產(chǎn)品簡介
半導體(高純鍺和Si(Li))探測器擁有精銳的能量分辨率,由其組成的γ和X射線能譜測量技術(shù)與產(chǎn)品,不僅是核結(jié)構(gòu)、分子物理、原子碰撞等核物理與核反應研究的重要工具
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北京泰坤工業(yè)設(shè)備有限公司 |
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實驗室高純鍺(HPGe)伽馬γ能譜儀
第一部分:高純鍺探測器
高鍺探測器由于其的優(yōu)異分辨率,是核測量工具,在核物理 研究與核測量中具有不可替代的地位。
完整的高純鍺探測器的制造過程包括晶體制備、探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計、高性能低噪聲前置放大 器設(shè)計、超高真空封裝與生產(chǎn)成型、指標測試和穩(wěn)定性考核等。經(jīng)國家計量部門檢定, 其關(guān)鍵 性能指標優(yōu)異、穩(wěn)定性良好。
高純鍺探測器的工作機理:高純鍺晶體的雜質(zhì)濃度低至 1010 原子/cm3 量級,是純凈的物質(zhì)。高純鍺探測器表面 分別有 N+、P+電極,在該兩種電極上加反向偏壓后,由于高 純鍺晶體極低的雜質(zhì)濃度,其內(nèi)部將工作在全耗盡狀態(tài),此時伽馬射線在其內(nèi)部沉積能量產(chǎn)生 的載流子在電場的作用下被收集,形成的電流信號通過前置放大器被轉(zhuǎn)換為與沉積能量成正比 的電壓信號。
高純鍺探測器所采用的晶體外形為一圓柱體,在 其外表面為 N+電極,在其內(nèi)部電極孔內(nèi)部為 P+電極, 兩種電極分別使用成熟的鋰擴散、硼離子注入技術(shù)制 造。威視®系列高性能 P 型同軸高純鍺探測器的 N+電 極約為 0.5mm 厚,P+電極約為 0.5μm 厚。
探測器的前置放大器可根據(jù)用戶需求選用阻容反饋或脈沖反饋前放,性能優(yōu)異,長期穩(wěn) 定性好,除適配威視®系列數(shù)字譜儀外,還可兼容市場上主流的譜儀產(chǎn)品。 威視®系列高性能 P 型優(yōu)化高純鍺探測器配置垂直冷指,并可根據(jù)用戶需要配置“L 形"、 “U 形"、水平冷指等定制化設(shè)計,同時為用戶在探測器封裝與冷指材料上提供超低本底選項。為保證制冷效率,探測器艙室應保持嚴密的真空條件。
能量響應范圍:30keV 至 10MeV;相對探測效率 10% 至 80%;
可滿足絕大部分樣品測量應用和大部分研究測量應用的要求;
全面保證相對效率、分辨率、峰康比和峰形指標;
可配置普通阻抗反饋前放或適于高計數(shù)率的脈沖光反饋前放。
ORTEC-高純鍺探測器
型號 | 晶體尺寸(mm) | 能量分辨率-FWHM(≤keV) | 峰形(≤) | 峰康比 (≥) | 效率 (≥) | ||||
直徑 | 厚度 | @59.5keV | @122keV | @1.33MeV | FW.1M/FWHM | FW.02M/FWHM | |||
TKGEP-S12 | 50 | 30 | 0.70 | 0.80 | 1.8 | 1.9 | 2.7 | 32 | 12% |
TKGEP-S30 | 70 | 30 | 0.70 | 0.85 | 1.8 | 1.9 | 2.7 | 45 | 30% |
TKGEP-S40 | 70 | 40 | 0.75 | 0.90 | 1.85 | 2.0 | 2.8 | 48 | 40% |
