_76mm_100mmBGO闪烁探测器在20MeV以下能区的能量响应

忿第 6 期 、 1 1 月 原 子 能 科 学 技 术 A to m ie E n e r g y S e ie n e e a n d T e e hn o lo g y V o l . 2 7 , N o . 6 N o v . 19 9 3 争7 6 m m X 1 0 0 m m B G O 闪烁探测器在 20 M eV 以下 能区的能量响应 ‘ 刘 听 叶沿林 江栋兴 卢希厄: 刘洪涛 (北京大学技术物理 系, 1 0 0 8 7 1 ) 侧 卜海硅酸盐所提供的 笋76 m m x 100 m n , B G O 品体 $iJ ,飞 了 闪烁探测器 、 明 农探 叫 r , . : 州; 州戈’,三应 } 乙、出的 10 一1 00 M e V 的 了射线 划米测循对“匕 洲 。 . 比 t M 、一、 , 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 线 J 俄 ’ 】 “ 导 . 汉 . 2 % 价加飞电器 上川 若于(p , y )反址产 t tJ 祥肋 儿 j一侧 试探侧 器的能童响应 , 边 过圳致 的 数 们 写浮刘 该探测 器在 乙o M。\’ 以下能区 m 能量 ;llkj 、扭和 全亿 一圣能髦分辫率 、 对 1 7 . 6 5 M八’ 丫射 ; ’月叫{器的能最分辨率为 4 . 1 伙 、 关键词 B以 ) 闪烁探侧器 能量响应 次级电子 物致辐射 非线性拟合 ; 、二扣能重离子核物理实验的要求 , 制作 卯 6 m m 、 100 m m B(只) 州习烁探测器 , 在采用 冲件5 0 L 光电倍增管的情况下对探测器性能 已进行 了一些研究 i‘{。 : 、交书 仆、MA MA T SU R 1 3 0 7 光电倍增管 , 从光 电倍增管倒数第 2 个打拿极引出的信号 { 一‘寸信号 , 该信号经闪烁探测器专用前放 O R T E Cl l3 输入到主放 O R T E C57 2( 未用射极 佑 ) 、 , 阳极信 号用作时间信号 。 在 20 M e V 以下能区 对该探测器做能量响应研究 有关 裂浏件的技术细节参阅文献〔1 ] 。 几粗 L 大 1 所列的低能 (p , 力共振核反应得到 4 . 43 一 17 . 65 M e v 能区的 单能 y 射线 扣. 忿约北京大学技术物理系的 2 火 1 . 7 M v 加速器提供 。 靶是约 500 n n l厚的 IJ , F 和 B N , 二 友面抛光的单晶硅 。 HG O 探测器故在靶 后与束流成零 度角的方向。 ” B 的 2 个反应截 。Q Z 1 1 致 戈古匀教师 铸众和国 家 自然 私 产片草 能的 支持 己分币一I介冬 ’勺干,万l; 期 19 9 3 一()2 一 2 7 第 6 期 刘听等 : 价76 m m 又 100 m m B (H〕闪烁探测器在 20 M e V 以 下能区的能量响应 5 13 面都很小 , 为保证计数率 , 实验中 , 探测器前表面距靶 只有 12 c m 。 表 1 实验中采用的低能(p , 们共振核反应 T a ble l 《p , 丫) r eso n a n t 代a e tio n s u tilised in the e x Pe r im e n t 反应 共振能量 E , / k e V 共振截面 , , / 1 0 一 25耐 共振宽度 尸/ k e V E , / M e V 7 分支比 占/ % 入射质 子能量 E 。/ ke V 6 三马 6q d, , B (p , 7 )’ZC 1 3 9 0 6 7 5 0 . 0 5 3 , , B (p , 了)’ZC 3 4 10 0 13 9 7 6 8 7 37 9J6 , g F (p , ya ) 16 0 7 L i(p , 7 )8 & 0 . 0 5 0 1 0 2 1 2 70 1 7 . 2 3 1 2 . 8 0 4 . 4 3 32 2 1 2 . 15 4 . 4 3 2 . 4 6 . 13 12 14 . 7 5 10 0 9 6 . 5 17 . 6 5 Z Y能谱的分析方法讨论 用包含多个参数的非线性拟合方法处理数据 。 