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1、碘化钠掺铊闪烁体能谱实验 与 光电倍增管的革新展望,报告人： 李潇 08300300040 江宇 08300300047,实验简介,射线与物质作用产生的各种效应，其过程可以由能谱进行分析。 能谱：对不同的能量分别进行计数而产生的谱线。 闪烁体：射线的作用对象，可以理解成“将光子能量转化为若干荧光光子”。 光电倍增管：探测光子，并将光子信号放大、转化为电信号输出。,我们所做的工作,使用传统光电倍增管进行能谱实验，并分析处理数据。 分析传统光电倍增管产生的能谱图中的背景噪音。 对光电倍增管的革新提出猜想，提出问题、分析问题、解决问题 对我们的革新方案尚存的一系列难题的列举,与各种电子不断发生碰撞，
2、产生各种能量的次级电子（光电效应和康普顿效应）。 最终能量耗尽消失（发生了光电效应），或者能量没耗尽（没有发生光电效应）逃逸出晶体。,次级电子的旅程,光子将其激发出原子，使其变为自由电子 动能为光子转移给它的能量 与原子作用，使原子激发。 原子退激发，发射出荧光光子。 于是，次级电子的能量转化给了荧光光子。,能量归宿,根据能量守恒，一个光子进入闪烁体，经过多次效应消失后，此间过程产生的荧光光子的能量总和即为该光子的能量（对应能谱图中的光电峰） 若没有消失而是逃逸出了闪烁体，那么此间过程产生的荧光光子能量总和就是该光子产生的效应在能量上的反应 少数直接穿过闪烁体打到光阴极上的光子与光阴极电子发生
3、反散射返回闪烁体，则它被记录的能量只是返回闪烁体时的能量，与光阴极作用的 能量并没有被记录（它只在光阴极上产生一个次级电子）。,实验仪器,放射源（放射性铯，钴） 闪烁体（碘化钠掺铊闪烁体） 信号收集设备（光电倍增管，线性放大器） 测量设备（多道计数器，计算机）,使用示波器直接观察,将探头直接接在示波器上，示波器扫描模式调为“触发”。可以看到示波器的图像是由不同振幅和亮度的一系列峰构成的,噪音问题 计数200s,减去背景噪音后，康普顿平台之上的反散射峰已可以分辨,减去本底后,数据处理：E-CH定标曲线,数据处理：峰位计算,对于本底噪音的猜测,本底噪音的峰位与铯源的X射线特征峰位置接近 隔壁是X光
4、系列实验室 ？后话：做了X光实验之后才发现人家X光过不来的,外部噪音源的排除,实验目的：使用隔离外部放射源的做法排除 实验仪器：铅板，电脑机箱金属罩 实验原理：隔板对电磁辐射有吸收。 实验步骤：将整个探头尽可能包上。 预期结果：本底噪音应该减弱。 实际结果：但是没有。 实验结论：噪音源来自仪器内部。,噪音源的发现,对各种实验参数进行调校（计算机除外） 使用控制变量的办法寻找哪种变量对本底影响最大 是线性放大器放大倍数和光电倍增管的高压线性放大器只是对光电倍增管的信号线性放大。 没有放射源，却又计数值，能量从何而来？ 考虑光电倍增管的高压影响噪音，高压又是能量来源之一，将噪音来源锁定为光电倍增管
5、。,来自光电倍增管的噪音,暗电流：倍增管上没有辐照的时候，光阴极依旧会有热电子发射，其发射大小与温度有关，随温度升高而升高： N=120 T exp(-/kT) 倍增系统噪声：打拿极的二次发射系数是存在统计涨落的，即平稳的光照仍然会导致输出电流有起伏。以上资料来源于参考资料1中附录3光电倍增管,噪音的处理办法,对于暗电流，可以采用冷冻光电倍增管的方法，降低暗电流的发射量 光电倍增管高压不必加太高，容易使电场过大导致强电场发射，增加暗电流的大小。 对光电倍增管进行革新,革新光电倍增管的理论基础,闪烁体出来的是荧光光子 光子能量几乎转化为大量荧光光子能量 半导体具有光电转换特性有请李潇同学为大家作
6、详解,光电倍增管替代物的要求,光电信号的转换 放大增益（104109） 单次脉冲弛豫时间 脉冲信号强度的分辨率 对荧光光子的灵敏度(3eV) 室温工作,方案一,否决,高能光子对半导体器件是否有不良影响？,方案二,方案二对于传感器性能要求的估算,假定器件大小5mm*5mm，最低分辨能量为钡的X射线特征峰，最高能量为2MeV，多道分析道数1024道 传感器上最小感应照度0.01lx 传感器分辨能力要求优于0.001lx,光电导效应方案,使用光敏电阻 测量半导体电导率随光照强度的变化 记录电导率变化脉冲，根据脉冲幅度进行分道 瓶颈1：非线性放大 瓶颈2：分辨率不好保证 瓶颈3：不适合快速响应,光生伏
7、特效应方案,优势：线性放大，增益大 光照脉冲计数，通过测量脉冲幅度经行分道。 光电池方案 光敏二极管/三极管方案,光电池方案,市场上已有部分照度计分辨能力达到0.0001lx，工作下限也能达到0.0001lx 不了解相关产品的响应速度,光敏二极管/三极管方案,光敏二极管的工作频带很宽 缺点：PIN型光敏二极管反向电阻一般很大，输出电流小，雪崩型光敏二极管噪声大，反向工作电压也很高,参考资料,近代物理实验（第二版），戴道宣/戴乐山，高等教育出版社 半导体物理（第二版），叶良修，高等教育出版社 半导体传感器，佚名，道客888(http:/) Photo-2000M弱光照度计简介,感谢,各位物理教学实验中心辅导老师 乐于助人的各位同学新年快乐！,
