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实验室高纯锗(HPGe)伽马γ能谱仪
第一部分:高纯锗探测器
高锗探测器由于其无与伦比的优异分辨率,是核测量最精密和最先进的工具,在核物理 研究与核测量中具有不可替代的地位。
完整的高纯锗探测器的制造过程包括晶体制备、探测器结构设计、高性能低噪声前置放大 器设计、超高真空封装与生产成型、指标测试和稳定性考核等。经国家权威计量部门检定, 其关键 性能指标优异、稳定性良好。
高纯锗探测器的工作机理:高纯锗晶体的杂质浓度低至 1010 原子/cm3 量级,是世界上最纯 净的物质。高纯锗探测器表面 分别有 N+、P+电极,在该两种电极上加反向偏压后,由于高 纯锗晶体极低的杂质浓度,其内部将工作在全耗尽状态,此时伽马射线在其内部沉积能量产生 的载流子在电场的作用下被收集,形成的电流信号通过前置放大器被转换为与沉积能量成正比 的电压信号。
高纯锗探测器所采用的晶体外形为一圆柱体,在 其外表面为 N+电极,在其内部电极孔内部为 P+电极, 两种电极分别使用成熟的锂扩散、硼离子注入技术制 造。威视®系列高性能 P 型同轴高纯锗探测器的 N+电 极约为 0.5mm 厚,P+电极约为 0.5μm 厚。
探测器的前置放大器可根据用户需求选用阻容反馈或脉冲反馈前放,性能优异,长期稳 定性好,除适配威视®系列数字谱仪外,还可兼容市场上主流的谱仪产品。 威视®系列高性能 P 型优化高纯锗探测器配置垂直冷指,并可根据用户需要配置“L 形”、 “U 形”、水平冷指等定制化设计,同时为用户在探测器封装与冷指材料上提供超低本底选项。为保证制冷效率,探测器舱室应保持严密的真空条件。
能量响应范围:30keV 至 10MeV;相对探测效率 10% 至 80%;
可满足绝大部分样品测量应用和大部分研究测量应用的要求;
全面保证相对效率、分辨率、峰康比和峰形指标;
可配置普通阻抗反馈前放或适于高计数率的脉冲光反馈前放。
型号 | 晶体尺寸(mm) | 能量分辨率-FWHM(≤keV) | 峰形(≤) | 峰康比 (≥) | 效率 (≥) | ||||
直径 | 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:谱仪(多道分析仪)
配套高纯锗探测器的一款新型数字化谱仪。其设计功能完善,其稳定性业已经实际使用验证。针对高效率探测器或高 计数率条件下对信号处理的要求,结合软件,谱仪在数字化极零调 节、死时间校正和弹道亏损校正方面做了具有相当先进性和独到 性的设计。
谱仪整体功能与特性:
全数字化控制,保证人机交互灵活
探测器回温情况下高压自动切断功能(shutdown)
多种滤波模式,可根据特定环境配置滤波参数,具备低频噪声抑制功能
具备门控数字化基线恢复,自动极零,零死时间校正,弹道亏损校正等完 整先进功能
最大数据通过率大于 100kcps,对高计数率样品能获得准确的测量结果
支持 USB3.0 接口
谱仪特征功能:
基础参数显示:系统的电源开启状态,高压开启状态,高压目标值,高压升降过程 动态显示。
全数字化自动高压加载:用户根据探测器参数选定高压后,系统自动按指定的速率 和目标值进行高压加载,直到满足探测器要求。
异常处理功能:当系统意外掉电,设备自动启动 UPS 功能,并按异常处理逻辑,进 行高压缓降,以保护探测器安全。
抑制电荷收集时间效应功能:基于 FPGA 的硬件算法,利用快通道梯形脉宽来统计 电荷收集的方法简单实用高效。
系统非线性:积分非线性:≤ 0.01%;微分非线性:≤±0.28
最大通过率:成形时间设置为上升时间 500ns,平顶时间 500ns时,系统等效的死时间约为 2.79μs,此时,最大脉冲通过率将达到 130Kcps。
