正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)公開了一種高效率的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)，通過采用平面型高純鍺半導體探測器同時測量正電子湮沒的時間停止信號和能量信號的方式，實現(xiàn)高效率的正電子湮沒壽命-動量關(guān)聯(lián)（Positron?Age?Momentum?Correlation,AMOC）符合測量。系統(tǒng)包括：一個閃爍體探測器、一個平面型高純鍺半導體探測器、第一恒比定時甄別器、第二恒比定時甄別器、第一信號延時箱、第二信號延時箱、定時濾波放大器、時-幅轉(zhuǎn)換器、譜放大器、雙通道多道分析器。通過選用合理的電子學框架及信號處理方式，實現(xiàn)了信號的準確和高效率處理，使系統(tǒng)最終計數(shù)率較常規(guī)AMOC譜儀提高一個數(shù)量級，為電子偶素的相關(guān)研究提供了更好的研究手段。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及正電子及電子偶素湮沒測量技術(shù)，且特別涉及一種正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
正電子煙沒譜學(Positronannihilation spectroscopy, PAS)研究方法是一種探測正電子在材料中發(fā)生湮沒后產(chǎn)生的Y輻射的核譜學方法，它具有高的缺陷靈敏性和原子尺度缺陷微探測的優(yōu)點，可以直觀和半定量地提供材料中微觀缺陷尺寸、濃度及分布的信息，已經(jīng)成為研究材料微結(jié)構(gòu)以及正電子及電子偶素化學的獨特分析方法。正電子壽命-動量關(guān)聯(lián)譜(Positron Age Momentum Correlation, AM0C)探測技術(shù)是PAS中一種多參數(shù)符合的探測手段，譜儀通過對正電子湮沒壽命和動量兩種信號同時探測并進行符合，以記錄同一湮沒事例的湮沒時間和動量信息。此技術(shù)能夠展現(xiàn)不同湮沒壽命的正電子的湮沒動量分布，特別是能夠?qū)?-140ns的長壽命區(qū)域內(nèi)不同熱化程度的電子偶素湮沒的動量分布進行研究，區(qū)分電子偶素的不同湮沒狀態(tài)。現(xiàn)有技術(shù)中的AMOC譜儀通常采用三探測器的構(gòu)型，如圖1所示。系統(tǒng)由三個探測器及相應的電子學插件構(gòu)成。探測器包括兩個氟化鋇(BaF2)閃爍體探測器，和一個同軸型高純鍺(High-Purity Germanium，HPGe)半導體探測器。兩個閃爍體探測器分別用以探測正電子湮沒壽命起始和停止的時間信號，其中測量停止時間信號的閃爍體探測器與同軸型HPGe探測器相對同軸放置，以測量同一湮沒事例放出的夾角約為180°的伽馬光子。測量時，該AMOC譜儀首先將兩個閃爍體探測器的時間信號進行符合，得到正電子湮沒的時間信號，再通過雙通道多道分析器進行正電子湮沒時間與能量的符合。為使譜儀達到較高的符合計數(shù)率，正電子源緊貼起始信號閃爍體探測器。同軸型HPGe探測器與正電子源的距離由源強決定，在保證計數(shù)率的情況下可進行適當調(diào)整。在實現(xiàn)本技術(shù)的過程中，專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的上述AMOC譜儀存在如下特點上述采用三探測器幾何構(gòu)型的譜儀，對正電子湮沒壽命譜時間起始和停止信號分別使用兩個閃爍體探測器進行探測，再與同軸型HPGe探測器探測的能量信號進行符合。譜儀的最終信號來自三個信號(時間起始、時間停止和能量信號)經(jīng)三重符合后得到，最終符合效率為單次符合效率的乘積，譜儀最終計數(shù)率較低(約2 4CpS/l·! Ci)。實驗結(jié)果表明，在實際的樣品測量過程中，上述三探測器幾何構(gòu)型的AMOC譜儀，單個樣品的測量需2至4天，樣品測量周期長。特別針對電子偶素產(chǎn)額較低的實驗樣品則需要更長時間。測量期間的環(huán)境溫濕度變化將使譜儀發(fā)生漂移，導致測量結(jié)果不準確。