摘 要
本文从高纯锗探测器结构、性能、探测原理入手，详细论述了数字化高纯锗谱仪各部分硬件的性能、作用以及谱仪各部件间的通信、电源的连接方法；介绍了数字化高纯锗谱仪与计算机的网络通信设置，并简要了数字化高纯锗谱仪软件安装过程，详细讨论了数字化高纯锗谱仪的各待设参数的作用及设置方法，通过对谱仪系统的优化，提高谱仪的性能；从核素库设置入手，介绍谱仪的能量及半高宽刻度、效率刻度过程；分析了谱仪软件的基本算法；最后通过谱仪软件对样品自动分析方法参数设置入手，简要讨论样品自动分析过程。通过本文论述，全面分析介绍本实验室的数字化高纯锗谱仪的安装、参数设置及使用方法，从而为实验室今后的测试工作带来极大的帮助。
关键词：高纯锗；系统优化；核素库；效率刻度；自动分析
目 录
绪论 ............................................................... 1 1 Ortec伽玛多道谱仪的硬件介绍及安装 ............................... 2
1.1 谱仪硬件介绍 ............................................... 2
1.1.1 高纯锗探测器 ......................................... 2 1.1.2 炮筒 ................................................. 3 1.1.3 数字化谱仪 ........................................... 4 1.1.4 计算机 ............................................... 4 1.1.5 铅室 ................................................. 4 1.1.6 液氮传输橡胶圈、杜瓦瓶 ............................... 5 1.1.7 金属项圈、金属套圈 ................................... 5 1.1.8 网卡、同轴电缆线 ..................................... 5 1.2 谱仪硬件安装 ............................................... 5 2 Ortec伽玛多道谱仪软件安装及参数设置 ............................. 7
2.1 计算机网络协议设置 ......................................... 7 2.2 谱仪软件安装 ............................................... 7 2.3 谱仪软件参数设置 ........................................... 7 3 Ortec伽玛多道谱仪系统刻度及算法简介 ............................ 11
3.1 能量及半高宽刻度 .......................................... 11 3.2 探测效率刻度 .............................................. 14 3.3 算法简介 .................................................. 16
3.3.1 本低值的计算 ........................................ 16 3.3.2 谱峰净面积的计算 .................................... 16 3.3.3 峰位的计算 .......................................... 16 3.3.4 半高宽的计算 ........................................ 17 3.3.5 放射性核素活度的计算 ................................ 17 3.3.6 探测器的探测下限计算 ................................ 18
4 样品自动样品分析 ............................................... 19
4.1 自动分析参数设置 .......................................... 19 4.2 样品分析结果的获取 ........................................ 21 结论 .............................................................. 22 致谢 .............................................. 错误！未定义书签。 参考文献 .......................................................... 24
东华理工大学毕业设计（论文） 绪论
