我的实验报告之金硅面垒α谱仪

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1、实验名称:金硅面垒α谱仪一、实验目的1.掌握金硅面垒探测器的原理及使用方法；2.了解谱仪的工作原理及其特性；3.学会使用金硅面垒探测器测量粒子在空气中的射程；4.分析粒子的能量损失率与射程的关系；5.分析粒子的能量岐离随能量、射程的变化。二、实验仪器1.FH-445Aα探头架一个；2.FH1047电荷灵敏度前置放大器、BH1218主放大器一台；3.3－30多道分析器；4.2X-1A型旋片式真空泵及真空表、三相异步电动机各一个；5.金硅面垒探测器一个；6.偏压电源一台；7.Am和Puα源各一个。实验装置示

2、意图如图1所示：2X-1A型旋片式真空泵及真空表、三相异步电动机各一个源*电荷灵敏放大器FH1047A主放大器BH1218微机多道分析器ORTEC偏压电源真空室金硅面垒半导体探测器图1谱仪实验装置图三、实验原理3.1.金硅面垒探测器的原理金硅面垒半导体探测器主要用于测量重带电粒子的能谱。它的分辨率仅次于磁谱仪，比屏栅电离室和闪烁谱仪都要高。而设备比磁谱仪简单的多，使用也方便的多。它的缺点是灵敏面积不能做得很大，因而限制了大面积放射源的使用。金硅面垒探测器的响应速度与闪烁计算器差不多，比气体探测器快的多，

3、所以常用来做定时探测器。它的本底很低，适用于做低计数测量。测量精度取决于谱仪的能量分辨率和线性。综上，金硅面垒半导体谱仪具有能量分辨率高、能量线性范围宽、脉冲上升时间快、体积小和价格便宜等优点，在粒子及其它重带电粒子能谱测量中有着广泛的应用。金硅面垒谱仪装置的方框图如图2所示。金硅面垒探测是用一片N型硅，蒸上一薄层金（100—200Å），接近金膜的那一层硅具有P型硅的特性，这种方式形成的PN结靠近表面层，结区即为探测粒子的灵敏区。探测器工作时加反向偏压。粒子灵敏区内损失能量转变为与其能量成正比的电脉冲信

4、号，经放大并由多道分析器测出幅度的分布，从而给出带电粒子的能谱。为了提高谱仪的能量分辨率，探测器要放在真空室中。另外，金硅面垒探测器一般具有光敏的特性，在使用过程中，应有光屏蔽措施。带电粒子进入灵敏区，损失能量产生电子-空穴对。由于外加偏压，灵敏区的电场强度很大，产生的电子-空穴对全部被收集，最后在两极形成电荷脉冲。通常在半导体探测器设备中使用电荷灵敏前置放大器。它的输图2金硅面垒谱仪装置图出信号与输入到放大器的电荷量成正比。此外，灵敏区的厚度和结电容的大小决定于外加偏压，所以所选择的偏压的要满足一下几

5、个个条件：首先，使入射粒子的能量全部损耗在灵敏区中，由入射粒子所产生的电荷完全被收集，电子空穴复合和陷落的影响可以忽略。其次还需考虑到探测器的结电容对前置放大器来说还起着噪声源的作用。电荷灵敏放大器的噪声水平随外接电容的增加而增加，探测器的结电容就相当它的外接电容。因此提高偏压降低结电容可以相当地减少噪汽增加信号幅度，提高信噪比，从而改善探测器的能量分辨率。从上述两点来看，要求偏压加得高一点，但是偏压过高，探测器的漏电流也增大而使分辨率变坏。因此为了得到最佳能量分辨率，探测器的偏压应选择最佳范围。3.2

6、.谱仪的能量刻度和能量分辨率谱仪的能量刻度就是确定粒子能量与脉冲幅度之间对应关系。脉冲幅度大小以谱线峰位在多道分析器中的道址表示。用、两个刻度源，已知各核素粒子的能量，测出该能量在多道分析器上所对应的道址，作能量对应道址的刻度曲线，并表示为：E＝G*CH+E为粒子能量(KeV)。CH为对应E谱峰所在道址(道)。G是直线斜率(KeV/每道)，称为刻度常数。是直线截距(KeV)。它表示由于粒子穿过探测器金层表面所损失的能量。在本实验中，所用定标源为241Am，239Pu源，它们的粒子能量分别为5.486Me

7、v和5.155Mev，由于放射源外层贴了一层防护膜，粒子的能量降低为4.8Mev和4.6Mev，因此用这两个能量进行刻度。半导体探测器的突出优点是它的能量分辨率高，影响能量分辨率的主要因素有：①产生电子-空穴对数和能量损失的统计涨落；②探测器和电子学系统的噪声，主要是前置放大器的噪声；③探测器的窗厚和放射源的厚度引起能量不均匀性所造成的能量展宽。3.3能量损失率与能量岐离能量损失率是指重带电粒子在把靶物质中经过单位路程长度的能量损失。由于碰撞过程是随机事件，求得的能量损失率是平均能量损失率，也可以说是平

8、均线性能量损失率（MeV/cm）。其符号为：-dE/dx，叫做粒子在靶物质中的阻止本领。此外，它也被称为粒子的传能线密度（LET），通常用水介质中keV/μm表示电离能量损失率的近似表达式为：≈(1)＝(2)(3)其中，公式（1）是从经典角度推出出来的，公式（2）是从量子理论非相对论角度退出来的，而公式（3）是从量子理论相对论并考虑其它修正因子推出来的，其中β＝v/c，c是光速，C/Z是壳修正项，是在某一入射粒子能量时，粒子速度不能满足大于