高纯锗探测器的选择
高纯锗γ能谱仪功率 用电量
高纯锗γ能谱仪功率用电量
高纯锗（HPGe）γ能谱仪的功率和用电量因不同型号和配置而异。
一般来说，HPGeγ能
谱仪的功率在几瓦到几十瓦之间，用电量相应地在几百瓦到几千瓦之间。
ORTEC高纯锗γ能谱仪的功率和用电量如下：
1. 功率：ORTEC高纯锗γ能谱仪的功率取决于所使用的探测器型号。
例如，GEM系列P型同轴HPGe探测器的功率在50W左右，而GWL系列井型HPGe探测器的功率约为100W。
2. 用电量：ORTEC高纯锗γ能谱仪的用电量也因探测器型号和配置而异。
一般来说，用电量在几百瓦到千瓦级别。
例如，GEM系列P型同轴HPGe探测器的用电量约为300W，
而GWL系列井型HPGe探测器的用电量约为500W。
需要注意的是，实际使用中的用电量可能会受到设备运行模式、温度控制、谱分析软件等因素的影响。
此外，不同型号的探测器和高纯锗γ能谱仪之间的性能和功耗可能有所不同。
在选购设备时，请务必详细了解产品规格和性能参数。
另外，为了确保高纯锗γ能谱仪的正常运行，应当使用稳定的电源，并确保电源电压与
设备要求的电压相匹配。
在实际应用中，根据实验需求和设备性能，合理安排实验时间和工作模式，以降低能耗和提高设备使用效率。
各类探探测器优劣比较
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。
高纯锗操作规程
GENIE 2000启动（1） 启动（ ） 启动
GENIE 2000启动（2） 启动（ ） 启动
GENIE 2000启动（3） 启动（ ） 启动
选择Detector,加亮DET01,点击Open,调用完毕
GENIE 2000启动（加高压 Ⅰ） 启动（ 启动
选择MCA中的Acquire Setup 中 选择
参数预置和谱获取（2） 参数预置和谱获取
预置测量时间(Time Preset)和时间单位 预置测量时间 和时间单位
GENIE 2000启动（样品测试） 启动（ 启动 样品测试）
放好待测样品后， 界面中点击Start按钮，开始测量 按钮， 放好待测样品后，在GAA界面中点击 界面中点击 按钮
样品谱图的保存
点击File Open，选择Save as，保存到文件夹。
GENIE 2000关机（1） 关机（ ） 关机
点击File Open，选择Close关闭当前的谱图。
GENIE 2000关机（降高压 Ⅰ） 关机（ 关机
选择GAA界面中 界面中MCA下拉菜单中的 下拉菜单中的Adjust 选择 界面中 下拉菜单中的
选择GAA界面中 界面中MCA下拉菜单中的 下拉菜单中的Adjust 选择 界面中 下拉菜单中的
GENIE 2000启动（加高压 Ⅱ） 启动（ 启动
加载高压，点击选择 加载高压，点击选择HVPS，选择 。出现 wait，待wait1） 参数预置和谱获取
GENIE 2000关机（降高压 Ⅱ） 关机（ 关机
降高压，点击选择 降高压，点击选择Stab，选择 。出现 wait，待wait消 ，选择Off。 ， 消 失，按Exit键。 键
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。
高纯锗γ能谱仪rm0200ga参数
高纯锗γ能谱仪rm0200ga参数一、概述高纯锗γ能谱仪是一种用于测量γ辐射能谱的仪器，具有高能率、高能量分辨率和宽能谱范围等特点。
RM0200GA是一款由某公司生产的高纯锗γ能谱仪，具有多项优秀的参数和性能，因此在核物理、辐射监测、环境监测等领域得到了广泛应用。
二、技术参数1. 能量分辨率：该仪器的能量分辨率优良，可达到2.0 keV（全宽半峰宽），能够准确测量不同能量的γ辐射，并能够分辨能量非常接近的γ射线。
这一性能使得RM0200GA在实际应用中具有较高的精度和可靠性。
2. 测量范围：RM0200GA具有宽广的能谱测量范围，可测量的γ射线能量范围为20 keV至3000 keV，适用于各种不同辐射源的能谱测量与分析。
3. 时间分辨率：该仪器的时间分辨率很高，可达到1 μs，能够快速响应辐射事件，并记录下其能谱信息，适用于高强度辐射场的实时监测。
4. 灵敏度：RM0200GA的灵敏度较高，可以有效地探测辐射源发出的微弱γ射线，对于环境中的低剂量辐射也能进行可靠的检测。
5. 多道分析：仪器配有高效的多道分析系统，可实现对γ能谱的实时处理、分析和显示。
