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碲锌镉探测器对14MeV脉冲中子束的直照响应

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原子能科学技术 2009年第4期43卷 381-384页

作者：潘洪波欧阳晓平张显鹏李大海李宏云邱孟通李刚西北核技术研究所陕西西安710024

碲锌镉(CZT)晶体具有优良的材料性能,是一种备受关注的新型核辐射探测器材料。本工作运用MCNP程序模拟了CZT探测器对14 MeV中子的直照响应,且在ING-103型稠密等离子体聚焦装置14 MeV脉冲中子发生器上进行了实验研究。结果表明:CZT探测器... 详细信息

碲锌镉(CZT)晶体具有优良的材料性能,是一种备受关注的新型核辐射探测器材料。本工作运用MCNP程序模拟了CZT探测器对14 MeV中子的直照响应,且在ING-103型稠密等离子体聚焦装置14 MeV脉冲中子发生器上进行了实验研究。结果表明:CZT探测器对14 MeV脉冲中子的直照响应理论值与实验值有较好的一致性;在包含因子k为2时,实验值的扩展不确定度小于14%;且CZT探测器对14 MeV脉冲中子具有1.28×***2的灵敏度,适用于测量高强度脉冲中子。

关键词：碲锌镉探测器脉冲中子直照响应稠密等离子体聚焦装置

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碲锌镉探测器的数字核信号处理系统设计

核技术 2015年第11期38卷 49-56页

作者：曾国强魏世龙夏源李强徐亚东葛良全介万奇成都理工大学地学核技术重点实验室成都610051 西北工业大学航空学院西安710072

设计了完整的碲锌镉(Cd Zn Te,CZT)探测器数字核信号处理系统,包含了低功耗偏压电源、低噪声电荷灵敏放大器、数字梯形多道脉冲幅度分析器及数字上升时间甄别器。在考虑探测器与后端数字多道优化匹配前提下设计了低噪声电荷灵敏放大器;... 详细信息

设计了完整的碲锌镉(Cd Zn Te,CZT)探测器数字核信号处理系统,包含了低功耗偏压电源、低噪声电荷灵敏放大器、数字梯形多道脉冲幅度分析器及数字上升时间甄别器。在考虑探测器与后端数字多道优化匹配前提下设计了低噪声电荷灵敏放大器;数字多道脉冲幅度分析器(Digital Multi-Channel Pulse Height Analyzer,DMCA)通过高速模数转换器将模拟核信号离散化后,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中实现数字核脉冲信号处理;FPGA芯片中以快慢双通道梯形成形器为核心,针对碲锌镉探测器空穴收集不完全的问题,设计了数字上升时间甄别模块,有效消除了空穴拖尾效应,显著提升碲锌镉探测器的能量分辨率。从实验结果可知,针对西北工业大学提供的4 mm×4 mm×2 mm的准半球结构碲锌镉探测器对241Am的分辨率最佳可达3.6%,对137Cs的分辨率可达0.96%。

关键词：碲锌镉探测器电荷灵敏放大器核信号处理系统上升时间甄别数字脉冲幅度分析器

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电流型碲锌镉探测器伽马灵敏度性能优化

原子能科学技术 2022年第2期56卷 387-393页

作者：陈翔张侃郝帅张凯韩和同侯龙中国原子能科学研究院北京102413 西北核技术研究所陕西西安710024

为验证亚禁带光照对电流型碲锌镉(CZT)探测器伽马灵敏度性能优化的可行性,利用钴源装置开展了亚禁带光照对CZT探测器伽马灵敏度影响规律研究。结果表明:在稳态γ射线辐照条件下,CZT探测器输出电流随时间的变化曲线(标定电流曲线)存在前... 详细信息

为验证亚禁带光照对电流型碲锌镉(CZT)探测器伽马灵敏度性能优化的可行性,利用钴源装置开展了亚禁带光照对CZT探测器伽马灵敏度影响规律研究。结果表明:在稳态γ射线辐照条件下,CZT探测器输出电流随时间的变化曲线(标定电流曲线)存在前沿过冲现象。这一现象主要与晶体内深能级陷阱对载流子的去俘获过程有关。利用亚禁带光照能调控晶体内深能级陷阱的占据份额,消除CZT探测器标定电流曲线的前沿过冲,实现探测器性能优化。当亚禁带光(850 nm)在CZT探测器中引入的光照电流为33.0 nA、工作电压为200 V时,CZT探测器对能量约1.25 MeV的γ射线的灵敏度为9.99×10^(-17) C·cm^(2),接近理论模拟给出的1.18×10^(-16) C·cm^(2)。

