多维度正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多维度正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱测量系统，多维度正电子湮没寿命谱测量系统和多普勒展宽谱测量系统中均包括反符合系统和三维移动系统。所述的反符合系统包括依次相连的正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器、第一单道分析器、符合器；正电子探测器由闪烁片和光电倍增管通过硅油耦合组成，放射源为同位素放射源，其直接滴于闪烁片上。所述的三维移动系统用来装载样品并使样品在三维方向移动。本发明专利技术采用反符合系统实现非样品中湮没信息的排除，可提高探测的可靠性和探测精度；采用三维移动平台调整样品与正电子探测器间的距离和方位，可实现单块不规则样品多维度缺陷的精确无损检测。

Measurement system of multidimensional positron annihilation lifetime spectra and Doppler broadening spectra

The invention discloses a multidimensional positron annihilation lifetime spectra and Doppler broadening spectrum measurement system, multidimensional positron annihilation Doppler broadening spectrum measurement system and measurement system including anticoincidence system and 3D mobile system. Anticoincidence systems including positron detector, comprises a first preamplifier, first spectrum amplifier, single channel analyzer, which conforms to the first mentioned; positron detector consists of scintillation and photomultiplier tube coupled by silicone oil composition, sources of radioactive sources, the drop in the flash chip. The three-dimensional mobile system is used to load the sample and move the sample in a three-dimensional direction. The invention adopts anti coincidence system to exclude information in a sample of non annihilation, can improve the reliability and precision of detection; using three-dimensional mobile platform to adjust the distance between the sample and the positron detector and range, can achieve single irregular sample multi dimension defects accurate non-destructive detection.

