放射源241Am的比活度（1）将放射源241Am置于高纯锗探测器中间，关闭好铅室门，探测器参数参见1部分步骤无需更改（测量时间：10min)，点击开始测量。
（2）找出放射源241Am的能量谱线峰值以及相应的分支比。
（3）待测量系统显示测量时间Live time达到设置值，找出放射源241Am能量谱线的峰值对应的全吸收峰净面积S并记录。
（4）根据所测得高纯锗探测器的效率曲线图找到241Am能量谱线的峰值能量对应的探测效率ε，根据c=S/ ε η t ，单位：(Bq•s-1) 计算出放射源241Am的放射性活度A.。
六、实验数据记录及问题分析1、高纯锗探测器的效率曲线图表1：放射源152Eu各项参数值根据上表数据，以能量为横坐标，探测效率为纵坐标，用Excel做出高纯锗探测器的效率曲线图，如图1：由图1可看出，探测器的探测效率与射线放射能量近似呈现乘幂函数关系，对实验曲线做乘幂拟合，得出其趋势线公式为y=2512.7x^(-1.0268)该趋势线的R2为0.9509，近似于1，可见该趋势线可信度高。
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。
02核辐射探测器(半导体探测器)
半导体探测器半导体探测器是一种以半导体材料作为探测介质的新型核辐射探测器，它有很好的能量分辨能力。
随着半导体材料和低噪声电子学的发展以及各种应用的要求,先后研制出了P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器以及其它类型半导体探测器。
第一节半导体的基本知识和半导体探测器的工作原理根据物质导电能力,物质可分为导体、绝缘体和半导体。
物质的导电能力可用电阻率ρ来表示,单位为Ω·cm。
导体的电阻率在10-5Ω·cm以下,绝缘体的电阻率在1014Ω·cm以上,半导体的电阻率介于它们之间,一般在(10-2~10-9 )Ω·cm范围内。
半导体通常以晶体形式存在,晶体可分为单晶体与多晶体。
在单晶体中,所有原子都连续地按同一规律整齐地排列,这称为晶格。
多晶体是由许多小晶体颗粒杂乱地堆积起来的,因此多晶材料是不均匀的。
半导体探测器多是由单晶材料制造的。
一、半导体材料的电特性在单晶中，原子紧挨形成晶格排列, 相互之间有电磁力作用。
因此晶体中电子的能量就和孤立原子不同。
孤立原子中的电子只能存在于一定能级上，能级之间是禁区，电子不能存在。
对于单晶体，原子间存在着电磁力，相应孤立原子的能级就分裂成很多十分靠近的新能级，由于单位体积内原子数目非常多，这些分裂彼此之间非常靠近，可以看作连续的，这种连续的能级形成一个能带。
导体、绝缘体和半导体的能带如图3.1所示图 3.1半导体、导体和绝缘体的能带图图 3.1 所示的满带是由各孤立原子的基态分裂出来的能级,导带是由孤立原子各激发态分裂出来的能级。
满带和导带之间的禁区称为禁带,禁带宽度称为能隙,用Eg 表示,单位为eV 。
半导体与绝缘体、导体之间的差别在于禁带宽度不一样。
由于导体不存在禁带, 满带和导带交织在一起,导电性能好； 绝缘体的禁带最宽,约(2~10)eV,导电性能最差；半导体的禁带较窄。
约（0.1~2.2）eV,导电性能比绝缘体好,而次于导体。
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,
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
碳
,
硅 等中性杂质及 其 络合物 也 是 一 些 俘获 中心
对小 的 被 测 样 品 探
扭
,
接近
.
接触
典 型尺寸 外 径
,
井 直 径
井壁 内
深
,
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
.
又 经过
一 年努力
高 纯 锗 探 测 器 已逐步 取 代了 锉
,
漂 移锗 探测器
近 年来
,
随着 高 纯 锗 材 料 质 量 进 一 步提 高
器 件 制 备 中引 进 新 工 艺 和 配罩
低噪声 电 子 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系 统
,
高 纯锗 探 测 系 统 的 性 能 有 了 明 显 改 进
器 直 径 和耗 尽 层 厚 度 有关
型
,
图
,
灵 敏 区 与探 测
同 轴型 和 平 面
离子 注 入 电 极 消 除 了
的大 面 积 器件
,
谱 的 干扰
一
,
电容
窗薄
,
小于
可制成
,
小
图
,
分 辨率较 高
,
井 型锗 探 测器 侧效率高
,
能 量范围 但 电容 较 大
,
.
.
一
,
.
同轴 型
,
. ..
吕
实 际 上 有 时 由于 工
,
,
艺 不 善 或 结 构 设 计欠 妥
造成 表面沟道
使 电场 发生 畸 变
导 致 电荷 收 集效 率 降 低
这相
当 于 减 小 了 有 效 灵敏 体 积
死层 死 层 除 了视 扩 散 层 外 还 有 . 一.
,
.
