正电子湮没多参数符合测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高效率的正电子湮没多参数符合测量系统，通过采用平面型高纯锗半导体探测器同时测量正电子湮没的时间停止信号和能量信号的方式，实现高效率的正电子湮没寿命-动量关联（Positron?Age?Momentum?Correlation,AMOC）符合测量。系统包括：一个闪烁体探测器、一个平面型高纯锗半导体探测器、第一恒比定时甄别器、第二恒比定时甄别器、第一信号延时箱、第二信号延时箱、定时滤波放大器、时-幅转换器、谱放大器、双通道多道分析器。通过选用合理的电子学框架及信号处理方式，实现了信号的准确和高效率处理，使系统最终计数率较常规AMOC谱仪提高一个数量级，为电子偶素的相关研究提供了更好的研究手段。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及正电子及电子偶素湮没测量技术，且特别涉及一种正电子湮没多参数符合测量系统。
技术介绍
正电子煙没谱学(Positronannihilation spectroscopy, PAS)研究方法是一种探测正电子在材料中发生湮没后产生的Y辐射的核谱学方法，它具有高的缺陷灵敏性和原子尺度缺陷微探测的优点，可以直观和半定量地提供材料中微观缺陷尺寸、浓度及分布的信息，已经成为研究材料微结构以及正电子及电子偶素化学的独特分析方法。正电子寿命-动量关联谱(Positron Age Momentum Correlation, AM0C)探测技术是PAS中一种多参数符合的探测手段，谱仪通过对正电子湮没寿命和动量两种信号同时探测并进行符合，以记录同一湮没事例的湮没时间和动量信息。此技术能够展现不同湮没寿命的正电子的湮没动量分布，特别是能够对2-140ns的长寿命区域内不同热化程度的电子偶素湮没的动量分布进行研究，区分电子偶素的不同湮没状态。现有技术中的AMOC谱仪通常采用三探测器的构型，如图1所示。系统由三个探测器及相应的电子学插件构成。探测器包括两个氟化钡(BaF2)闪烁体探测器，和一个同轴型高纯锗(High-Purity Germanium，HPGe)半导体探测器。两个闪烁体探测器分别用以探测正电子湮没寿命起始和停止的时间信号，其中测量停止时间信号的闪烁体探测器与同轴型HPGe探测器相对同轴放置，以测量同一湮没事例放出的夹角约为180°的伽马光子。测量时，该AMOC谱仪首先将两个闪烁体探测器的时间信号进行符合，得到正电子湮没的时间信号，再通过双通道多道分析器进行正电子湮没时间与能量的符合。为使谱仪达到较高的符合计数率，正电子源紧贴起始信号闪烁体探测器。同轴型HPGe探测器与正电子源的距离由源强决定，在保证计数率的情况下可进行适当调整。在实现本技术的过程中，专利技术人发现现有技术中的上述AMOC谱仪存在如下特点上述采用三探测器几何构型的谱仪，对正电子湮没寿命谱时间起始和停止信号分别使用两个闪烁体探测器进行探测，再与同轴型HPGe探测器探测的能量信号进行符合。谱仪的最终信号来自三个信号(时间起始、时间停止和能量信号)经三重符合后得到，最终符合效率为单次符合效率的乘积，谱仪最终计数率较低(约2 4CpS/l·! Ci)。实验结果表明，在实际的样品测量过程中，上述三探测器几何构型的AMOC谱仪，单个样品的测量需2至4天，样品测量周期长。特别针对电子偶素产额较低的实验样品则需要更长时间。测量期间的环境温湿度变化将使谱仪发生漂移，导致测量结果不准确。此夕卜，电绝缘性样品经受正电子长时间测量照射后，将出现电荷积累效应，使样品内电子偶素产额发生变化，造成测量结果失真。上述采用三探测器几何构型的谱仪若要提高系统的计数率，可采用增加正电子源强度的办法，但此法将增加各探测器的杂散本底及信号的偶然符合本底，同时也会对探测器造成辐照损伤。
技术实现思路
为解决现有技术中的上述问题，本技术提供了一种高效率的正电子湮没多参数符合测量系统。本技术所提供的高效率正电子湮没多参数符合测量系统，包括一个闪烁体探测器、用于同时获取正电子湮没的能量信号和时间停止信号的平面型高纯锗半导体探测器、第一恒比定时甄别器、第二恒比定时甄别器、第一信号延时箱、第二信号延时箱、定时滤波放大器、时-幅转换器、谱放大器、双通道多道分析器；闪烁体探测器的信号输出端连接第一恒比定时甄别器，第一恒比定时甄别器的输出端与第一信号延时箱连接，第一信号延时箱的输出端与时-幅转换器连接；平面型高纯锗半导体探测器的其中一个输出端连接定时滤波放大器，该定时滤波放大器的输出端连接第二恒比定时甄别器，第二恒比定时甄别器的其中一个输出端连接第二信号延时箱，该第二信号延时箱的输出端连接该时-幅转换器；第二恒比定时甄别器的另一输出端连接该时-幅转换器以为时-幅转换器提供门信号；平面型高纯锗半导体探测器的另一输出端连接谱放大器，该谱放大器的输出端连接双通道多道分析器，时-幅转换器的输出端也连接该双通道多道分析器。所述闪烁体探测器和平面型高纯锗半导体探测器与正电子源之间的距离与所述正电源的源强相适应。所述正电子源的源强小于10微居，所述闪烁体探测器和平面型高纯锗半导体探测器的距离为O至3厘米。