【技术实现步骤摘要】
多维度正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱测量系统
本专利技术涉及一种可探测多维度缺陷的正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱测量系统。
技术介绍
正电子谱学是以正电子为探针，研究正电子与物质相互作用，利用现代核谱学方法精确测量湮没参数，从而得到有关物质微观结构的有用信息。作为一种无损检测技术，常规的正电子湮没技术包含正电子湮没寿命谱技术和多谱勒展宽谱技术。正电子放射源22Na发出的能量为1.28MeV的γ光子作为正电子的起始信号，正电子在样品中湮没后发出的能量为0.511MeV的γ光子作为正电子的终止信号，起始信号和终止信号之间的时间间隔即为正电子寿命。通过大量事件的统计结果，即可得到正电子寿命谱。正电子湮没寿命可分辨样品中存在的多种缺陷，给出各类缺陷的尺寸和浓度，通过数据分析，还可以得到缺陷尺寸的分布。多普勒展宽技术主要测量的是正电子在样品中湮没后产生的能量为0.511MeV的γ光子的能谱。由于电子-正电子对具有一定的动量，导致湮没对的动量不为零，而电子的能量通常在几电子伏，远大于正电子湮没前的能量，因此正电子的动量可以忽略不计，多普勒展宽测量主要反映了电子的动量分布，可用来研究固体缺陷的电子结构，符合多普勒展宽还能得到缺陷周围化学环境(元素组成)的信息。目前，为了提高材料机械性能和满足实际需求，材料往往需要通过磨具制造或者切割等技术制作成各种形状，比如圆形，凹槽形，弧形或是管状等，而不再是表面光滑且完整的平面。在实际应用现场中，利用目前常规的检测手段仅仅探测的是材料的外表面是否受损，而材料内表面的情况难以探测到。虽然正电子湮没谱测量可以灵敏地探测材料的缺陷，但是目前常规的正电子湮没谱仪也只能探测表面光滑完整的材料而不能探测形状不规则的样品。正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱测量系统大都采用“三明治式”夹心结构即用两片相同的样品将放射源夹住进行测量，严格来说并非真正的无损检测(NDT)，在实际应用中存在以下几点不足：(1)由于这种“三明治式”夹心结构，样品与放射源直接接触，易导致放射源破损以及放射性物质泄露对样品的污染，同时不易于实现样品实时测量环境(光照、磁场、温度等)的改变。(2)这种“三明治式”夹心结构无法实现大块样品及厚样品的缺陷检测，也无法实现现场(inthefield)检测。(3)“三明治式”夹心结构所用的样品通常是两块相同的二维平面结构，无法实现对单块不规则样品多维度缺陷的精确无损检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可探测多维度缺陷的正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱测量系统。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一、一种多维度正电子湮没寿命谱测量系统，包括时间测量系统、反符合系统、三维移动系统和控制系统，其中：时间测量系统包括第一BaF2闪烁体探测器、第一恒比甄别器、第一延时箱、第二BaF2闪烁体探测器、第二恒比甄别器、第二延时箱、符合器、时幅转换器和多道分析器；第一BaF2闪烁体探测器、第一恒比甄别器、第一延时箱依次相连；第二BaF2闪烁体探测器、第二恒比甄别器、第二延时箱依次相连；第一恒比甄别器和第二恒比甄别器的输出端还连接符合器；第一延时箱和第二延时箱的输出端均连接时幅转换器，时幅转换器连接多道分析器，多道分析器连接控制系统；反符合系统包括放射源、正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器和第一单道分析器；正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器、第一单道分析器、符合器依次相连；正电子探测器由闪烁片和光电倍增管通过硅油耦合组成，且闪烁片和光电倍增管完全避光；放射源为同位素放射源，其直接滴于闪烁片上，并由Kapton膜密封；作为优选，放射源选取22Na；三维移动系统用来装载样品并使样品在三维方向移动。作为优选，硅油的折射率大于1.3且透射率大于95％。进一步的，正电子探测器设于第一BaF2闪烁体探测器和第二BaF2闪烁体探测器间，且第一BaF2闪烁体探测器和正电子探测器间、以及第二BaF2闪烁体探测器和正电子探测器间均设有屏蔽件。进一步的，三维移动系统包括旋转夹、U型力臂、竖直平移台和水平平移台，竖直平移台设于水平平移台上，U型力臂其中一臂下端连接竖直平移台上端，另一臂下端设有旋转夹。作为优选，U型力臂中设有旋转夹的一臂，该臂与U型力臂横梁的连接处设有旋转轴。多维度正电子湮没寿命谱测量系统中，第一BaF2闪烁体探测器和第二BaF2闪烁体探测器分别设于样品两侧，且第一BaF2闪烁体探测器和第二BaF2闪烁体探测器位于同一水平面且轴线呈90°～120°夹角。第一BaF2闪烁体探测器用于探测放射源产生正电子时伴随发射的能量为1.28MeV的γ光子信号并输出相应的脉冲信号，第二BaF2闪烁体探测器用于探测正电子在样品中湮没产生的能量为0.511MeV的γ光子信号并输出相应的脉冲信号。第一恒比甄别器用来对第一BaF2闪烁体探测器发出的脉冲信号进行能量选择得到起始脉冲信号，第二恒比甄别器用于对第二BaF2闪烁体探测器发出的脉冲信号进行能量选择得到终止脉冲信号。符合器用于实现对输入信号的符合与反符合判选。第一延时箱和第二延时箱用于对探测到的起始脉冲信号和终止脉冲信号进行适当的延时。符合器输出时幅转换器的门信号，时幅转换器用于将起始脉冲信号和终止脉冲信号间的时间间隔转换成幅度与时间间隔成正比的输出信号。多道分析器用于记录时幅转换器输出的脉冲幅度。二、一种多维度多普勒展宽谱测量系统，包括γ能谱测量系统、反符合系统、三维移动系统和控制系统，其中：γ能谱测量系统包括NaI探测器、HP-Ge探测器、第二前置放大器、第三前置放大器、第二谱放大器、第三谱放大器、第二单道分析器、第三单道分析器、符合器、模数转换器和多道分析器，NaI探测器、第二前置放大器、第二谱放大器、第二单道分析器依次相连，HP-Ge探测器、第三前置放大器、第三谱放大器、第三单道分析器依次相连，第二单道分析器和第三单道分析器的输出端分别连接符合器；符合器、模数转换器、多道分析器依次相连，多道分析器连接控制系统，第三谱放大器的输出端还连接模数转换器；反符合系统包括放射源、正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器和第一单道分析器；正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器、第一单道分析器、符合器依次相连；正电子探测器由闪烁片和光电倍增管通过硅油耦合组成，且闪烁片和光电倍增管完全避光；放射源为同位素放射源，其直接滴于闪烁片上，并由Kapton膜密封；作为优选，放射源选取22Na；三维移动系统用来装载样品并使样品在三维方向移动。作为优选，硅油的折射率大于1.3且透射率大于95％。进一步的，三维移动系统包括旋转夹、U型力臂、竖直平移台和水平平移台，竖直平移台设于水平平移台上，U型力臂其中一臂下端连接竖直平移台上端，另一臂下端设有旋转夹。作为优选，U型力臂中设有旋转夹的一臂，该臂与U型力臂横梁的连接处设有旋转轴。本专利技术多维度多普勒展宽谱测量系统中，NaI探测器和HP-Ge探测器设于样品的两侧，且NaI探测器和HP-Ge探测器的轴线位于同一轴线上。NaI探测器和HP-Ge探测器的距离可根据源强大小进行适当调节。NaI探测器和HP-Ge探测器分别探测的是同一正电子湮没时产生能量(0.511MeV)相等、方向相反的2个γ光子信号。第二前置放大器和第三前置放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多维度正电子湮没寿命谱测量系统，其特征是：包括时间测量系统、反符合系统、三维移动系统和控制系统，其中：时间测量系统包括第一BaF