粗调增益::由计算机选定为 1,2,4,8
细调增益:由计算机设定为 0.45 至 1.00
尺寸与重量:376D X 242W X 116 H mm, 2.2KG
工作条件:0C 到 50C(包括 LCD 显示)。操作系统:Windows 7/ Windows10。
显示/接口:320240 像素(pixel) 有机发光半导体(OLCD)系统状态信息。220V
市电接入端子,USB3.0接口。高压输出接口,探测器电源接口,探测器信号输入端子。
第三部分:液氮回凝制冷器
采用低振动长寿命脉冲管制冷机,运行寿命长于 10 年;
25L 液氮容器,不断电条件下可连续工作两年以上;
对探测器分辨率无影响;
可匹配垂直、水平与弯头型冷指;
液晶显示屏实时显示液氮水平、制冷机运行状态等信息;
可选购基于无线技术的遥控器,远程控制制冷系统或显示运行状态;
配有自动式液氮填充接口,可自动加注液氮;
在制冷维系时长为 48 小时前发出提示与报警;
外形尺寸:64.5cm 高 x 45.6cm 直径(不含探测器);
功耗:运行时小于 150W,启动时最大 250W;
工作环境:0 - 35℃,相对湿度 20%至 80%(无冷凝);
噪声:1m 处小于 60 分贝。
第四部分:伽马谱软件包
研制开发一套完整的实验室高纯锗伽马谱仪,除了高纯锗探测器这一核心部件之外,还需要在与其配套的制冷器、谱仪和分析软件上下足十分的功夫。
历经十年的反复磋磨与雕琢,目前这款即将商品化的TKGammaWiz软件包已具备完整而 强大的功能。
它是一个完整的软件包,只需一次安装,用户即可实现如下功能:
系统的参数设置与硬件控制,包括增益细调、启动数字化稳谱、调节高压、显示实 时间/活时间和脉冲宽度、
系统的能量与效率刻度。初始化安装时,软件会提示用户进行参数设置与能量/效 率刻度。
能谱获取与显示。具有多路谱图同步获取功能。
谱分析与活度计算。多种寻峰方法与峰面积计算方法、多种本底算法、完善的各种校正功能,以期得到最小的不确定度。
分析结果报告与质量保证。完整的数据报告会给出每一次测量的条件与结果,以保 证随时可以回溯。
它具有如下鲜明的个性化功用与特点:
设计有可切换的操作员(operator)与专家(expert)两种使用权限,以保证系统 与数据安全可靠。
独特的能谱采集回放功能。设计用于当数据超出设置的限值、或不确定度较高时, 从源头上予以确认或诊断。
对具备”批处理”条件的样品,可定制流程化的“一键分析”。
具体参数与特性:
刻度:支持能量、峰形、效率刻度,可人工刻度,也可载入存储的数据文件。效率曲线可
载入自主研发的无源效率刻度软件产生的效率刻度文件,并支持三种拟合方法:单一函数多 项式拟合、插值法、带“拐点”(Knee)的多项式拟合。
寻峰:支持 Mariscotti 法寻峰,可自动或手动完成寻峰。
本底确定方法:自动确定法、SNIP剥谱法、峰侵蚀法等。软件会自动选定最佳方法。
分析用核素库: 软件包含默认的 2000 个核素的衰变纲图与相应的伽马射线能量数据, 用 户可在此基础上进一步编辑并生成自己的自定义子库。软件核素库支持对核素名称、质量、 能量的查询,和对母子核的编辑。
核素识别的方法: 软件默认使用基于库寻峰的核素识别方法,具体执行程序如下: 使用广义二阶差分方法初步寻峰,根据寻峰结果对核素库进行筛选。用峰侵蚀方法分析全谱本底,扣除本底后,在库峰位所在能量点用最小二乘法进行峰拟合作为寻峰结果。
分析后的首选核素将会直接标注在谱上,方便查看。 谱分析中的校正:母子核衰变校正;样品集与谱获取期间的衰变校正。 MDA 计算:Currie 算法,后续可扩展 ORTEC MDA 等 18 种算法。
分析结果报告:报告主要包括能谱信息、刻度、分析设置、分析峰、分析核素几个部分内
容,支持 pdf、rpt、doc 三种格式。