TKGEP-S50 | 85 | 30 | 0.85 | 0.95 | 1.85 | 2.0 | 3.0 | 53 | 50% |
TKGEP-S60 | 90 | 30 | 0.90 | 1.0 | 1.90 | 2.0 | 3.0 | 58 | 60% |
TKGEP-S70 | 85 | 50 | 0.95 | 1.1 | 1.95 | 2.0 | 3.0 | 62 | 70% |
第二部分:譜儀(多道分析儀)
配套高純鍺探測器的一款新型數(shù)字化譜儀。其設(shè)計功能完善,其穩(wěn)定性業(yè)已經(jīng)實際使用驗證。針對高效率探測器或高 計數(shù)率條件下對信號處理的要求,結(jié)合軟件,譜儀在數(shù)字化極零調(diào) 節(jié)、死時間校正和彈道虧損校正方面做了具有相當*性和獨到 性的設(shè)計。
譜儀整體功能與特性:
全數(shù)字化控制,保證人機交互靈活
探測器回溫情況下高壓自動切斷功能(shutdown)
多種濾波模式,可根據(jù)特定環(huán)境配置濾波參數(shù),具備低頻噪聲抑制功能
具備門控數(shù)字化基線恢復,自動極零,零死時間校正,彈道虧損校正等完 整*功能
最大數(shù)據(jù)通過率大于 100kcps,對高計數(shù)率樣品能獲得準確的測量結(jié)果
支持 USB3.0 接口
譜儀特征功能:
基礎(chǔ)參數(shù)顯示:系統(tǒng)的電源開啟狀態(tài),高壓開啟狀態(tài),高壓目標值,高壓升降過程 動態(tài)顯示。
全數(shù)字化自動高壓加載:用戶根據(jù)探測器參數(shù)選定高壓后,系統(tǒng)自動按速率 和目標值進行高壓加載,直到滿足探測器要求。
異常處理功能:當系統(tǒng)意外掉電,設(shè)備自動啟動 UPS 功能,并按異常處理邏輯,進 行高壓緩降,以保護探測器安全。
抑制電荷收集時間效應功能:基于 FPGA 的硬件算法,利用快通道梯形脈寬來統(tǒng)計 電荷收集的方法簡單實用高效。
系統(tǒng)非線性:積分非線性:≤ 0.01%;微分非線性:≤±0.28
最大通過率:成形時間設(shè)置為上升時間 500ns,平頂時間 500ns時,系統(tǒng)等效的死時間約為 2.79μs,此時,最大脈沖通過率將達到 130Kcps。
粗調(diào)增益::由計算機選定為 1,2,4,8
細調(diào)增益:由計算機設(shè)定為 0.45 至 1.00
尺寸與重量:376D X 242W X 116 H mm, 2.2KG
工作條件:0?C 到 50?C(包括 LCD 顯示)。操作系統(tǒng):Windows 7/ Windows10。
顯示/接口:320?240 像素(pixel) 有機發(fā)光半導體(OLCD)系統(tǒng)狀態(tài)信息。220V
市電接入端子,USB3.0接口。高壓輸出接口,探測器電源接口,探測器信號輸入端子。
第三部分:液氮回凝制冷器
采用低振動長壽命脈沖管制冷機,運行壽命長于 10 年;
25L 液氮容器,不斷電條件下可連續(xù)工作兩年以上;
對探測器分辨率無影響;
可匹配垂直、水平與彎頭型冷指;
液晶顯示屏實時顯示液氮水平、制冷機運行狀態(tài)等信息;
可選購基于無線技術(shù)的遙控器,遠程控制制冷系統(tǒng)或顯示運行狀態(tài);
配有自動式液氮填充接口,可自動加注液氮;
在制冷維系時長為 48 小時前發(fā)出提示與報警;
外形尺寸:64.5cm 高 x 45.6cm 直徑(不含探測器);