拟合函数的正确选择与 7 射线和晶体的相互作用过程以及 下能谱的以 下特点有关 :首先 , 晶体体积较大时 , 晶体中各种散射光子频繁地发生多次散射 , 与小晶体时相 比 , 丫能谱中康普 顿坪等所有成份都被展宽 ;其次 , 几个 M e V 以上的 y 射线在与闪烁晶体相互作用时 , 电子对效 应是主要的 , 它一方面导致单 、双逃逸峰的产生 , 另一方面 , 电子对效应产生的几个 M e V 的正 负电子在晶体中还会经韧致辐射放出大量 X 射线 。 入射 y射线能量较低时 , 这些 X 射线经多 次相互作用将绝大部分能量沉积在晶体中 , 只有一小部分从 晶体表面逃逸 。 从测到的能谱看 , 入射 y 射线的能量为几 M e V 时 , 这部分逃逸极少 。 当 下射线的能量为 10 M e V 左右时 , 这部 分逃逸在能谱中已很明显 , 16 一17 M e V 时更严重 , 它使得能谱主峰后沿成为一个缓慢下降的 斜坡 , 并一直延伸到很低的能量区域(图 1(a 、b ) )。 截面较小的康普顿散射和光电效应的次级 电子也会通过物致辐射逃逸能量 。 拟合中 , 全能峰和单 、双逃逸峰都可用高斯函数近似表示 。 康普顿坪和物致辐射逃逸成份 的处理则有些困难 。 通常 , 人们针对具体晶体采用某些经验公式来描 写康普顿坪 , 对大 B G O 还未见到能细致准确地描述康普顿坪的实用表达式 。 拟合中 , 韧致辐射成份如何处理研究得 很少 , 文献中类似工作都回避了对它的处理 。 另外 , 用经验公式的方法处理该成份是否可行也 是值得怀疑的。 因此 , 拟合中 , 用下面所述的近似方法处理韧致辐射成份和康普顿坪 。 数据处理中采用包含 10 个参数的拟合函数 Y (x ) Y (x ) = 几(x ) + 养(x ) + f p (x ) + fC (二 ) 式中 : x 、 Y (x )分别代表道数和相应道数的计数 ; 九(x ) 、养(x )分别为双逃逸峰和单逃逸峰 , 峰位分别固定在全能峰峰位 以下 1 . 022 和 o . sn M e V 处 , 两者的高度和 宽度是拟 合参数 ; 儿(x)’ 为全能峰 , 其高度 、峰位 、宽度均为拟合参数 ; fc (x ) 为康普顿坪 , 用常数函数加半段高 5 14 原子能科学技术 第 2 7 卷 .户VM口月浏、 卜日 l 几山 、 山 l(卜道教 卜, ||‘. 1|卜卜 ..⋯石. ... .. . 1 气M V 彭 12 0 、 曰M 、 , . . .声!枷2 ;似麟、日”、彭一一 图 1 ·实验谱 Fig . 1 E x p e r im e n t a l S p e e t ra ( a ) 、 ( d )—“B ( l) , 了) ‘z C : ( b )—7 1 1( p , 下)“压 : ( c )— ‘g F ( p , 丫。 ) ’6 ( ) 斯函数构成 , 它包含 3 个参数 。 所以 , Y ( 二 ) 可表示为 : Y‘工 , 二 C l 一 p { ( 二 一 C 6 一 Z d ) 2 1 , 、 下 ( 了 一 C 。 一 d ) “ 〕—一万万歹 一— }十 L 3 ’ e x P I 一 一 ~一下石万一一 }‘ 、 Z J ‘ L ‘ L 尹 4 J + C S e x p卜丝示寥立 )+ 、 ( l’ , e s , 。g , C l。 ,“ 气 7 J}C ‘f ( 二 少 = 城 _ r { C S ’ e x p l ( 二 < C 。) ( 二 一 C g Z C } 。勺 ( 工、 9 ) 式中 : d 为 0 . 51 1 M e v 的能量相应的道数 。 由实验中测量系统的能量刻度定出 。 对 10 M e V 以上的 7 射线 , 1 , 02 2 M e v 内的能量变化引起的峰宽度的改变很小 可以认 为单 、双逃逸峰的宽度 C : 和 C ; 与全能峰的宽度 C : 相等并可将 C : 和 C 4 固定为 〔’ : , 但这 里 仍然让 c : 作拟 合参数 。 这样 , 当在能谱的单 、双逃逸 区有物致辐射逃逸成份时 , 函数 j石( 、 )必 第 6 期 刘听等净76 m m x loo m m B以〕闪烁探测器在 20 M eV 以下能区的能量响应 5 1 5 然同时充当韧致辐射的角色 , 抵消这个区域的韧致辐射成份 。 