关键词：碲锌镉探测器亚禁带光深能级陷阱灵敏度

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碲锌镉探测器SPECT在心肌灌注显像中的应用

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中国医学影像学杂志 2016年第1期24卷 52-55页

作者：易展雄田月琴北京协和医学院北京100730 中国医学科学院阜外医院核医学科北京100037

1939年,Gordon Liljestrand开创了心脏核医学,使其成为无创影像检查方法[1],传统SPECT探测器所使用的是碘化钠（Na I）晶体,其用于疾病的诊断等方面发挥了重要作用,但同时也存在一些局限性。1996年,具有临床使用价值的半导体探测器碲锌... 详细信息

1939年,Gordon Liljestrand开创了心脏核医学,使其成为无创影像检查方法[1],传统SPECT探测器所使用的是碘化钠（Na I）晶体,其用于疾病的诊断等方面发挥了重要作用,但同时也存在一些局限性。1996年,具有临床使用价值的半导体探测器碲锌镉（cadmium zinc telluride,CZT）替代Na I晶体的SPECT问世,标志着核医学仪器硬件上的新突破,目前商品化的CZT半导体探测器SPECT心脏显像设备有两种[2-4]：一种是GE公司的Healthcare Discovery NM530c,另一种是Spectrum Dynamics D-SPECT。

关键词：体层摄影术,发射型计算机,单光子碲锌镉探测器心肌灌注成像综述

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直接解调法在碲锌镉探测器γ谱分析中的应用

清华大学学报（自然科学版） 2006年第6期46卷 821-824页

作者：艾宪芸魏义祥肖无云清华大学工程物理系北京100084

为了提高碲锌镉探测器γ谱解析的精度，将直接解调法应用于γ谱重建算法研究。γ谱的测量是谱仪系统对γ射线的调制过程，针对一维γ谱的特点建立了调制方程的响应函数矩阵，分析了本底和噪声的影响及其处理方法，对实测谱构成的单峰和... 详细信息

为了提高碲锌镉探测器γ谱解析的精度，将直接解调法应用于γ谱重建算法研究。γ谱的测量是谱仪系统对γ射线的调制过程，针对一维γ谱的特点建立了调制方程的响应函数矩阵，分析了本底和噪声的影响及其处理方法，对实测谱构成的单峰和重峰进行重建。结果表明，重建γ谱能量分辨率比原始测量谱提高了5～6倍，能把峰位相距一个半高宽、峰面积比100：1的重峰完全分离，弱峰的寻峰率显著提高。直接解调法具有很强的抑制噪声能力，尤其适合在统计性较差的野外测量的能谱重建中应用。

关键词：碲锌镉探测器 γ谱分析直接解调法谱形重建

碲锌镉探测器的特性研究及其前端核信号链设计

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碲锌镉探测器的特性研究及其前端核信号链设计

作者：谭承君成都理工大学

学位级别：硕士

碲锌镉(CdZnTe,CZT)半导体探测器是国际上最近研究出来的一种新型射线探测器,它具有分辨率高、吸收系数大、探测效率高、使用方便、体积小等特点,且能在常温条件下工作。在5keVMeV的能量探测范围内无极化现象,而且易于加工,配合上低噪... 详细信息