功耗:運行時小于 150W,啟動時最大 250W;
工作環(huán)境:0 - 35℃,相對濕度 20%至 80%(無冷凝);
噪聲:1m 處小于 60 分貝。
第四部分:伽馬譜軟件包
研制開發(fā)一套完整的實驗室高純鍺伽馬譜儀,除了高純鍺探測器這一核心部件之外,還需要在與其配套的制冷器、譜儀和分析軟件上下足十分的功夫。
歷經(jīng)十年的反復磋磨與雕琢,目前這款即將商品化的TKGammaWiz軟件包已具備完整而 強大的功能。
它是一個完整的軟件包,只需一次安裝,用戶即可實現(xiàn)如下功能:
系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與硬件控制,包括增益細調(diào)、啟動數(shù)字化穩(wěn)譜、調(diào)節(jié)高壓、顯示實 時間/活時間和脈沖寬度、
系統(tǒng)的能量與效率刻度。初始化安裝時,軟件會提示用戶進行參數(shù)設(shè)置與能量/效 率刻度。
能譜獲取與顯示。具有多路譜圖同步獲取功能。
譜分析與活度計算。多種尋峰方法與峰面積計算方法、多種本底算法、完善的各種校正功能,以期得到最小的不確定度。
分析結(jié)果報告與質(zhì)量保證。完整的數(shù)據(jù)報告會給出每一次測量的條件與結(jié)果,以保 證隨時可以回溯。
它具有如下鮮明的個性化功用與特點:
設(shè)計有可切換的操作員(operator)與專家(expert)兩種使用權(quán)限,以保證系統(tǒng) 與數(shù)據(jù)安全可靠。
的能譜采集回放功能。設(shè)計用于當數(shù)據(jù)超出設(shè)置的限值、或不確定度較高時, 從源頭上予以確認或診斷。
對具備"批處理"條件的樣品,可定制流程化的“一鍵分析"。
具體參數(shù)與特性:
刻度:支持能量、峰形、效率刻度,可人工刻度,也可載入存儲的數(shù)據(jù)文件。效率曲線可
載入自主研發(fā)的無源效率刻度軟件產(chǎn)生的效率刻度文件,并支持三種擬合方法:單一函數(shù)多 項式擬合、插值法、帶“拐點"(Knee)的多項式擬合。
尋峰:支持 Mariscotti 法尋峰,可自動或手動完成尋峰。
本底確定方法:自動確定法、SNIP剝譜法、峰侵蝕法等。軟件會自動選定最佳方法。
分析用核素庫: 軟件包含默認的 2000 個核素的衰變綱圖與相應的伽馬射線能量數(shù)據(jù), 用 戶可在此基礎(chǔ)上進一步編輯并生成自己的自定義子庫。軟件核素庫支持對核素名稱、質(zhì)量、 能量的查詢,和對母子核的編輯。
核素識別的方法: 軟件默認使用基于庫尋峰的核素識別方法,具體執(zhí)行程序如下: 使用廣義二階差分方法初步尋峰,根據(jù)尋峰結(jié)果對核素庫進行篩選。用峰侵蝕方法分析全譜本底,扣除本底后,在庫峰位所在能量點用最小二乘法進行峰擬合作為尋峰結(jié)果。
分析后的核素將會直接標注在譜上,方便查看。 譜分析中的校正:母子核衰變校正;樣品集與譜獲取期間的衰變校正。 MDA 計算:Currie 算法,后續(xù)可擴展 ORTEC MDA 等 18 種算法。
分析結(jié)果報告:報告主要包括能譜信息、刻度、分析設(shè)置、分析峰、分析核素幾個部分內(nèi)
容,支持 pdf、rpt、doc 三種格式。
界面:默認 office 風格,可自行切換。一圖展示能譜、尋峰、核素識別結(jié)果等內(nèi)容,并 可根據(jù)核素計算顯示其余能量峰的高度。
適應的操作系統(tǒng):Windows7/810 32/64 位操作系統(tǒng)。