韧致辐射成份只存在于全能峰 以下 , 而且从全能峰峰位以下开始逐渐加强 。 所以 , 高斯函数 九(x )的前半部分能够近似反映 全能峰峰位以下 1 . 022 M ev 区域内韧致辐射成份的特点 。 单逃逸峰的宽度 C ‘也没有固定 , 这是想用 c ; 拟合结果的合理性来判断 f d (x )对韧致辐 射成份抵消的效果 。 从下节的结果分析可以知道 , 这种近似方法是可以接受的 。 与类似工作相比 , 该拟合函数 Y (x )包含的参数数目是较少的 。 表 2 实验数据拟合结果 T a b le 2 F ittin g 代su lts o f the ex Pe r im e n ta l d a ta 全 能 峰 单逃逸峰 7 射线能量 E , / M e V 峰位 /道数 宽度 /道数 高度 /计数 能量分辨率 / % 宽度 /道数 与全能峰高 度之 比/ % 1 3 4 . 4 士 0 . 1 8 . 0 7 士 0 . 03 4 2 2 8 土 1 9 (1 士 0 . 0 0 4 ) 6 5 . 1 0 土 0 . 0 3 3 . 0 4 士 0 . 0 5 3 2 8 1 士 5 1 (l 士 0 . 0 2 ) 1 0 5 . 1 土 0 . 1 4 . 6 士 0 . 1 5 0 7 士 9 (l 士 0 , 0 3 ) 1 7 2 . 1 土 0 1 5 . 7 4 士 0 . 0 5 17 2 3 士 15 5 . 7 士 0 . 3 (1 士 0 . 0 1 ) 2 4 3 生 0 . 2 6 . 6 0 士 0 . 0 8 1 4 0 0 士 2 5 8 . 1 士 0 . 5 (1 士 0 . 0 2 ) 3 9 . 3 士 0 . 5 9 . 0 士 0 . 3 6 0 2 士 2 8 9 . 8 士 0 . 6 (l 士 0 . 0 3 ) 4 6 5 . 1 士 0 . 8 8 . 9 士 0 , 4 1 8 1 士 18 1 0 土 2 (1 士 0 . 0 4 ) 6 1 5 士 2 1 1 士 l 1 86 士 3 7 12 . 3 士 1 4 8 8 (l 士 0 . 0 9 ) 6 4 0 士 3 1 1 士 1 6 0 5 士 14 8 10 . 7 士 1 . 3 9 0 ;6l4662431315802365住L么东已12121717 (1 士 0 . 1 1 ) 3 数据处理结果 图 1 是实验中各反应的实验谱 。 扣除各种本底后得到各实验谱的净谱 , 用 自编的非线性 拟合程序拟合各谱 。 各能量点的拟合结果列于表 2 并示于图 2 。 图 2 (b) 是由图 1 (a )扣除本底 和 17 . 23 M e V y 谱的康普顿坪后得到的。 由拟合区间内各道计数的统计误差 , 用误差传播公式求出各拟合参量的协方差阵后得到 峰位 、宽度 、高度等拟合参量的误差 , 然后求出能量分辨率的误差 。 能量分辨率定义为全能峰 5 1 6 原子能科学技术 第 2 7 卷 侧 ⋯1 .{兰 、. {才叭砚 曰八咋||通叮||l叶 1 1 . | J卜| 阁阔勺湘曰91| 妇护二 户确脚 一J ‘: (;一 城 l一 :》 二 , 价乞交 图 2 拟合谱 Fig . 2 Fit tin g S Pe e tr a 的半高宽 FW H M 与全能峰峰位之比 。 由图 2 及表 2 可看到 , 当有韧致辐射逃逸时 : (l) “ 双逃逸峰 ”都相当宽 , 一直延伸到全能峰 峰位附近 , 这正是所希望的 ; (2) 单逃逸峰与全能峰峰宽大致相等 , 这也是应当的 ; (3) 全能峰能 量分辨率的拟合结果与文献「2 , 3」一致或略好 ; (4) 拟合结果稳定自洽 。 可 见 , 所用的近似方法 是好的。 韧致辐射逃逸较弱的 6 . 13 M ev 和 4 . 43 M e v y 射线的单逃逸峰与全能峰的高度之 比与 文献【2」的结果相近 。 能谱中各种不明确成份都在单 、双逃逸区 以下 , 它们对能谱的前沿影响很小 。 全能峰主要 分布在前沿区 , 在抵消了来自低能区的影响后 , 全能峰的定量结果是 可靠的。 