应 当尽 力 降低 其 含最
一
综 上 所述
优 质 探 测 器 材 料 的 指 标 大 致 可归 纳 为
, ,
净杂质 浓 度
血
一
,
气 迁 移
一
,
率
.. .倪
丫
位 错密度
,
分布均 匀
,
平底坑
复 合和 俘 获 中心 尽 可 能 少
,
单晶尺 寸 尽 可 能 大
孙 雪瑜
北 京 核仪 器 厂
本 文 综 述 和 , 射 线 能谱 分 析 用 的 高 纯 锗探 测 器 绍制备
,
,
阐 述 探 测 器 对原始材 料 的 要 求
,
,
介
结 构和 性能参数
.
,
并 与 硅 射 线 探 测器
,
锗锉
射 线 探 测器和 碘 化钠
,
射线 闪烁
探 测 器进 行 了 对 比 关
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
,
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
, ,
,
已 经 发 展 了 一 种 轻 便 式 高哟 锗 探 测 器 系
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
,
位 错 的 影 响 是 各 向异 性 的 〔
晶 〕 向比
.
【
一
.〕 响 要 小 影
使用
一
"
,
〔
方 〕 向 的 晶体 仍 能 制 作 出 高 分 辨 率 探 测 器
平 底坑 密 度 愈 少 愈 好 心 其 密度
铜
,
,
它是 由硅 氧 络 化 物 的 诸 中沉 积 形 成 的 是 探 测 器 中 空 穴俘 获中
,
,
. .
,
.
一 '
的 材料 不 适 合 作 探 测 器 在 约
, ,
啾
一 '
时 已 能 观 测 到 电荷 俘 获 的 作 用
,
镍
被
,
锌 等杂 质 以 及 其 他 晶格 缺 陷
在 禁 带 中引入 深能级
,
它 们 起 复 合 中心 的
作用
浓度
,
型号
型和 型 单 晶都可 用来 制 作探测器
,
一
.
'.
厂之间
基
型 的 高纯锗 较之基
型的具 的作
有 两 个显 著 优 点
迁移率 用下
,
一 是窗薄
善 于
探 测 较 低能 量 的 粒 子
对
,
,
应 用 范 围 日益 扩 大
的
丫
目 前 高 纯锗 探 测 器 所 达 到 的 指 标 是
射 线 的 能 量 分辫率
,
相 对探测效率
帕
对
"
射 线 分辨 率 小 于
能 谱仪
,
射线能 量 范
围
一
色
主要 用 于 高分辨 率 的
探 测 高能粒 子 等
一 .
'
一
一 .
'
,
对 同轴 型 为
"
一
一 .
, ,
.
…
卜
灵敏区 高 纯 锗 探 测 器 一般 工 作 于 全 耗 尽 状 态 下
,
·
囚 此 除死 层 以 外 整 个 锗 材 料 均 为 对 辐 射 灵 敏
,
的区 域
.
现 阶段 平 面 型 体积可 做 到
但 用 离 子 注 硼 取 代 蒸把 工 艺 高 纯锗
女
的
的
一
,
射线
射 线 探 测 器 的死 层
可通 过 峰 本底 比 来 评枯
一
死 层 使 得 低能 部 分 出 现 拖
尾
也 可 测 量 不 同 能 量 下 全能峰 效 率 的 变 化 来 判 断 死 层 的 厚 薄
能 盆 分辨 率
一
净杂 质 浓 度
'
,
材
,
料
,
探 测 器 性 能 与原 始 高 纯 锗 单 晶质 量 有 紧 密 联 系
根 据探 测 器 的 用 途
.
被测射 线 的性质
.
所 需灵 敏 体 积 的 大 小 以 及
现 阶段 材料 和 器 件 工 艺 所 能 达 到 的 水 平 确 定 的 净杂质 浓 度 要 求 在
材 料 , 不 断 改 进 器 件 工 艺
可 使 总 的 分 辨 率 主 要 取 决 于探 测 器 的 固 有 分 辨 率 和
电子 学 噪 声
典 型 锗 探 测 器 的 分 辨 率为 的
,
一
,,
卜 一 或金把 等 蒸 发 层 的 非 灵 敏 区 对 其 起 因 解释 不 一
,
,
比较倾 向
或 硼 磷 离 子 注 入 层 的 住 论 点是 射 线
,
与 物 质 相 互 作 用 后 产 生 的等 离子 体 分 先 扩 散 到 表 面 被复 合 掉 测 到的 线
.
即热 电 子
动 速度
,
这 样 才 能 使 载 流子 被 有 效 地 收 集 起 来 位 错密 度 戈
,
晶格 完整 性
,
,
一 股 要求 小 于
.
一
制 作 探 测 器 因 为 它 有 大 量 空 位 其 作 用 犹 如 强 电 荷 俘 获 中心 位 错 分 布 要 均 匀 若 存 在 局 部 密 集 区 电场 分 布 将 发 生 畸 变 其 有 害 作 用 更 大
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第
卷第
期
月
核 电子 学 与探 测 技 术
.
年
高纯 锗 核 辐射 探 测 器
二
探 测系 统 的 能 量 分辨 本领 主 要 和 以 下 因 素 有 关 的统 计 涨 落 石 探 侧 器 的 固 有 分 辨 率 即 幻载 流 子 的