第五部分:實驗室無源效率刻度軟件
蒙特卡羅程序包:基于 Geant4 軟件程序包,能夠準確模擬光子與物質(zhì)相作用的整個過程。 探測器類型:支持同軸型、面型、井型三種類型探測器。
能量范圍:10keV-7000keV; 刻度角度:支持任意角度刻度。
探測效率:支持真實物理級別的級聯(lián)符合校正,通過自研能量沉積算法獲取探測效率。 常見容器庫:內(nèi)置 9 種常見的容器庫,支持圓柱、圓盤、燒杯、馬林杯、U 型杯、盒子、球 型、點源、橫向圓柱等對稱型樣品模型。
材料庫工具:內(nèi)置 40 余種常見材料,允許用戶自定義材料。
3D 視覺及幾何校驗:提供快速 3D 視覺及更精細的幾何模型定義,提供完整的幾何模型校驗。 輸入?yún)?shù)敏感性分析:提供輸入?yún)?shù)敏感性分析工具,方便用戶定位影響效率刻度的參數(shù)項。
自表征校正工具:允許用戶自主完成探測器表征,無需返廠,確??潭鹊臏蚀_性。 效率刻度擬合公式:允許用戶通過擬合公式計算不同能量對應的探測效率。
刻度結(jié)果報表:支持完整刻度結(jié)果數(shù)據(jù)的報表預覽及打印。 適應的操作系統(tǒng):Windows7/8/10 64 位操作系統(tǒng)。
第六部分:鉛室
1.標準鉛室
TKLBS-G2 是一款頂開門壓桿式低本底鉛室,用于高純鍺γ能譜儀系統(tǒng),屏蔽環(huán) 境本底對探測過程的干擾,提高測量的準確性。
具體參數(shù):
外層材料:1cm 低碳鋼;
中層材料:10cm 低本底鉛 4π 方向屏蔽;
內(nèi)層材料:3 mm 無氧銅;
結(jié)構(gòu):壓桿式頂部平移開門設(shè)計;
承重桌材料:低碳鋼;占地面積:65cm x 65cm;
內(nèi)腔尺寸:Φ310mm x 409mm;
重量:大于 1.1 噸;
鉛室說明:分三個型號,TKLBS-G1,TKLBS-G2,和TKLBS-U,TKLBS為low background shelid低本底屏蔽的縮寫,G1代表Grad1等級1,使用鉛材料厚度為10cm,本底保 證<3.0cps,常規(guī)值<2.8cps;G2代表Grad1等級2,使用鉛材料厚度為15cm,本 底保證<2.0cps,常規(guī)值<1.6cps;U代表Ultra超級,使用鉛材料厚度為15cm, 同時使用液氮揮發(fā)氣體趕走鉛室內(nèi)腔空氣,使之降低空氣中氡的影響,本底保證<1.0cps。按照約定俗稱,以上本底均針對40%效率高純鍺探測器。
2.超低本底鉛室
TKULBS-G 是一款頂開門壓桿式超低本底鉛室,用于高純鍺γ能譜儀系統(tǒng),屏蔽環(huán)境本底 對探測過程的干擾,提高測量的準確性。
本底指標:
本底指標:在正常放射性環(huán)境下 50keV 至 3MeV 范圍內(nèi)保證值小于 1.2cps(40%效率), 典型值約 1cps 左右。
具體參數(shù):
高度 682.1 mm (26.9 in.);
直徑 558.8 mm (22.0 in.);
內(nèi)腔: 直徑 228.6 mm (9 in.);
深度:355.6 mm (14 in.);
最外層:9.5 mm (3/8 in.) 厚的低碳鋼;
屏蔽層: 152 mm (6 in.)厚的低本底鉛;
內(nèi)襯:1 mm 厚的錫與 1.5mm 厚的無氧銅
重量: 1625 Kg
噴漆: 淺灰色環(huán)氧漆
桌子高度:68.5-765 .5cm 高度可調(diào)
可選超低本底內(nèi)襯:2.5cm 厚的 25Bq/kg 的超低本底鉛。
ORTEC-高純鍺探測器