另外 , 只要考虑 到拟 合结果中有韧致辐射逃逸成份存在 , 那么 , 单 、双逃逸峰的拟 合结果作为定性描述也可以 参考 。 函数 介 (二 )只是实验康普顿坪的一个很粗略的描述 , 有关的拟 合结果物理参考价值不 大 。 这里对康普顿坪作这样简单的处理是一种较好的选择 。 构造复杂的康普顿坪函数会带来 很多不利影响 。 本底中 , 有叨 K 和206 TI 放出的 1 . 46 和 2 . 62 M e V 的 了射线 , 对它们也作了拟合。 能量较低的 0 . 6 6 1 、 1 . 4 6 、 2 . 62 、 4 . 43 M e v 4 个实验点 的能量分辨率 应当遵从统 计的 第 6 期 刘听等 : 娇76 m m x 100 m m B G O 闪烁探测器在 20 M eV 以下能区的能量响应 5 1 7 E 一 “ 5规律 。 由该 4 点的能 量分辨率的测量结果 拟合得到一条能量分辨率 R 随能量 E 按 E 一 。 5规 律变化的曲线(图 3 )。 由图可见 , 随能量的增高 , 探测器的全 能峰能量分辨率 比 E 一 “ 5 曲线下降得 快 。 4 结论 在用大体积的闪烁晶体探测 y 射线 , 尤其是 入射 7 射线能量较高时 , 定量得 到探测器 的能量 响应 函数很 困难 。 本文 采用比较简单的拟合函 数 , 考虑 了能谱中包括韧致辐射在内的各种成份 的影响 , 得到了合理稳定和自恰的拟合结果 。 该探测器的能量分辨率与国内外相近尺寸的 B G O 晶体比较 , 在 相同能 区上 一致或略好〔2一“」。 这样的能量分辩性能可以很好地满足中能重离子 核物理实验 的测量要求 。 董卫中同志制作了靶膜 , 2 x 1 . 7 M V 加速器 实验室的沈定予 、王雪梅 、李硕中同志提供了高品 质的束流 , 在此谨致谢意 。 开 ‘- ~一一- - - 日匕-一 一- 占~ 一一- - 一曰匕- _ - - 曰. 日 问 . 日 l卫. 门 1 1, . 门 2 日. 0 万 了M 一 V 图 3 协76 m m 冰 1 0 0 m m B G( ) 探测器 能量分 辨率 R 与入射 了射线能量 E 的关系 Fig . 3 De p e n d en e e o f th e en er g y r e闷 th e 笋7 6 rn o n in eid e n t 火 1 00 m n 1 B以 ) u tio n o f d ete e to r g a m m a 一 r a ys e n e r g y I 为实验点 ; —为拟合曲线(尺 = 3 . 9 3 + 8 . 3一E 一 “ 5 )。 参 考 文 献 1 叶沿林 , 刘听 , 江栋兴 , 等 . 势76 m m x loo m m B以) 探测器性能研究 . 高能物理与核物理 , 1 9 92 , 16 (4 ) : 2 9 7 . 2 W e n d e r SA . B ism u th G e rm a n a t e a s a H ig h 一 E n er g y Ga m m a 一 R ay D e t e et o r . IE E E T r a n s N u e l s e i , 1 9 8 3 , N S 一 3 0 (2 ) : 1 5 3 9 . 3 B u sk irk F , C a v a lli 一 S fo r z a M , 6 y n e D , e t a l . E n e r g y R e so lu tio n M e a su r em e n t o n a I a r g e Sin g le BG () C rys t a l F ro m 1 M e V t o 5 0 M e V . IE E E T r a n S N u el Se i , 1 9 8 2 , N S-- 2 9 (1 ) : 3 4 6 . 4 王任仔 , 朱国 义 , 何景棠 , 等 . 用作电磁量能器材料的国产大尺寸锗酸秘晶体的性能研究 , 高能物理 与核物 理 , 1 9 8 6 , 1 0 (1 ) : 1 . 5 雷详国 , 郭应祥 , 罗亦孝 , 等 . B以 〕六棱柱探测元性能的研究 . 