碲锌镉(CdZnTe,CZT)半导体探测器是国际上最近研究出来的一种新型射线探测器,它具有分辨率高、吸收系数大、探测效率高、使用方便、体积小等特点,且能在常温条件下工作。在5keVMeV的能量探测范围内无极化现象,而且易于加工,配合上低噪声的电荷灵敏放大器,可做成紧凑、高效、高分辨率的伽马射线探测装置,广泛的用于安检、医学诊断、工业探伤、核素识别和天体X射线望远镜等领域。目前,国内对碲锌镉晶体已有较为成熟的生长技术,能够较为容易的获得满足各种测量条件的碲锌镉晶体,从而制作成具有特定功能的碲锌镉探测器。而对碲锌探测器的应用研究还处于起步阶段,在很多领域还没有成熟的应用解决方案,完全自主开发并成功应用于产品的核信号链设计较少见报道,较多是采用国外Amptek、Canberra等公司的电荷灵敏放大器与数字多道脉冲幅度分析器获取实验室级别的核脉冲信号与谱线,尤其是能够克服碲锌镉探测器空穴捕获拖尾效应而设计的数字多道脉冲幅度分析器在国内未见有报道。因此,本文开展了对碲锌镉探测器的特性测试实验,并根据探测器的实测性能参数,设计了优化的前端信号读出电路及其前端数字核信号链,为碲锌镉探测器在高分辨率X射线探测器、X荧光测井、核素识别中的应用提供了参考依据。本文的主要研究成果有:1、搭建了碲锌镉探测器的测试平台并完成了主要参数的测试工作。以西北工业大学(西工大)研制的4mm×4mm×2mm的准半球结构探测器和美国eV公司4mm×4mm×2mm的CaptureTM plus结构探测器为例,在不同温度下测试了这两款探测器的漏电流随所加偏压的关系以及其结电容随偏压之间的关系。实验表明,西北工业大学研制的探测器在相同温度和相同偏压下的漏电流低于美国eV公司,并且其结电容也小于美国eV公司。2、考虑到探测器的结电容、漏电流等参数以及探测器与场效应管(JFET)的匹配、PCB布局等问题,本文采用典型的折叠型结构设计了低噪声的电荷灵敏放大器(CSA),该电荷灵敏放大器在常温23℃下的零电容噪声为615个电子,噪声斜率为5.45电子/pF;制冷到-32℃时的零电容噪声为391个电子,噪声斜率为4.51电子/pF。3、以高效率、高开关频率的开关电源芯片MAX668为核心,结合倍压整流电路,设计了效率高、体积小、纹波低的偏压电源,该偏压电源的输出电压最高可达800V,在输出偏压350V时,输出电流大于400μA,纹波小于6mV。4、选择了合适的电制冷器件TEC,并采用温度负反馈的方式设计了高效率的控制电路给碲锌镉探测器和CSA制冷,以降低探测器和CSA工作时的噪声,提高分辨率。采用西北工业大学研制的探测器测量241Am源,将探测器和CSA制冷到-20℃,在未采用上升时间甄别时,分辨率从室温的7.87%提高到了7.12%,采用了上升时间甄别时,分辨率从室温的3.42%提高到了3.11%,由此可见低温对提高系统分辨率具有一定的效果,为碲锌镉探测器在X荧光测井中的应用提供了研究基础。5、碲锌镉探测器的空穴载流子寿命通常在1μs左右,小于空穴的收集捕获时间,使得脉冲信号幅度变小,全能峰左移,形成拖尾,导致能量分辨率下降。为了减小电荷捕获效应引起的系统能量分辨率下降,本文设计了数字式的上升时间甄别器,将电荷收集不完全的信号甄别掉。系统采用了上升时间甄别后,分辨率得到了明显的提高。采用西北工业大学研制的探测器,在室温下测量241Am源时的分辨率从7.87%提高到了3.42%,测量137Cs源时的分辨率从2.11%提高到了0.96%。因此,采用上升时间甄别可以显著的提高碲锌镉探测系统的分辨率,为制作高分辨率X射线探测器提供了参考依据。6、本文结合西北工业大学和美国eV公司的碲锌镉探测器,设计了低噪声的电荷灵敏放大器、低噪声的偏压电源、电制片(TEC)的控制电路、数字式的上升时间甄别器等模块,搭建了完整的数字化碲锌镉能谱采集系统。测试对比了国内(西工大)和国外(美国eV公司)探测器的漏电流、结电容、能量分辨率等性能指标。测量了241Am源和137Cs源在不同温度、是否采用上升时间甄别时不同探测器的能量分辨率。最后给出了西工大的探测器在未采用上升时间甄别时测量152Eu源、226Ra源和60Co源所得的结果,通过测试结果分析可知,碲锌镉探测器可用于中低能的伽马射线测量系统,可作为核素识别仪的探头。

