基于SiPM与塑料闪烁体的核辐射探测器研制

发布时间：2017-08-31 07:00

  本文关键词：基于SiPM与塑料闪烁体的核辐射探测器研制

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【摘要】：随着国家经济和社会的快速发展,资源的消耗速度日益加快,对能源的需求日益增加,随之造成的环境问题已成为全社会普遍关注的焦点。核能作为一种新的清洁能源,可缓解能源和环境压力,在十三五规划中提到要加快发展核电等清洁能源,预计到2030年核电的装机规模将达到1.2-1.5亿千瓦。由于核能具有放射性,因此核与辐射安全问题被公众广泛关注。另外,在十三五期间,将推进载人飞船、空间站、月球和火星探测、北斗卫星导航等重大工程建设。空间环境辐射对航天活动也非常重要,空间辐射可以引起航天器内部电路元件的损坏,以及对宇航员的身体造成损伤,而且现在天文物理学的很多研究都依靠于对空间辐射的测量。所以不管是核能、航天活动、天文物理学,还是其它与核物理相关科学研究都依赖于辐射探测技术的发展,因此大力发展核辐射探测有它的物理意义和应用意义。本文的课题来源于深空中子探测项目,项目要求设计出小体积,低功耗的多路中子探测器,本文是整个项目的一部分,文中设计的探测器暂不对中子进行测量,主要是对γ射线的验证性测量。本文中使用硅光电倍增管(SiPM)代替传统PMT作为光电探测器件,基于新型的SiPM和塑料闪烁体设计小型的多路核辐射探测器。本文的主要研究工作:1.探测器硬件研制,包括探测器探头的研制和电路设计。其中探头研制工作包括:光反射层的包覆、SiPM的焊接、SiPM与闪烁体之间的耦合;电路设计工作包括:SiPM电压偏置电路、前置信号放大电路、以及信号成形电路的设计。最终设计出了四路探测器,探测器的功能正常,且体积小、信号幅度大、噪声水平较低。2.搭建探测器测量系统,主要是基于波形数字化转换器DT5751和个人计算机(PC)搭建信号探测及能谱测量系统。并使用测量系统对探测器的各项参数进行测量分析,参数包括:功耗、信号幅度和信噪比、探测效率、以及能谱分辨率。通过综合的测量,发现探测器的功耗低,对γ的探测效率高,线性度好,满足项目要求。
【关键词】：核辐射探测器 SiPM 塑料闪烁体 开关电源 符合测量 能谱
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL81
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-13
• 1.3 研究内容及论文结构13-14
• 第2章 SiPM及闪烁体核辐射探测器基本原理14-20
• 2.1 SiPM基本原理14-16
• 2.1.1 SiPM结构14
• 2.1.2 盖革计数模式下的雪崩放大14-16
• 2.2 塑料闪烁体16-18
• 2.2.1 有机闪烁体发光原理16-17
• 2.2.2 闪烁体主要特性参数17-18
• 2.3 闪烁体探测器18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 探测器研制20-41
• 3.1 探测器探头研制20-23
• 3.1.1 SiPM20-21
• 3.1.2 ST401塑料闪烁体21
• 3.1.3 SiPM和闪烁体的组装21-23
• 3.2 探测器电路设计23-40
• 3.2.1 电源电路24-34
• 3.2.2 信号电路34-39
• 3.2.3 PCB设计与制作39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 探测器系统搭建及测量41-55
• 4.1 电路功耗测量41
• 4.2 信号波形及信噪比41-42
• 4.3 波形数字化探测系统42-44
• 4.4 探测器探测效率44-47
• 4.5 能谱测量47-54
• 4.5.1 γ 射线与闪烁体作用原理47-49
• 4.5.2 两端符合测量49-51
• 4.5.3 能谱绘制及分析51-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 总结与展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文61

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1 洪跃;各种尺寸塑料闪烁体的制备及各种因素对性能的影响[J];原子能科学技术;1966年03期

2 卫民;空气等效塑料闪烁体的试制[J];原子能科学技术;1966年03期

3 傅伟安,华保滋;对三联苯闪烁体的制备[J];原子能科学技术;1966年03期

4 傅伟安,华保滋;闪烁体，

本文编号：764114