此夕卜，電絕緣性樣品經(jīng)受正電子長時間測量照射后，將出現(xiàn)電荷積累效應，使樣品內(nèi)電子偶素產(chǎn)額發(fā)生變化，造成測量結(jié)果失真。上述采用三探測器幾何構(gòu)型的譜儀若要提高系統(tǒng)的計數(shù)率，可采用增加正電子源強度的辦法，但此法將增加各探測器的雜散本底及信號的偶然符合本底，同時也會對探測器造成輻照損傷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本技術(shù)提供了一種高效率的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)。本技術(shù)所提供的高效率正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)，包括一個閃爍體探測器、用于同時獲取正電子湮沒的能量信號和時間停止信號的平面型高純鍺半導體探測器、第一恒比定時甄別器、第二恒比定時甄別器、第一信號延時箱、第二信號延時箱、定時濾波放大器、時-幅轉(zhuǎn)換器、譜放大器、雙通道多道分析器；閃爍體探測器的信號輸出端連接第一恒比定時甄別器，第一恒比定時甄別器的輸出端與第一信號延時箱連接，第一信號延時箱的輸出端與時-幅轉(zhuǎn)換器連接；平面型高純鍺半導體探測器的其中一個輸出端連接定時濾波放大器，該定時濾波放大器的輸出端連接第二恒比定時甄別器，第二恒比定時甄別器的其中一個輸出端連接第二信號延時箱，該第二信號延時箱的輸出端連接該時-幅轉(zhuǎn)換器；第二恒比定時甄別器的另一輸出端連接該時-幅轉(zhuǎn)換器以為時-幅轉(zhuǎn)換器提供門信號；平面型高純鍺半導體探測器的另一輸出端連接譜放大器，該譜放大器的輸出端連接雙通道多道分析器，時-幅轉(zhuǎn)換器的輸出端也連接該雙通道多道分析器。所述閃爍體探測器和平面型高純鍺半導體探測器與正電子源之間的距離與所述正電源的源強相適應。所述正電子源的源強小于10微居，所述閃爍體探測器和平面型高純鍺半導體探測器的距離為O至3厘米。本技術(shù)的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)，通過采用平面型高純鍺半導體探測器同時測量正電子湮沒的時間停止信號和能量信號的方式，實現(xiàn)高效率的正電子湮沒壽命-動量關(guān)聯(lián)符合測量。選用合理的電子學框架及信號處理方式，實現(xiàn)了信號的準確和高效率處理，使系統(tǒng)最終計數(shù)率較常規(guī)AMOC譜儀提高一個數(shù)量級，為電子偶素的相關(guān)研究提供了更好的研究手段。附圖說明圖1為現(xiàn)有的采用三探測器幾何構(gòu)型的AMOC譜儀的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本技術(shù)的采用兩探測器幾何構(gòu)型的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖3a為本技術(shù)的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)對Ni單晶材料的測量結(jié)果譜圖；圖3b為本技術(shù)的正電子湮沒探測系統(tǒng)針對聚四氟乙烯材料的的測量結(jié)果譜圖。具體實施方式體現(xiàn)本技術(shù)特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本技術(shù)能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本技術(shù)的范圍，且其中的說明及所附附圖在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本技術(shù)。本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)中的AMOC譜儀存在的問題，建立了雙探測器幾何構(gòu)型的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用平面型高純鍺半導體探測器同時測量正電子湮沒的時間停止信號和能量信號的方式，減少了信號的符合次數(shù)，使系統(tǒng)的最終符合效率提高了 一個數(shù)量級。