关键词：碲锌镉探测器电荷灵敏放大器上升时间甄别数字核信号链

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基于碲锌镉探测器的便携式核素识别仪研制

中国辐射卫生 2023年第4期32卷 387-392页

作者：熊文俊颜强王莹黄金峰钟华强广州兰泰胜科技有限公司广东广州510000 深圳大学广东深圳518060 中国原子能科学研究院北京102413

目的研制具有低能γ核素识别功能的便携式核素识别仪,用于快速测量低能辐射场的剂量水平,和确定核素种类信息。方法基于室温半导体碲锌镉探测器研制了一套国产数字化多道电路,通过智能核素识别算法实现了核素识别,并使用能量响应函数G(E... 详细信息

目的研制具有低能γ核素识别功能的便携式核素识别仪,用于快速测量低能辐射场的剂量水平,和确定核素种类信息。方法基于室温半导体碲锌镉探测器研制了一套国产数字化多道电路,通过智能核素识别算法实现了核素识别,并使用能量响应函数G(E)计算实时周围剂量当量率H*(10)。结果便携式能谱仪可测能量下限可达20 keV,对低能X射线典型能量分辨率好于4.10%@59.5 keV@20℃,可准确识别241Am核素。结论该设备对于低能γ/X射线具有很好的测量性能,能够有效弥补当前现有设备在低能辐射场监测中的不足,为乏燃料后处理厂或核材料生产厂场所监测和应急监测提供技术手段。

关键词：辐射监测碲锌镉探测器 G(E)函数周围剂量当量率H*(10) 辐射定位核素识别

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用于碲锌镉探测器前端读出电路的SAR ADC设计

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微电子学与计算机 2013年第2期30卷 33-37页

作者：刘永波魏廷存曾蕙明詹思维西北工业大学计算机学院陕西西安710065

针对碲锌镉探测器前端读出电路要求低功耗、低噪声、高精度的特点,设计了一种12-bit、1Ms/s的逐次逼近式模数转换器(SAR ADC).该模数转换器由数模转换器(DAC)和比较器等组成.其中DAC采用电荷按比例缩放结构,利用电荷守恒原理,提高了缩... 详细信息

针对碲锌镉探测器前端读出电路要求低功耗、低噪声、高精度的特点,设计了一种12-bit、1Ms/s的逐次逼近式模数转换器(SAR ADC).该模数转换器由数模转换器(DAC)和比较器等组成.其中DAC采用电荷按比例缩放结构,利用电荷守恒原理,提高了缩放电容的匹配精度.比较器采用多级预放大器级联的动态锁存器结构,采用输出失调校准技术提高了比较器的精度.整个电路采用TSMC 0.18μm 1P6MCMOS混合工艺进行设计和实现.仿真结果表明,在1MHz的采样率、输入为97KHz正弦信号下,SAR ADC的DNL为-0.1/0.37LSB,INL为-0.44/0.32LSB,SNR为65.33dB,ENOB为10.55bit,功耗为1.17mW,满足了系统的设计要求.

关键词：碲锌镉探测器前端读出电路低功耗 SAR ADC 比较器

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碲锌镉探测器低噪声读出电路的设计

电子技术与软件工程 2017年第5期 112-113页

作者：吴昊秦水介贵州大学大数据与信息工程学院贵州省贵阳市550025 贵州省光电子技术与应用重点实验室贵州省贵阳市550025

针对碲锌镉(CZT)探测器受电子学噪声影响较大的问题,本文分析了碲锌镉探测器的电学模型以及信号采集电路的噪声模型,采用低噪声设计方法和整形技术,基于上华0.35um工艺设计了一款低噪声读出电路。通过仿真表明:当探测器输入电容为5p F,... 详细信息

针对碲锌镉(CZT)探测器受电子学噪声影响较大的问题,本文分析了碲锌镉探测器的电学模型以及信号采集电路的噪声模型,采用低噪声设计方法和整形技术,基于上华0.35um工艺设计了一款低噪声读出电路。通过仿真表明:当探测器输入电容为5p F,漏电流低于2n A时,电路的输出基线保持在590m V,输出等效噪声电荷(ENC)小于132个电子;当输入电容为15p F时,电路增益可达到499m V/f C。

关键词：碲锌镉探测器低噪声读出电路漏电流