其软件界面友好，操作简单，能够满足用户的不同需求。
三、使用方法1. 仪器的开启与关闭：在使用仪器之前，需按照操作手册的指导正确开启设备，确保供电正常、通讯稳定等。
在使用完毕后，需按规定步骤将仪器关闭，以保证设备的稳定性和使用寿命。
2. 样品的处理与测量：对待测样品进行处理、装载、调整等操作，根据实际需要选择合适的测量模式，并设置相应的参数。
开始测量后，要及时监测数据的实时变化，确保测量的准确性和可靠性。
3. 数据的保存与分析：测量完成后，需对测得的数据进行保存和备份，并进行数据分析，提取出所需的信息并输出相应的报告。
对仪器进行必要的清洁和维护工作，以确保其长期稳定运行。
四、注意事项1. 操作人员需熟悉仪器的使用手册，了解各项参数和性能，严格按照操作规程进行操作。
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。
超高纯锗单晶研制及其探测器应用研究
超高纯锗单晶研制及其探测器应用研究发布时间：2022-08-30T02:03:51.569Z 来源：《建筑创作》2022年第1月第2期作者：潘磊[导读] 随着现代科学技术的发展，人类不断加大力度探索太空高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化和高能天体活动，并寻找暗物质潘磊安徽光智科技有限公司摘要：随着现代科学技术的发展，人类不断加大力度探索太空高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化和高能天体活动，并寻找暗物质，使用高纯锗制备的X、γ射线辐射探测器及其能谱仪进行辐射探测便是最常用的科学手段之一。
与其他γ探测器相比，高纯锗探测器在探测粒子，尤其是X、γ射线方面具有能量分辨率好、探测效率高、稳定性强等优势。
鉴于此，本文主要对高纯锗单晶探测器的发展状况和与其生长工艺进行阐述，并研讨辐射探测器对高纯锗单晶的净杂质浓度、位错密度及其均匀性等方面的严苛要求，以推动辐射探测器用高纯锗单晶技术的快速发展。
关键词：辐射探测器，超高纯锗单晶，提纯，单晶生长，耗尽层，净杂质浓度，位错前言锗与生俱来就具备性能优异的晶体质量，但因其原料稀缺，以致价格居高不下，而且锗禁带宽度不大，难以形成稳定的氧化物而在较长一段时间内不被考虑作为集成电路以及分立器件制造材料的第一选择。
然而伴随目前核物理技术和新能源产业的飞速发展，锗因其单晶体质量优良、电子有效自由程不大等优势再次备受人们的关注，并被应在核辐射探测器制造和使用领域。
高纯锗单晶材料是单晶材料领域的巅峰代表，纯度可达13N（99.99999999999%），是制造高纯锗辐射探测器的核心材料。
与其他辐射探测器相比，高纯锗辐射探测器具有能量分辨率好、探测效率高、稳定性强等优点，在核物理和核反应、天体物理与化学、检验检疫、环境、医学及国防安全等科学和社会领域得到广泛应用，市场前景广阔。
1高纯锗辐射探测器的应用工业上最初采用纯度为1×1013至1×1014 cm3的锗单晶制造的锂漂移型锗探测器。
07低本底高纯锗γ谱仪
峰形参数：FW0.1M/FWHM≤2.0，FW0.2M/FWHM≤3.1
致冷：垂直冷指，液氮致冷或电致冷
采用智能连接单元同数字化谱仪连接；探测器回温时高压自动切断。
2、数字化谱仪
最大数据通过率：大于100kcps；
具有自动最优化、自动极零、零死时间校
正和虚拟示波器等功能；
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；
1台
5、低本底铅室：
要求进口铅室；
铅室主体材料和构造：外层≥9.5mm厚低碳钢、中层≥100mm厚铅、内衬材料为铜或锡。
整体浇注；
铅室与探测器匹配，易于样品测量。
6、液氮储藏罐
配工作用罐1个（进口），另配一个储藏运输罐。
7、冷指延长杆1个
8、液氮传输装置1套
自增压液氮传输装置，包括橡皮传输导管。
9、台式电脑1台、激光打印机一台；
10、标准刻度源：能量刻度源一个，能量范围：30~2000KeV；至少有四个以上能量刻度点，活度在1µCi；具有国家法定证书。效率刻度体标准源三套：其中包括建材体标准刻度源、生物体标准刻度源和液态体标准刻度源，效率刻度体标准源核素能量覆盖范围在30~2000 KeV，至少有7个以上能量刻度点，具有国家法定证书。