以下先對本技術(shù)中的正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和工作原理進行說明。該正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，以下結(jié)合圖2對該正電子湮沒探測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其工作特點進行說明，該正電子湮沒探測系統(tǒng)包括一個閃爍體探測器1，用于探測正電子湮沒Y光子的起始時間信號。一個平面型高純鍺半導體探測器2，用于探測正電子湮沒Y光子的能量信號，同時提取正電子湮沒Y光子的時間停止信號。該閃爍體探測器I和該平面型高純鍺半導體探測器2與正電子源之間的距離由源強決定，源強大時則也距離適當增大該距離。在保證計數(shù)率的情況下可進行適當調(diào)整(在本案中，正電子源小于10微居的情況下為O至3厘米)。由于兩探測器距正電子源較近，使得探測器在正電子源周圍所占空間角的比例較大，探測器的幾何探測效率提高，因此該正電子湮沒探測系統(tǒng)可以采用強度較小的正電子源，以降低測量本底和對探測器的輻照損傷。第一恒比定時K別器3I (Constant Fraction Differential Discriminator,CFD)、第二恒比定時甄別器32，用于獲取定時信號。第一信號延時箱41 (Delay)和第二信號延時箱42,用于進行信號的延遲處理。一個定時濾波放大器5 (Timing Filter Amplifier, TFA)具有較好的定時性能，用于將平面型高純鍺半導體探測器2的前置放大器的信號定時并成形放大。一個時-幅轉(zhuǎn)換器6 (Time-to-Amplitude Converter, TAC),用于將正電子煙沒的起始-終止時間間隔轉(zhuǎn)換為信號本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：一個閃爍體探測器、用于同時獲取正電子湮沒的能量信號和時間停止信號的平面型高純鍺半導體探測器、第一恒比定時甄別器、第二恒比定時甄別器、第一信號延時箱、第二信號延時箱、定時濾波放大器、時?幅轉(zhuǎn)換器、譜放大器、雙通道多道分析器；閃爍體探測器的信號輸出端連接第一恒比定時甄別器，第一恒比定時甄別器的輸出端與第一信號延時箱連接，第一信號延時箱的輸出端與時?幅轉(zhuǎn)換器連接；平面型高純鍺半導體探測器的其中一個輸出端連接定時濾波放大器，該定時濾波放大器的輸出端連接第二恒比定時甄別器，第二恒比定時甄別器的其中一個輸出端連接第二信號延時箱，該第二信號延時箱的輸出端連接該時?幅轉(zhuǎn)換器；第二恒比定時甄別器的另一輸出端連接該時?幅轉(zhuǎn)換器以為時?幅轉(zhuǎn)換器提供門信號；平面型高純鍺半導體探測器的另一輸出端連接譜放大器，該譜放大器的輸出端連接雙通道多道分析器，時?幅轉(zhuǎn)換器的輸出端也連接該雙通道多道分析器。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種正電子湮沒多參數(shù)符合測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個閃爍體探測器、用于同時獲取正電子湮沒的能量信號和時間停止信號的平面型高純鍺半導體探測器、第一恒比定時甄別器、第二恒比定時甄別器、第一信號延時箱、第二信號延時箱、定時濾波放大器、時-幅轉(zhuǎn)換器、譜放大器、雙通道多道分析器； 閃爍體探測器的信號輸出端連接第一恒比定時甄別器，第一恒比定時甄別器的輸出端與第一信號延時箱連接，第一信號延時箱的輸出端與時-幅轉(zhuǎn)換器連接； 平面型高純鍺半導體探測器的其中一個輸出端連接定時濾波放大器，該定時濾波放大器的輸出端連接第二恒比定時甄別器，第二恒比定時甄別器的其中一個輸出端連接第二信號...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李卓昕，王寶義，曹興忠，張鵬，姜小盼，于潤升，魏龍，
申請(專利權(quán))人：中國科學院高能物理研究所，
類型：實用新型
國別省市：