实验题目 闪烁探测器的温度效应

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1、实验题目 闪烁探测器的温度效应实验目的 通过测量不同温度下的铯源能谱来研究温度对闪烁探测器的噪声影响实验原理 1 半导体制冷器的原理半导体制冷器的用途很多 ，可用于制作便携冷藏/保温箱、冷热饮水机等。也用于电子器件的散热。目前制冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋，加入不纯物经过特殊处理而成 N 型或 P 型半导体温差元件。以市面常见的 TEC1-12605 为例，其 额定电压为：12v， 额定电流为 5A，最大温差可达 60 摄氏度，外型尺寸为 4 X 4 X 0.4Cm，重约 25 克。它的工作特点是一面制冷而一面发热。接通直流电源后，电子由负极(-)出发，首先经过 P 型半导体，在此吸收

2、热量，到了 N 型半导体，又将热量放出， 每经过一个 NP 模组，就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。 下图是一个致冷器的典型结构，由许多 N 型和 P 型半极体之颗粒互相排列而成， 而 N P 之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后用两片陶瓷片像汉堡包一样夹起来。 半导体致冷器作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：1 不需要任何致冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体器件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。半导体致冷器具有两种功能，既能致冷，又能加热，致冷效率一般不高，但致热效率很

3、高，永远大于 1。因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和致冷系统。半导体致冷器是电流换能型器件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。半导体致冷器热惯性非常小，致冷致热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，致冷器就能达到最大温差。半导体致冷器的温差范围，从正温 90到负温度 130都可以实现。制冷片的制冷效率一般在 60%左右，也就是能效比 0.6 左右。如果想得到更大的制泠量,可以采用二级制冷方式,即用两片叠起来用,上面一块的冷面吸收下面一块的发热,实验证明二级制冷比单级效果好得多

4、。使用注意事项：制冷片的制冷效果和热面的散热效果有很大关系，热面的散热效果不好冷面温度就很难降下来，由于热面温度较高，所以散热一定要做好才行。冷热面的测试，可以使用一节五号干电池接通（0最大电压都可以使制冷片工作） ，然后就可以感觉得到制冷片的冷热面，如果极性接反了，冷热面也就随极性转换了，所以安装的时候不用刻意区分冷热面，倒一下线头就可以了。制冷片能达到的温度和很多情况有关， 比如制冷片的功率大小，热面的温度（散热效果） 、冷面的负载大小（空载的话零下 20 度都没问题）等等。注意热端的散热。半导体制冷的热面温度不应超过 60，否则就有损坏的可能。若在额定的工作电压（12V）下，一般小型的散

5、热风扇根本无法为制冷片提供足够的散热能力（请尽量用足够大的散热风扇） ，散热不良容易造成制冷片过热损坏。同时千万不要在无散热器的情况下为致冷器长时间通电，否则会造成致冷器内部过热而烧毁。制冷晶片承受压力的范围为 150Pa 至 300Pa。压力太低，会造成面与面接触不良。压力太大，会压坏晶片。型号 TEC1-12706T125体积：40mm X 40mm X 4mm额定电压为：12v额定功率：65W实际使用：45-50W20-20 闪烁探测器利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测射线（电离辐射）的探测器。工作原理：射线与探测物质（闪烁体）分子作用，使其激发，退激时发出大量光子，通过光电倍增管把光

6、子转化为电信号。1. 电磁辐射入射（ ）次级电子使闪烁体激发2. 带电粒子入射入射粒子及次级电子使闪烁体分子激发3. 中子入射通过中子反应产生带电粒子（如反冲质子）使闪烁体激发带电粒子使闪烁体激发，再退激发出光子闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管、电子学仪器组成闪烁体光电倍增管(打拿极)反射层管座分压器高压多道或单道光阴极 阳极荧光光子光电子 暗盒窗前置放大器闪烁探测器组成示意图闪烁探测器工作过程1 闪烁体分子电离和激发2 退激、放出荧光 闪烁体3 光收集及光电子产生 闪烁探头 4.光电子倍增 光电倍增关5.电信号的处理和记录 电子学光的收集与光导目的：将闪烁体发出的光尽可能多地、均匀地收集到光电