CPU型号Intel奔腾双核、内存大小2048MB、硬盘容量320GB、光驱类型DVD-R、显示器大小19英寸宽屏LED、显卡独立、显存容量512MB、声卡集成、1000Mbps以太网、多功能读卡器、4个USB2.0、三年质保。
打印机：配有250页进纸盒10页优先进纸槽，大于20页/分钟的专业打印机速度。
积分非线性≤0.025%；微分非线性≤1%；
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）。
高纯锗探测器与其他探测器
hv
散射
E
一种HPGe反康普顿谱仪
用HPGe反康 反符合屏蔽与康 普顿 探测器 普顿抑制低本底 60Co 测得的 HPGeγ谱仪 能谱
4.3.4电荷收集和时间特性
1）输出回路：由于HPGe探测器也是半导体探测 器，因此其输出回路，输出信号与其他半导体探 测器基本一致
RL
高纯锗探测器与其他探测器
第四节：高纯锗探测器
1.高纯锗探测器的结构 2.同轴型高纯锗探测器的电场和电容 3.高纯锗探测器的主要性能
什么是高纯锗探测器？
由于一般半导体材料的杂质浓度和外加高压 的限制，耗尽层厚度为1～2mm。 对强穿透能 力的辐射而言，探测效率受很大的局限。由 此而研发的一种耗尽层厚度较大，杂质浓度 低，电阻率极大的半导体探测器。其基底为 高纯度的锗，称之为高纯锗半导体探测器。
4.1高纯锗探测器的结构
高纯锗探测器的结构主要有两种：
平面型
同轴型
1）平面型高纯锗探测器
高纯锗探测器禁带宽度只有0.7 eV左右，， 其工作原理与结构与 PN节半导体探测器区别 保证Ge晶体工作于半导体状态，并防止电子 因为温度自激发带来显著噪声。 不大，但体积较小，且厚度为 5mm-10mm， 另外整个探测系统中的前置放大器通常与探 常用于低能 或X射线的探测以及高能的带电 测器安装在一起，前置放大器中的第一级场 粒子的测量。 效应晶体管（FET）也被冷却至接近77 K 的 其工作时需要注意两点： 温度，目的是为了减少FET噪音。
E (r )
V
r ln
r r
0
r为灵敏区半径
2 1
式中r1和r2分别为未补偿的P芯半径
灵敏区的电容
平面型：
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。
实验室γ能谱仪的选购和验收
实验室γ能谱仪的选购和验收摘要由于放射性的危害，而且一般情况下必须借助专门仪器方可感知。
目前日本核电站事故背景下，γ能谱仪成为口岸实验室最重要的放射性核素检测仪器。
本文对高纯锗γ能谱仪的结构、类型、指标进行简单的说明，为检验检疫实验室购买和验收该仪器提出了参考意见。
关键词γ能谱仪放射性检测中图分类号TL81放射性危害因涉及面广、隐蔽性强、杀伤力强、危害性大且难以进行销毁处理，受到各国的政府高度重视和公众媒体的高度关注。
由于放射性物质具有上述特性，一旦通过物流进入国内，很可能会危害到国民生命健康和造成环境污染，并引起很严重的社会恐慌。
3月份，日本大地震引发福岛核电站事故，造成大量放射性物质外泄，是1986年切尔诺贝利核电站事故以来最大的一次核污染事件。
国家质检总局立即要求各口岸加强对日本进口货物、人员及其携带物和交通工具放射性检测。
放射性检验中，需要对放射性核素进行定性和定量。
很多放射性核素，如碘-131、铯-137、铯-134都有γ放射性，这时候，γ能谱仪就成为放射性核素定性定量最有力的检验仪器。
由于γ能谱仪，特别是实验室用的高纯锗γ能谱仪，是放射性检测的专用仪器，配备该仪器的检验检疫部门实验室并不多。
而鉴于目前放射性检验的迫切需求，该仪器估计在以后一段时期将成为重点购买的仪器设备。
正因为γ能谱仪并不是实验室常用仪器，所以很多检验检疫人员对该仪器还比较陌生。
本文简单介绍了实验室用的高纯锗γ能谱仪的结构、类型，并详细说明一些主要指标和验收过程，目的是为检验检疫实验室更好地选购和验收γ能谱仪提供参考意见。
1 γ能谱仪简介不同的放射性核素衰变将发射具有不同能量的特征γ射线。
对一个待测的样品，如果能够将其辐射的γ射线和按能量顺序分别记录，就可以获得样品辐射的γ谱(Gamma Spectrum)。
根据γ谱上的射线能量和脉冲计数量，很容易判别辐射核素的种类及确定其活度量。
图1是40K的γ谱，其横坐标是能量值，以电子伏特(eV)计，纵坐标是计数值。
高纯锗探测器课件
Front metallization
Ohmic back contact
P
Intrinsic Semi
N+
