[发明专利]四元并行碲锌镉核辐射探测器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型核辐射探测器装置，即四元并行方式碲锌镉探测器该探测器比现有的探测器可测面积、探测效率高，探测时间短，为多元并行探测器的发展提供了一种可行性方案，使得该探测器向大体积方向发展，使核安全领域的探测技术更加成熟和全面。

背景技术

目前，国内外核辐射探测器可以大致分为气体探测器，闪烁探测器以及半导体探测器三大类。但由于半导体化合物材料的优越性，如激发一对电子-空穴对所需的平均能量比较低，且能量的分辨率比较高，所以大家都把研究的目标聚焦在半导体材料的探测器，而碲锌镉作为一种优异的半导体化合物材料在目前的研究中也得到越来越多的重视。由于碲锌镉材料具有很高的电阻率，使其具有较低的漏电流，因此在小功率，小型化电路或集成电路型电子设备中应用广泛，但现在一些大型的电路中需要用到大探测面积碲锌镉探测器，传统的方法是通过生长大单晶锌镉材料来实现大探测面积探测器，然而获取大单晶探测器级碲锌镉材料工艺难度大，对实验设备要求高，制备成本高。我们提出通过将多个单一的碲锌镉探测器通过并行的方式合成，也能达到增大探测面积的目的。

本发明通过四元并行的结构来增大探测面积，设计合适的读出电路得到适合研究的能谱。既能克服当前生长大体积的碲锌镉单晶困难，又能解决单个探测器体积小，探测效率低，测量时间长的缺点，具有偏置电压低，能量分辨率好，可在室温下工作的优点。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷,提供一种四元并行碲锌镉核辐射探测装置。本装置可广泛应用于核安全领域。

为达到上述目的,本发明采用下述技术方案：

一种四元并行碲锌镉核辐射探测器装置，包括四个碲锌镉探测器，其特征于每个碲锌镉探测器分别经过一个前置放大器再经过一个差分放大器和一个主放大器，然后一起连接一个加法电路，最后该加法电路连接到一个多道能谱仪和数字示波器，四个碲锌镉探测器测得的信号，经放大后由多道能谱仪和数字式波器进行处理。

所述前置放大器和差分放大器的结构：

a.在信号输入部分，正偏压与接地端之间连接电阻R1和电容C1，负载R2加在探测器D1上，在D1和场效应管Q1的栅极之间接电容C2，在D1的信号端和C1间接电阻R6。

b.取场效应管Q1作为放大器的输入级，信号输入到Q1的栅极，在Q1的漏极和直流电压Ec间接电阻R10，在Q1的源极与接地端之间接R18，在R18两端并联电容C11，再将漏极的信号输入到差分放大器U1A的正向输入端，该正向输入端与Ec间串联电阻R10和R34，在R10和地端接并联连接的C6和C10，在反向输入端与Ec和接地端间分别接R22和R26，在R26两端并联C22，U1A的输出端接到U1B的正向输入端，在U1B的反向输入端与地端之间接R11和C26，U1B的输出端接电阻R38，在R38与U1B的反向输入端之间接一个反馈电阻R30，在U1A的输出端与Q1的栅极间接电阻R12，在R12两端并联电容C18，构成泄放电路。

所述加法电路结构：四个碲锌镉核辐射探测器A、B、C、D的信号输出端分别串联电阻R1、R2、R3、R4接到一个放大器E1的正向输入端，在放大器E1的反向输入端与接地端接一个电阻R8，在放大器E1的直流电压端接电阻R5，在直流电压段与接地端之间接一固定电容C1，在C1两端并联电容C2，在负电源端接电阻R9，在负电源端与接地端之间接固定电容C3，在固定电容C3两端并联电容C4，在输出端串联一个电阻R6，在放大器E1输出端与反向输入端之间接一个电阻R7。

上述的多道能谱仪采用ORTEC-PCI-8k多通道能谱仪，数字示波器采用数字式示波器Tds3012B，将主放大器与数字式示波器连接，并记录其输出波形图。

该探测器比传统的单元探测器探测面积大，探测效率高，探测时间短，适用于便携式核辐射探测谱仪，可广泛应用于核废料监控，环境监测以及机场港口铁路货物等的反射性检测。

附图说明

图1四元并行CZT探测器电路结构框图。

图2为 CZT探测器前置放大电路和差分放大器的电路原理图。

图3四元并行探测器的加法电路原理图。

图4为前置放大器对应于CZT探测器在137Cs辐射下的输出响应曲线图。

图5为模拟信号对主放的调试结果曲线图，其中(a) 模拟信号输入(b) 模拟信号极零相消(c) 模拟信号成形滤波(d) 模拟信号成形后微调。