【技术特征摘要】
1.一种多维度正电子湮没寿命谱测量系统，其特征是：包括时间测量系统、反符合系统、三维移动系统和控制系统，其中：时间测量系统包括第一BaF2闪烁体探测器、第一恒比甄别器、第一延时箱、第二BaF2闪烁体探测器、第二恒比甄别器、第二延时箱、符合器、时幅转换器和多道分析器；第一BaF2闪烁体探测器、第一恒比甄别器、第一延时箱依次相连；第二BaF2闪烁体探测器、第二恒比甄别器、第二延时箱依次相连；第一恒比甄别器和第二恒比甄别器的输出端还连接符合器；第一延时箱和第二延时箱的输出端均连接时幅转换器，时幅转换器连接多道分析器，多道分析器连接控制系统；反符合系统包括放射源、正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器和第一单道分析器；正电子探测器、第一前置放大器、第一谱放大器、第一单道分析器、符合器依次相连；正电子探测器由闪烁片和光电倍增管通过硅油耦合组成，且闪烁片和光电倍增管完全避光；放射源为同位素放射源，其直接滴于闪烁片上，并由Kapton膜密封；三维移动系统用来装载样品并使样品在三维方向移动。2.如权利要求1所述的多维度正电子湮没寿命谱测量系统，其特征是：所述的硅油的折射率大于1.3且透射率大于95%。3.如权利要求1所述的多维度正电子湮没寿命谱测量系统，其特征是：所述的正电子探测器设于第一BaF2闪烁体探测器和第二BaF2闪烁体探测器间，且第一BaF2闪烁体探测器和正电子探测器间、以及第二BaF2闪烁体探测器和正电子探测器间均设有屏蔽件。4.如权利要求1所述的多维度正电子湮没寿命谱测量系统，其特征是：所述的三维移动系统包括旋转夹、U型力臂、竖直平移台和水平平移台，竖直平移台设于水平平移台上，U型力臂其中一臂下端连接竖直平移台上端，另一臂下端设有旋转夹。5.如权利要求4所述的多维度...

【专利技术属性】
技术研发人员：石见见，吴奕初，姚春龙，刘向兵，朱喆劼，杨薇，王佳恒，徐雪慧，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42