To positive bias voltage
由硅作为基体的探测器称为Si(Li)探测器，由锗作为基体的探测 器称为Ge(Li)探测器。锂离子是用于漂移成探测器的唯一的离子。
5.1.2 锂漂移探测器的工作原理
2 2 1
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：
D E 0
电势的泊松方程
D
D E E 2
E
2
2
电位ϕ满足的泊松方程
a x x a y y a z z a x x a y y a z z 2 2 2 2 2 x y z 2
4.3.2探测效率
（1）绝对全能 （2）相对效率 峰探测效率 εp
左图为HPGe和Ge(Li) 绝对全能峰探测效率 εp 探测器的效率刻度曲 线，是用能量和各能 量射线分支比已知的 全能峰——光电效应＋所有的累计效应 放射源进行刻度的， 全能峰计数 可以看到在能量为 εp= 放射源发出的射线数目 200keV-3MeV之间相 对效率与射线能量之 εp是射线能量的函数，因此想要高的探测效率 间的关系近似为一条 需要使入射的射线全部沉积在灵敏体积当中通 直线。在这个能量区 常需要知道εp-Eγ的关系曲线，一般采用刻度法。 间的探测效率相对来 说可以准确的获得。
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。
高纯锗谱仪的探测效率与伽马能量和探测距离的关系研究
高纯锗谱仪的探测效率与伽马能量和探测距离的关系研究高纯锗谱仪目前在科学实验和科研教学中都被广泛应用。
研究高纯锗谱仪的探测效率与伽马能量和探测距离之间的关系，有利于我们更好的应用高纯锗谱仪。
本次实验中利用了标准源133Ba，137Cs和60Co刻度高纯锗探测器在高能段（E ＞160KeV）的效率曲线。
通过调节探测器与标准源之间的距离（10＜d＜150mm，γΔd小于0.5mm），观测效率曲线和探测距离之间的变化关系。
并且在测量过程中为了减小统计误差，各特征伽马的全能峰计数都大于2.0×105；同时还利用了强干扰法对其中较大死时间的数据进行了修正。
最后通过拟合所有的实验测量点，得到了探测效率与伽马能量以及探测距离之间的普适函数关系，这一结果为今后开展大规模的非标准样品的实验测量和体样本探测效率的模拟计算等工作提供了便利条件。
第一章引言1.1研究背景和意义高纯锗伽马谱仪（HPGe-γ）是γ射线能谱分析的重要设备，由于其能量分辨率好，能量响应范围宽等优点，在能量分辨率和中子活化分析要求都比较高的γ能谱分析场合，一直被广泛应用，如：放射性核素的甄别和活度测量。
在核辐探测领域中，受到人们极大重视。
早期的锗探测器是用杂质浓度1013—1014cm-3的p型锗，通过锂离子漂移技术获得补偿高阻来实现。
1971年Hall和Hansen首次研制出净杂质浓度≤1010cm-3的锗单晶，接着又制成了高纯锗探测器，近年来，随着高纯锗材料质量的进一步提高，器件制备中引进新的工艺和配置低噪声电子学系统，高纯锗探测系统的性能又有了明显的改进，使其应用范围日益扩大，目前在核辐射核辐射探测领域被广泛使用。
目前的高纯锗伽马谱仪所能达到的指标是：对60Co1.332Mev的γ射线的能量分辨率为1.6keV，相对探测效率45％；对55FeV X射线分辨率小于150V，γ射线能量范围2keV—10MeV。
主要用于高分辨率的γ能谱，探测高能粒子等。
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。
高纯锗射线探测器及其新技术
• 在目标电极的静电荷 信号(net charge signal),
• 在邻近区段产生的信 号称瞬态电荷信号 (transient charge signal)
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静态和瞬态电荷信号
• 瞬态
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静态和瞬态电流信号
• 电流信号
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位置分辨率
• 比较静态和瞬态电荷的幅度和形状， • 比较电流信号的幅度和过零点， • 位置分辨率远小于区段的几何尺度. • 在r、z和位置分辨率2mm. • Ge30000颗粒.
