学海网

毕业论文-大面积LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器性能研究，共75页，24615字
中文摘要
大面积、高发光效率、性能稳定的闪烁晶体探测器在空间高能天文中具有重
要应用。用铈离子激活的溴化镧(LaBr3:Ce)晶体在光产额、能量分辨率和温度稳定
性上均优于传统 NaI 晶体。尤其值得关注的是，LaBr3:Ce 的发光衰减时间比 NaI(Tl)
快一个数量级，因此，在 X 射线快速光变研究和减少死时间等方面具有显著优势。
我们设计并委托加工了一块直径 106 mm 的大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体
探测器，对其能量响应、时间响应、能量响应均匀性、内部本底辐射等性能进行
了研究与测量。该探测器对 39.82 keV、59.54 keV、121.782 keV γ/X 射线的能量
分辨率分别为 14.2%、9.62%、6.77%，在 30 keV~130 keV 能量范围内能量响应的
线性偏差小于 1%，能量分辨率可以用η ~0.8
E 进行描述；探测器不同位置能量
响应的均匀性也可以做到很好。此外，探测器内部辐射产生的 37.44 keV 特征 X
射线是进行系统标定和稳谱的极佳选择。
大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体可以取代现有的 NaI(Tl)/CsI(Na)复合晶体在
下一代硬 X 和伽玛射线天文探测中获得更优越的表现。
关键词：LaBr3:Ce/NaI(Tl)；复合晶体探测器；X 射线天文学

ABSTRACT
Large area scintillation detector with high light yield and stable performance has
established itself as a very useful detection system in space high-energy astronomy.
Lanthanum bromide crystal doped with cerium (LaBr3:Ce), is superior to conventional
NaI(Tl) crystal in light yield, energy resolution and temperature stability. The decay
time of LaBr3:Ce crystal is ten times smaller than that of NaI(Tl), which is a significant
advantage in X-ray Variability Study and decreasing the dead time.
We have commissioned a large area LaBr3:Ce/NaI(Tl) phoswich with a 4 in.
diameter. In this paper, we measured the energy response, time response and the
uniformity of this phoswich. We also studied the self-activity in this detector. The
observed resolution was 14.2% at 39.82keV, 9.62% at 59.54keV and 6.77% at
121.88keV. The energy nonlinearity in energy region of 30-130keV is as low as 1%
and the observed energy resolution can be fitted to the form η~0.8E -1/2. The uniformity
of this phoswich is also satisfactory and the spectrum of self-activity is a good choice
for calibration and spectra-stabilization.
The LaBr3:Ce/NaI(Tl) phoswich may achieve superior performance in Hard X-ray
and Gamma-ray astronomy instead of the existing NaI(Tl)/CsI(Na) phoswich.
Keywords：LaBr3:Ce/NaI(Tl); Phoswich; X-ray astronomy

目录
第 1 章 引言 ...... 5
1.1 研究背景 ... 5
1.2 研究内容及目标 ... 6
第 2 章 复合晶体探测器 .......... 8
2.1 闪烁体 ....... 8
2.1.1 闪烁体的发光机制 ...... 8
2.1.2 闪烁体的物理特性 ...... 9
2.1.3 几种常见的无机闪烁体 ........ 11
2.2 闪烁探测器 ......... 14
2.2.1 基本组成及工作原理 14
2.2.2 闪烁探测器的基本性能参数 15
2.3 复合晶体探测器 . 17
2.3.1 基本组成及工作原理 17
2.3.2 脉冲形状甄别技术 .... 18
2.3.3 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器 ... 19
第 3 章 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器能量、时间响应特性研究....... 21
3.1 实验方案设计 ..... 21
3.2 实验装置 . 22
3.3 实验结果分析 ..... 22
3.3.1 241Am、152Eu 能谱 ...... 22
3.3.2 探测器的能量线性及能量分辨率 .... 24
3.3.3 时间谱 31
第 4 章 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器的能量响应均匀性研究........... 34
4.1 实验方案设计 ..... 34
4.2 实验设备与装置 . 35
4.2.1 铅准直器 ........ 35
4.2.2 电控位移台与电控旋转台 .... 35
4.3 能量响应均匀性实验平台 ......... 36
4.4 实验结果分析 ..... 37
4.4.1 参考点的峰位道址及能量分辨率的变化 .... 37
4.4.2 探测器不同位置的峰位道址及能量分辨率的变化 39
第 5 章 大面积 LaBr3:Ce/NaI(Tl)复合晶体探测器内部辐射的测定与分析........... 42
5.1 内部辐射产生原因 ......... 42
5.2 低能内部辐射的测定与分析 ..... 43
第 6 章 结论与展望 .... 46
6.1 实验总结与讨论 . 46
6.2 未来展望 . 47
插图索引 .......... 48
表格索引 .......... 50
参考文献 .......... 51
致谢 .......... 52
声明 .......... 53
附录 A 外文资料的书面翻译 . 54