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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(biāo)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(biāo)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(yīng)保持嚴(yán)密的真空條件,。

P 型探測器的總體特性：

能量響應(yīng)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(yīng)用和大部分研究測量應(yīng)用的要求,；

全面保證相對效率,、分辨率、峰康比和峰形指標(biāo),；

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

TKGEP-S 系列探測器型號與性能指標(biāo)：

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(dāng)*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(fù),，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(zhǔn)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(biāo)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(biāo)值進行高壓加載，直到滿足探測器要求,。

異常處理功能：當(dāng)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(yīng)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,。

    具體參數(shù)指標(biāo)：

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(xì)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(dǎo)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(fù)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(xì)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(dāng)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(rèn)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(rèn)的 2000 個核素的衰變綱圖與相應(yīng)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(rèn)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(biāo)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(rèn) office 風(fēng)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(yīng)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(zhǔn)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(xì)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?zhǔn)確性。 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(yīng)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(yù)覽及打印,。 適應(yīng)的操作系統(tǒng)：Windows7/8/10 64 位操作系統(tǒng)。

第六部分：鉛室

1.標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)確性,。

本底指標(biāo)：

本底指標(biāo)：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