• 反康阵列的性能达到 极限，需要新概念。
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４．Clover和cluster
• Clover,四叶苜蓿草 • 四个5070mm2,n-型单
端同轴HPGe，每个相对 NaI的效率21%，总体积 470cm3． • BGO长242mm，厚度从 19.5mm到3mm。 • 35mm厚重金属准直器用 于防止射线直接点火BGO。 • 共用一个低温罐．
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Ge反康普顿谱仪阵列的意义
• 角分布，能级自旋和多极混合比； • 通过多重符合得出射线级联关系； • 分辨本领显著地提高。
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现代的阵列
球(Gammasphere)
• 在1987年美国洛伦兹贝克莱国家实验室建 造球．
122 个HPGe + BGO组成，110六角形，12五角形. 有效立体角2，全能效率9%，P/T比55%。
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总结-性能比较
在=30%，M =1时
• 类型
E keV %
• Ge
39 0.07
3
引言－射线探测器的特性
固有的、导出的及与源和环境有关的三种 特性参数。 • 1.本征能量分辨率E/E，Doppler展宽=0,
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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）。
如此，用户既可选择传统的接触极厚度为600微米的探测器（GEM-M & F），也可选择接触极厚度约为10微米的探测器（GEM-MX & FX）。
另外，针对不同形状的样品也可选择不同的探测器：针对扁平样品，有PROFILE GEM F和PROFILE GEM FX系列；针对马林杯等大体积样品，有GEM-M和GEM-MX系列。
图3.P型优化GEM-MX & FX高纯锗探测器几何结构示意图。
同轴结构使得更大尺寸探测器的制造成为可能，但是大的晶体尺寸同时也意味着大的电容，而大的电容会降低能量分辨率，因此需要在二者之间取得平衡：在低能端获得最好的能量分辨率；在高能端获得最大的探测效率。
ORTEC的LO-AX的几何形状类似于半圆盘(或短同轴)形状，具有较好的低能端能量分辨率和较好的高能端探测效率。
对于新开发的P型优化PROFILE GEM MX & FX探测器，由于较薄的接触极和P型材料的使用，意味着在低能端探测效率优于平面型探测，且在低中高能均具有非常优异的能量分辨率。
P型同轴高纯锗探测器(GEM)是实验室中应用最广泛的高纯锗探测器，而PROFILE系列的P型探测器的使用量的增加，主要原因是该探测器的几何形状能与被测样品更好的匹配，可获得最佳的实际探测效率。
N型同轴探测器(GMX)则由于超薄接触极制造工艺的提高，使得在低能端具有较高的探测效率，且在高能端的能量分辨率与P型相差无几。
目前能够制作出的最大GEM探测器的相对探测效率为200%，比GMX大概高出100%。
LO-AX和GLP(平面探测器)具有完美的低能端能量分辨率，但降低了高能端的探测效率和能量分辨率。
近期推出的PROFILE系列探测器提供了集低能端高探测效率和全能区优异的能量分辨率于一体的选择，且有与滤纸样品相匹配的探测器形状(GEM-F & FX)，与马林杯样品匹配的探测器形状(GEM-M & MX)。
PROFILE-FX系列在低中高能区有完美的能量分辨率，但由于较小的厚度限制了其高能端探测效率，于是对扁平样品全能区的伽玛射线的测量具有最高的实际探测效率；GEM-MX系列则不仅在整个能量段具有非常好的能量分辨率，且晶体尺寸可以非常大，最大探测效率可达175%，对马林杯等体源具有最高的实际探测效率。
井式HPGe探测器(GWL)
井式HPGe探测器(GWL)能够获得可以达到的最高探测效率，但不可避免的引入了一些复杂性。
由于样品和探测器之间的接触非常贴近，因此“符合相加事件”的发生有时候使刻度变得复杂。
选择井式探测器时需要考虑到这一点，当然ORTEC的能谱分析软件可解决这个问题。
一般而言，井式探测器主要用于样品量非常小的研究领域，比如说在某些鉴定实验室。
图5. GWL系列的井式探测器剖面图。