HPGe高纯锗谱仪实用培训课件
117页1、1,HPGe谱仪培训内容,HPGe物理基础 HPGe谱仪的安装 Maestro-32/GammaVision软件的安装 系统参数设置 相对测量法 全谱刻度法,2,衰变,衰变:原子核从激发态通过发射光子(射线)或其他过程跃迁到较低能态的过程。该过程核电荷数不变、核子数不变。 衰变特点: 从原子核中发射出光子 常常在 或 衰变后核子从激发态退激时发生 产生的射线能量不连续 可以通过测量光子能量来鉴定核素种类,3,放射性活度及其单位,活度:单位时间内发生衰变的原子核数(每秒钟的衰变)。 国际单位:贝克(Bq),1Bq = 1衰变/s。 旧单位:居里(Ci),1Ci = 3.71010Bq 比活度:单位质量(或体积)样品放射性活度。 浓度:单位体积的液体或气体的放射性活度。,4,放射性衰变基本规律,指数衰减:放射性核素的放射性按照时间的指数形式衰减。 定义: 则: 为衰变常数:一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。,5,Co60衰变纲图,6,高纯锗基本类别,7,e-,h,p 型锗,p+ (B implantation),n+ (Li drifted),P型锗信号收集,8,h,e-,n 型锗,n
2、+ (Li drifted),p+ (B implantation),N型锗信号收集,9,整流接触,E - 电场强度 x - 距整流接触的距离 D - 晶体厚度,接触极的类型: p+ 接触 - 硼离子注入 n+ 接触 - 扩散Li p+ B 注入 - 厚度0.3m n+ Li 扩散- 厚度600m 接触的位置: 总是选择外表面为整流接触。 距整流接触越近,电场越强。 耗尽区随着外加电压的增加从外向内扩散,当达到耗尽电压时,正好扩散到内表面。,10,探测器和第一级信号处理,HV,探测器,FET,Rf,Cf,至前置放大器,11,能量分辨率,dE = dE(统计涨落) + dE(电荷收集涨落) + dE(电子学涨落) dE(统计涨落) = SQRT(2.35 * F * * E) - 1.32 keV (Co60) E = 射线能量 = 平均电离能 = 2.96eV F = 法诺因子 = 0.08 dE(电荷收集涨落) = dE (E, volume) - 1.7 keV (Co60) dE(电子学涨落) = dE (volume) - 1 keV = 2.3 keV,12,时间特性,v(e
3、-) = vmax(e-) E = 105 V/m v(hole) = vmax(hole) E = 3*105 V/m vmax(e-) = vmax(hole) 1cm/100nsec = 获得最快的上升时间可通过施加非常高的电压来实现 脉冲的形状和上升时间与载流子在探测器的灵敏体积中形成的位置有关。当探测器受到大面积照射时,电子空穴生成的位置大体上是随机分布的。,注意: 脉冲形状问题可通过使用恒比甄别器来解决。,13,峰形,峰形参数: 高斯分布 FW.1M / FWHM = 1.823 FW.02M / FWHM = 2.376 存在托尾的高斯分布 : 真实的探测器 FW.1M / FWHM 2 FW.02M /FWHM 3 存在托尾的原因: 载流子的不完全收集 电子的轫致辐射损失,14,射线与物质的相互作用,射线与物质相互作用,可以有许多种方式。当射线能量在30MeV以下时,在所有相互作用方式中,最主要的三种是: 光电效应 (数百keV以下) 康普顿散射 (数百keV至5 MeV) 电子对效应 (5至10 MeV),15,光电效应,光子的全部能量转移给原子中的束缚电子(通常为K
4、壳层上的电子) 自由电子的能量和动量守恒 : h = me-ve-2 and h / c = me-ve- = 束缚电子的能量和动量守恒 : h = me-ve-2 + Ebind and h / c = me-ve- + matom vatom = Ebind (结合能)取决于原子序数Z,一般为几个keV至数十keV 光电效应截面正比于Z5 = Ge (Z=32) 的光电截面远大于Si (Z=14) 结合能将以特征X射线形式释放出来或发出俄歇电子 = 光电子和俄歇电子在HPGe中产生电子-空穴对。,16,光电效应- 谱图,17,康普顿效应,入射光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞,光子的一部分能量转移给电子,使它反冲出来, 而光子的运动方向和能量都发生了变化,成为散射光子。 h = h / ( 1 + h / m0c2 * (1 - cos ) ) with m0c2 = 0.511keV = 0 光子能量没有损失 = 180 称反散射,散射光子能量为最小值,而反冲电子的动能达到最大值。 h = h / ( 1 + 2 h / m0c2 ) 用极座标表示的微分散射截面 与散射角度、能量
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