核电子学与探测技术 , 1 990 , 10 (4 ): 208 . 6 M o s s C E , Do w 己y EJ , E v a n s A E , e t a l . U n fo ld in g Bism u th 一 G erm a n a te Plu se 一 H e ig h D ist rib u tio n s t o D e le rm in e G a m m a 一 R a y Flu x Sp e e t r a an d l头〕s e R a t e s . N u el In s tru m M e thod s , 1 98 4 , 2 1 9 : 5 5 8 . 5 18 原子能科学技术 第 2 7 卷 E N E R G Y R E SPO N SE O F A 笋7 6 m m x 10 0 m m B G O SC IN T IL L A T IO N D E T E C T O R FO R G AMM A · R A Y S B E LO W 2 0 M e V I , IU X IN Y E YA N L IN JIA N D O N G X IN G L U X IT IN G L IU H ()N G T A O 肠加 r rm e n t o f了诊‘六n ica lPh ys ic s , 尸亡走in g U n i* rs iry , 1 0 0 8 7 1 ) A B ST R A CT A 7 6 m m 一 d ia m e te r b y 1 0 0 m m 一 lo n g BG (〕 se in tilla t io n d e te e to r 15 a ss e m ble d t o d e te e t th e hig h e n e rg y g a m m a 一r ay s Pr o d u e e d fro m in te r m e d ia te e n e r g e tie he a v y 一 io n n u ele a r r e a e t io n . T h e e n e rg y re s p o n s e o f the d e te e to r 15 s tu d ie d in the in e id e n t g a m m a 一 ra ys e n e rg y r a n g e o f 0 . 6 6 1 M e V to 1 7 . 6 5 M e V , the m o n o e n e r g e tie g a m m a 一 r ay s a r e g e n e r a t e d by ra d ia t iv e so u r e e s a n d se v e ra l lo w e n e r g y (p , 丫) r e s o n a n t n u ele a r r e a e t io n s . T he r e s卯n se fu n e t io n 15 o b ta in e d by d e lie a re d a te fitt in g . T he fu ll e n e r g y p e ak e n e rg y r eso lu tio n 15 1 4 . 2 % a t 0 6 6 1 M e V a n d 4 . 1 % a t 1 7 . 6 5 M e V , re s p e e tiv e ly . O n e a n a ly z in g m e tho d o f the e n e rg y s p e e t ra o f h ig h e n e r g y g a m m a 一 r ay s 15 a l - 5 0 d is e u ss e d in the Pa Pe r . K ey w o r d s B G () s e in tilla tio n d e te e t o r E n e r g y re s p o n s e S e e o n d a r y ele e tr o n B r em s s t ra hlu n g N o n 一 lin e a r fit 叫|||| |