ORTEC高纯锗探测器谱仪

ORTEC高纯锗探测器HPGe

一、 探测器机理与各指标的简要意义

放射性核素产生的γ光子和X射线，其能量一般在keV至MeV范围。由于其不带电荷，通过物质时不能直接使物质产生电离，不能直接被探测到，因此γ和X射线的探测主要依赖于其通过物质时与物质原子相互作用，并将全部或部分光子能量传递给吸收物质中的一个电子。这种相互作用表现出光子的突变性和多样性，在吸收物质中主要产生三种不同类型的相互作用：光电效应、康普顿效应或电子对效应，而产生的次级电子（光电子）再引起物质的电离和激发，形成电脉冲流，电脉冲的幅度正比于γ和X射线的能量。三种效应中，光电效应中γ光子把全部能量传递给光电子而产生全能峰，是谱仪系统中用于定性定量分析的主要信号；而康普顿效应和电子对效应则会产生干扰，应尽可能予以抑制。
在谱仪中，探测器（包括晶体、高压和前置放大器）实际上是一个光电转换器，将光子的能量转变成幅度与其成正比的电脉冲。然后通过谱仪放大器将该脉冲成形并线性放大，再送入模数变换器即ADC中将输入信号根据其脉冲幅度转变成一组数字信号，并将该数字信号送入多道计算机数据获取系统，由相关软件形成谱图并进行分析。

ORTEC高纯锗探测器HPGe

以下简要阐明所涉及的相关物理概念：
1、相对效率、绝对效率与实际效率
相对探测效率（即标称效率）的定义：按ANSI/IEEE Std. 325-1996定义，Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处，对1.33MeV能量峰，半导体探测器与3“×3“ NaI探测器计数率的比值，以%表示。绝对效率：Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处，1.33MeV能量峰处所产生的实际探测效率（3“×3“NaI探测器，此绝对效率为0.12%）。实际探测效率：取决于感兴趣核素所在能量峰、探测器的晶体结构、实际样品的形状、体积及探测器与样品间的相对位置关系等因素。
针对低活度样品的测量，通过提高实际探测效率以提高测量灵敏度是选择探测器的出发点。
2、 能量分辨率（FWHM）：探测器或系统对不同能量γ和X射线在探测中的分辨能力，通常以半高宽（FWHM，全能峰高度一半处所对应的能量宽度）表示。比如对于1.33MeV能量峰，按ANSI/IEEE Std. 325-1996定义，Co-60点源置于探测器端面正上方25cm处，在计数率为1kcps时的全能半高宽。由于高纯锗探测器的分辨率本身已经相当精锐，除了在中子活化、超铀元素分析等少数应用中，能量分辨率已不是首要考虑的因素。更加实际的分辨率问题是在高计数率和计数率动态变化（如中子活化、裂变产物、在线监测、现场测量）情况下，如何保证分辨率尽可能的稳定。
3、 康普顿效应与峰康比
γ光子与探测器中的半导体原子的电子相互作用时，将部分能量传递给电子，剩余能量的γ光子以一定的角度散射出去，成为康普顿散射。康普顿效应的结果会导致在低能部分的全能峰下方形成康普顿坪，成为相关能量峰的本底或甚至淹没此能量峰。
峰康比：对1.33MeV能量峰，指其全能峰的中心道计数与1.040MeV至1.096MeV区间内康普顿坪的平均道计数之比。
4、 峰形
表征全能峰对称性之指标，通常以FTWH（十分之一全高宽）与FWHM（半高宽）之比表示。为严格定义峰形，ORTEC对部分探测器同时提供F.02WH（五十分之一全高宽）与FWHM（半高宽）之比。