7、倍增管的光阴极上。1.反射层：把闪烁体中向四周发射的光有效地收集到光阴极上2.光学耦合剂：避免由于空气存在全反射硅油等闪烁体尺寸与光电倍增管合适时采用3.光导：有机玻璃，石英玻璃等闪烁体与光电倍增管（尺寸或形状不合适时）二者无法配合强磁场中；空间限制，要将光电倍增管放在比较远的地方光电倍增管作用：将闪烁体发出的光子转换为电子，并进行倍增。基本原理和构造真空壳打拿极打拿极光电子轨迹入射光聚焦电极半透明 光阴极光阴极光电子发射光电子发射效率高效率高阳极阳极光电子发射效率高二次电子发射系数大,，热电子和光电子发射系数小电子电离能较大电子光学电子收集效率高2 光电倍增管的响应度受多方面的因素影响，主要

8、的几个方面：偏置电压的高低、环境光和温度变化。为研究温度变化对实验结果的影响需要选择合适的偏置电压和排除环境光对观点倍增管的影响1 环境光的问题解决通过对比时间为 300s 时环境光产生的响应和 200s 扫描得到的 Cs 能谱发现，环境光基本对 Cs 源能谱不产生影响所以研究 Cs 源的能谱可以忽略环境光的影响2 偏执电压的选择对于不同的光电倍增管适宜的偏执电压值是不同的 一般来讲偏执电压越高光电倍增管对光越敏感，通过实验可以看出当电压为 800V 时由光电倍增管得出图像的峰值等都比较稳定，当然也可以选择更高的电压，但在实验过程中我们并不能把电压设置得过高，因为当电压增大时光电倍增管的热电子

9、发射在信号检测中形成暗计数，还可能使光电倍增管的结构受到影响，故该光电倍增管的响应电压应为 800V 最佳偏置电压。实验过程中保持偏置电压不变以研究阴极温度对光电倍增管（闪烁探测器）的影响 实验步骤1 设备的制作与组装（1）将一 6.3 X 6.3 X11.5cm 的长方体铝块中央打一个 5.8 X5.8cm 的圆洞，如下图所示，在一端做出一段螺纹，另一端做 4 个螺孔。制作两段铝合金管，分别用来放置放大电路和闪烁体。前者通过螺纹固定，后者用螺丝固定。 (2)用硅脂将八个制冷片两两粘在一起，贴在上述模具的四面，在外侧制冷片表面贴上散热片，用胶带固定紧。在装置其他部分包裹若干层卫生纸保温。 ，（

10、3）将每个侧面的制冷片串联，4 个侧面的制冷片并联接入电路，将 4 个散热片并连接入电路。2 对环境光的测量（1）用酒精将光电倍增管与闪烁体表面擦净晾干，（2）将放大电路与光电倍增管连接后小心的放入第一步制备的设备中，将闪烁体紧贴在光电倍增管顶端的玻璃面上，温度计探头放进螺孔中，密封。将整个设备竖立在支架旁。（3）选取合适偏执电压，打开制冷片与散热片电源，调至合适电压，升温，温度计示数30时，打开软件开始扫描，时间 300s。停止升温，待制冷片热面冷却后将电压反转，给光电倍增管降温，5时，停止降温，扫描。得到扫描图像3 对铯源能谱的测量（1） 在闪烁体下方放一铯源（2） 重复 2 中第（3）步

11、，扫描时间改为 200s 得到扫描图像4 关闭电源5 整理仪器实验分析图一环境光在 30产生的响应图二 环境光在 5产生的响应 图三 30铯源能谱图四 5铯源能谱通过对比四幅图（时间为 300s 时环境光产生的响应和 200s 扫描得到的 Cs 能谱）发现，环境光粒子数相对于 Cs 源能谱可以忽略不计，所以研究 Cs 源的能谱可以忽略环境光的影响。图三图四清楚的看出两点明显的不同1 温度降低时主峰的的位置会向低能区迁移2 温度降低时低能区的曲线会出现明显下降出现一个凹谷的曲线结论30和 5的数据比较可以看出降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射,从而降低暗电流 ，减小实验误差。注意事项1 在设备外包裹卫生纸保温，极大地增强升温或降温效果，减少升降温度时间；2 制冷片制冷后不能立刻反接电压，防止陶瓷片碎裂，一般在 5 分钟后才可以反接；3 闪烁体紧贴光电倍增管上表面，避免实验数据不准确；4 测量放射源不同温度下的能谱时，放射源位置保持不变；5 采用二级制冷方式，制冷效果远超一级制冷；6 注意密封，减少环境光影响。