绪 论
半导体探测器是20世纪60年代以后迅速发展起来的一种核辐射探测器，它的工作原理类似于气体电离室，而探测介质是半导体材料。
随着半导体材料和低噪声电子学的发展以及各种应用的要求，先后研制出了P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器以及其它类型半导体探测器。
半导体探测器的主要优点：
(1)电离辐射在半导体介质中产生一对空穴-电子对平均所需能量大约为在气体中产生一对离子对所需能量的十分之一，即同样能量的带电粒子在半导体中产生的离子对数要比在气体中产生的约高一个数量级，因而电荷数的相对统计涨落也就小得多，所以半导体探测器的能量分辨率很高。
(2)带电粒子在半导体中形成的电离密度要比在一个大气压的气体中形成的高。所以当测高能β或?射线时，半导体探测器的尺寸要比气体探测器小得多，因而可以制成高空间分辨和快时间响应的探测器。
(3)测量电离辐射的能量时，线性范围宽。
由于常用的锗探测器，需要在低温下保存，使用不便。在此基础上，经过科研人员的不断努力，在上世纪70年代诞生一种能经过多次升温和冷却仍然能正常工作、室温下保存的HPGe探测器。而其信号处理则经历了NIM组合式、模拟化集成式谱仪直到当今先进的数字化谱仪。
本文致力于研究核工程技术学院核技术应用实验室中数字化HPGe探测器的安装及使用，为HPGe探测器的稳定、规范运行打下基础。
1
东华理工大学毕业设计（论文） 1.Ortec伽玛多道谱仪的硬件介绍及安装
1. Ortec伽玛多道谱仪的硬件介绍及安装
1.1 谱仪硬件介绍
Ortec伽玛谱仪硬件由探头、炮筒、金属项圈、数字化谱仪、铅室、杜瓦瓶、计算机、同轴电缆线、网卡、橡胶套组成。 1.1.1 高纯锗探测器
Ortec伽玛谱仪探测γ射线的介质为HPGe半导体材料，高纯锗探测器(HPGe)是在上世纪70年代研制出的一种半导体探测器。由于HPGe探测器经过多次升温和冷却仍然能正常工作，所以它能在室温下保存，从而取代了Ge(Li)探测器，被广泛用于γ射线谱仪中。
同轴高纯锗探测器分为双端同轴(中心孔贯穿整个圆柱体)和单端同轴(中心孔只占整个圆柱体的一部分)两种[1]，当今市场上的HPGe探测器大部分都是单端同轴(本实验室采用此种探测器)，因为这样可以避免为解决前表面漏电流所做的复杂处理。而且可以避免由于前表面入射窗很薄，使得电场在径向分布不均所带来的对低能入射射线所产生的数量较少的载流子收集影响，这时我们还要尽量减少前表面的棱角，将探测器前表面做的圆滑一点。通常的同轴高纯锗探测器是用P型锗制成，又称为常规电极型同轴锗探测器(即P型同轴高纯锗探测器)。但它也可以用N型锗制成，又称为倒置电极型同轴锗探测器(即N型同轴高纯锗探测器)。同轴高纯锗探测器一般为闭端结构，对于P型高纯锗探测器的外接触是较厚的(～600μm)、锂扩散形成的n+接触，而薄的非注入P+接触在孔内。因此，P型同轴高纯锗探测器[2,3,5]仅适用于对40Kev以上的γ射线的探测。对N型同轴高纯锗探测器[4,7]的外接触是较薄的、金硅面垒(～40μg/cm2)或硼离子注入(<0.3μm)形成的P+接触，而厚的非注入n+接触在孔内。两者均在n+接触端外加正电压，P+接触端外加负电压[1]。同轴高纯锗探测器结构图如图1所示。
在用高纯锗探测器测量γ射线时，探测器还必须要在真空、低温环境下工作，因为高纯锗在此时禁带宽度较大，这样可以减少热激发，提高探测器的能量分辨力。另外，为了提高仪器的峰康比除了增大探测器的灵敏体积，还要有好的形状，即要求同轴高纯锗探测器的长度大约等于其直径，中心孔径尽量小一些[1]。而且，我们知道，在测量γ射线时，探测器的外表面应用铝封装，以去除空气中α射线、低能X射线的影响。
实验室所用的探测器与高压盒实物图如图2所示。1：线表示高压线；2：表示电源保护线；3：表示输出信号线；4：表示检测线。
2
东华理工大学毕业设计（论文） 1.Ortec伽玛多道谱仪的硬件介绍及安装
图1 同轴高纯锗探测器结构图 图2 高纯锗
探测器与高压盒实物图
1.1.2 炮筒
从探测器中出来的信号，如果直接用其传输到数字化处理设备中，由于传输(电缆)线电阻不可能达到绝对0，这必然会减弱探测器输出的信号，而且传输线的电阻值与其长度成正比、与其截面积成反比，所以在长距离传输过程中，必然会造成信号的损失，增大噪声，从而对后续电路处理带来非常大的困难，导致测量精度下降，甚至错误的实验结果。由此，我们在探测器中出来的信号与数字化谱仪之间加上一路前置放大器，以提高输出脉冲的幅度，减少由于传输过程带来的信号损失。
在炮筒中，不仅有前置放大器，还有高压盒(高压滤波器)[3]。因为当γ射线进入探测器的灵敏体积后，形成空穴—电子，如果不能在两极间形成电场，那么空穴-电子对就无法向两极漂移，那么也无法形成感应电荷，从而得不到信号输出(图3为探测器接收信号图)。而且，由于要形成良好的线性，除了高纯锗探测器对入射γ射线的能量响应成良好线性(即产生空穴—电子对数目与入射射线能量成正比)，并且需要形成一个恒定不变的电场，以满足空穴--电子对漂移速度恒定，所以我们必须要将输入的电压进行滤波，已达到高压稳定的效果。炮筒实物图如图4所示。
图3 探头收集信号示意图 图4 炮筒实物图
3