界面:默认 office 风格,可自行切换。一图展示能谱、寻峰、核素识别结果等内容,并 可根据指定核素计算显示其余能量峰的高度。
适应的操作系统:Windows7/810 32/64 位操作系统。
第五部分:实验室无源效率刻度软件
蒙特卡罗程序包:基于 Geant4 软件程序包,能够准确模拟光子与物质相作用的整个过程。 探测器类型:支持同轴型、面型、井型三种类型探测器。
能量范围:10keV-7000keV; 刻度角度:支持任意角度刻度。
探测效率:支持真实物理级别的级联符合校正,通过自研能量沉积算法获取探测效率。 常见容器库:内置 9 种常见的容器库,支持圆柱、圆盘、烧杯、马林杯、U 型杯、盒子、球 型、点源、横向圆柱等对称型样品模型。
材料库工具:内置 40 余种常见材料,允许用户自定义材料。
3D 视觉及几何校验:提供快速 3D 视觉及更精细的几何模型定义,提供完整的几何模型校验。 输入参数敏感性分析:提供输入参数敏感性分析工具,方便用户定位影响效率刻度的参数项。
自表征校正工具:允许用户自主完成探测器表征,无需返厂,确保刻度的准确性。 效率刻度拟合公式:允许用户通过拟合公式计算不同能量对应的探测效率。
刻度结果报表:支持完整刻度结果数据的报表预览及打印。 适应的操作系统:Windows7/8/10 64 位操作系统。
第六部分:铅室
1.标准铅室
TKLBS-G2 是一款顶开门压杆式低本底铅室,用于高纯锗γ能谱仪系统,屏蔽环 境本底对探测过程的干扰,提高测量的准确性。
具体参数:
外层材料:1cm 低碳钢;
中层材料:10cm 低本底铅 4π 方向屏蔽;
内层材料:3 mm 无氧铜;
结构:压杆式顶部平移开门设计;
承重桌材料:低碳钢;占地面积:65cm x 65cm;
内腔尺寸:Φ310mm x 409mm;
重量:大于 1.1 吨;
铅室说明:分三个型号,TKLBS-G1,TKLBS-G2,和TKLBS-U,TKLBS为low background shelid低本底屏蔽的缩写,G1代表Grad1等级1,使用铅材料厚度为10cm,本底保 证<3.0cps,常规值<2.8cps;G2代表Grad1等级2,使用铅材料厚度为15cm,本 底保证<2.0cps,常规值<1.6cps;U代表Ultra超级,使用铅材料厚度为15cm, 同时使用液氮挥发气体赶走铅室内腔空气,使之降低空气中氡的影响,本底保证<1.0cps。按照约定俗称,以上本底均针对40%效率高纯锗探测器。
2.超低本底铅室
TKULBS-G 是一款顶开门压杆式超低本底铅室,用于高纯锗γ能谱仪系统,屏蔽环境本底 对探测过程的干扰,提高测量的准确性。
本底指标:
本底指标:在正常放射性环境下 50keV 至 3MeV 范围内保证值小于 1.2cps(40%效率), 典型值约 1cps 左右。
具体参数:
高度 682.1 mm (26.9 in.);
直径 558.8 mm (22.0 in.);
内腔: 直径 228.6 mm (9 in.);
深度:355.6 mm (14 in.);
最外层:9.5 mm (3/8 in.) 厚的低碳钢;
屏蔽层: 152 mm (6 in.)厚的低本底铅;
内衬:1 mm 厚的锡与 1.5mm 厚的无氧铜
重量: 1625 Kg
喷漆: 浅灰色环氧漆
桌子高度:68.5-765 .5cm 高度可调
可选超低本底内衬:2.5cm 厚的 25Bq/kg 的超低本底铅。
保修期: 2年
是否可延长保修期: 是
现场技术咨询: 有
免费培训: 免费培训一次,限定5人内
免费仪器保养: 6个月一次
保内维修承诺: 2年免费维修,终生维护
报修承诺: 24小时赶到现场
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