本技术的正电子湮没多参数符合测量系统，通过采用平面型高纯锗半导体探测器同时测量正电子湮没的时间停止信号和能量信号的方式，实现高效率的正电子湮没寿命-动量关联符合测量。选用合理的电子学框架及信号处理方式，实现了信号的准确和高效率处理，使系统最终计数率较常规AMOC谱仪提高一个数量级，为电子偶素的相关研究提供了更好的研究手段。附图说明图1为现有的采用三探测器几何构型的AMOC谱仪的结构框图；图2为本技术的采用两探测器几何构型的正电子湮没多参数符合测量系统的结构框图；图3a为本技术的正电子湮没多参数符合测量系统对Ni单晶材料的测量结果谱图；图3b为本技术的正电子湮没探测系统针对聚四氟乙烯材料的的测量结果谱图。具体实施方式体现本技术特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本技术能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本技术的范围，且其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本技术。本专利技术针对现有技术中的AMOC谱仪存在的问题，建立了双探测器几何构型的正电子湮没多参数符合测量系统。系统采用平面型高纯锗半导体探测器同时测量正电子湮没的时间停止信号和能量信号的方式，减少了信号的符合次数，使系统的最终符合效率提高了 一个数量级。以下先对本技术中的正电子湮没多参数符合测量系统的具体结构和工作原理进行说明。该正电子湮没多参数符合测量系统的结构图如图2所示，以下结合图2对该正电子湮没探测系统的组成结构及其工作特点进行说明，该正电子湮没探测系统包括一个闪烁体探测器1，用于探测正电子湮没Y光子的起始时间信号。一个平面型高纯锗半导体探测器2，用于探测正电子湮没Y光子的能量信号，同时提取正电子湮没Y光子的时间停止信号。该闪烁体探测器I和该平面型高纯锗半导体探测器2与正电子源之间的距离由源强决定，源强大时则也距离适当增大该距离。在保证计数率的情况下可进行适当调整(在本案中，正电子源小于10微居的情况下为O至3厘米)。由于两探测器距正电子源较近，使得探测器在正电子源周围所占空间角的比例较大，探测器的几何探测效率提高，因此该正电子湮没探测系统可以采用强度较小的正电子源，以降低测量本底和对探测器的辐照损伤。第一恒比定时K别器3I (Constant Fraction Differential Discriminator,CFD)、第二恒比定时甄别器32，用于获取定时信号。第一信号延时箱41 (Delay)和第二信号延时箱42,用于进行信号的延迟处理。一个定时滤波放大器5 (Timing Filter Amplifier, TFA)具有较好的定时性能，用于将平面型高纯锗半导体探测器2的前置放大器的信号定时并成形放大。一个时-幅转换器6 (Time-to-Amplitude Converter, TAC),用于将正电子煙没的起始-终止时间间隔转换为信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正电子湮没多参数符合测量系统，其特征在于，该系统包括：一个闪烁体探测器、用于同时获取正电子湮没的能量信号和时间停止信号的平面型高纯锗半导体探测器、第一恒比定时甄别器、第二恒比定时甄别器、第一信号延时箱、第二信号延时箱、定时滤波放大器、时?幅转换器、谱放大器、双通道多道分析器；闪烁体探测器的信号输出端连接第一恒比定时甄别器，第一恒比定时甄别器的输出端与第一信号延时箱连接，第一信号延时箱的输出端与时?幅转换器连接；平面型高纯锗半导体探测器的其中一个输出端连接定时滤波放大器，该定时滤波放大器的输出端连接第二恒比定时甄别器，第二恒比定时甄别器的其中一个输出端连接第二信号延时箱，该第二信号延时箱的输出端连接该时?幅转换器；第二恒比定时甄别器的另一输出端连接该时?幅转换器以为时?幅转换器提供门信号；平面型高纯锗半导体探测器的另一输出端连接谱放大器，该谱放大器的输出端连接双通道多道分析器，时?幅转换器的输出端也连接该双通道多道分析器。

【技术特征摘要】
1.一种正电子湮没多参数符合测量系统，其特征在于，该系统包括一个闪烁体探测器、用于同时获取正电子湮没的能量信号和时间停止信号的平面型高纯锗半导体探测器、第一恒比定时甄别器、第二恒比定时甄别器、第一信号延时箱、第二信号延时箱、定时滤波放大器、时-幅转换器、谱放大器、双通道多道分析器； 闪烁体探测器的信号输出端连接第一恒比定时甄别器，第一恒比定时甄别器的输出端与第一信号延时箱连接，第一信号延时箱的输出端与时-幅转换器连接； 平面型高纯锗半导体探测器的其中一个输出端连接定时滤波放大器，该定时滤波放大器的输出端连接第二恒比定时甄别器，第二恒比定时甄别器的其中一个输出端连接第二信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓昕，王宝义，曹兴忠，张鹏，姜小盼，于润升，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：