【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 探測(cè)器為提高工作電壓 ,改善電場(chǎng)分布 ,減少漏電流 ,降低噪聲 ,制成圖 b， c所示的槽溝型或頂帽型結(jié)構(gòu) 。 一般平面型探測(cè)器管芯的制備工藝步驟如下：（ 1）切割。垂直于晶錠軸向按所需厚度切片。（ 2）研磨。用 M28， M14金剛砂 先后研磨兩面 ,磨后充分沖洗 ,要求表面無道痕 ,邊緣無缺口 ,無崩裂縫。（ 3）制 n+接觸 ,在真空系統(tǒng)中進(jìn)行鏗的蒸發(fā)和擴(kuò)散工藝 ,蒸發(fā)時(shí)防止鈕擴(kuò)延到晶體的邊緣 ,擴(kuò)散溫度 300℃左右 , 時(shí)間 5— 10min, 慢速冷卻。擴(kuò)散后薄層電阻約 1— 10Ω , 擴(kuò)散層厚度 30— 500μ m。（ 4）拋光腐蝕將銼擴(kuò)散面用黑臘或抗蝕膠帶保護(hù)好，在 HNO3： HF：發(fā)煙 HNO3=7:2:1中腐蝕約 2min，直到光亮表面。（ 5）制 p+接觸。在新腐蝕好的表面上有三種制作 p+的方法：①硼離子注入法注入約 。 注入約 1 1014cm2的硼離子，束流控制在 1mA／ m2以下。②蒸把法。真空鍍膜機(jī)中淀積上 約 100nm厚的把金屬層。③蒸金法。沉積上厚約 80— 100nm的金層。 (6)邊緣腐蝕。先將 n+和 p+兩個(gè)電極保護(hù)好 ,隨后用 HNO3:HF:發(fā)煙 HNO3=7:2:1的腐蝕液中腐蝕 1— 2min,甲醇碎滅 ,氮?dú)獯蹈?,制成的管芯隨即封入致冷裝置中。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） HPGe探測(cè)器的介紹 6 （ 2） n、 p型同軸探測(cè)器 同軸高純鍺探測(cè)器一般為閉端結(jié)構(gòu) ,p型探測(cè)器的外接觸是較厚的（ ＞ 300μ m）鋰擴(kuò)散 n+接觸 ,而薄的 p+接觸是在孔內(nèi) ,因此 ,p型同軸高純鍺探測(cè)器僅適用于 40kwV以上的γ射線。 n型同軸探測(cè)器 的電極排列正好與 p型的相反 , 亦稱反電極同軸探測(cè)器。它的外接觸是薄的（＜ m﹚ p+接觸 ,而孔內(nèi)為厚的 n+接觸 ,因此具有上述三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 圖 n型（ a） 和 p型（ b）同軸高純鍺探測(cè)器的結(jié)構(gòu) （ 3） 井型探測(cè)器 鍺晶體體積： 180cc；井直徑 16mm，井深： 40mm； FWHM（ 1332KeV）分辨率： ；FWHM（ 122KeV）分辨率： ；相對(duì)效率： 35%；垂直冷指 30 升 杜瓦；冷指延長棒、鉛塞；前放及電源電纜 。 圖 井型實(shí)物圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） HPGe探測(cè)器的介紹 7 高純鍺探測(cè)器的性能 能量分辨率 探測(cè)系統(tǒng)的能量分辨本領(lǐng)主要和以下因素有關(guān)： （ 1） 產(chǎn)生載流子對(duì)數(shù)目和能量損失的統(tǒng)計(jì)漲落，即探側(cè)器的固有分辨率。 （ 2） 載流子的復(fù)合和俘獲。 （ 3）探測(cè)器和電子學(xué)系統(tǒng)的噪聲 （ 4）其他：如入射粒子的類型和能量，探測(cè)器和源的幾何排行，探測(cè)器的工作條件（如偏壓、 溫度、環(huán)境、光照等）以及脈沖的成形參數(shù)等都與能量分辨有關(guān)。 只要認(rèn)真選取原材料、不斷改進(jìn)器件工藝 ,可使總的分辨率主要取決于探測(cè)器的固有分辨率和電子學(xué)噪聲。 典型鍺探測(cè)器的分辨率為 ： （ 1）小平面鍺對(duì) 的 55Fe的 X射線為 156eV； （ 2）大平面鍺對(duì) 122keV57Co為 600eV （ 3）同軸鍺對(duì) 的 60Co為 。 通常鍺探測(cè)器的能量分辨本領(lǐng)是對(duì) 的 60Co 而言， 70 年代初為 —，目前是 — ?，F(xiàn)代由高純鍺探測(cè)器組成的γ譜儀在不同 能量下的分辨本領(lǐng)如圖 : 圖 [18] 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） HPGe探測(cè)器的介紹 8 探測(cè)效率 高純鍺探測(cè)器的探測(cè)效率與射線能量、探測(cè)器靈體積、幾何形狀 和制備方法、源與探測(cè)器的距離以及探測(cè)器的裝配細(xì)節(jié)等有關(guān)。圖 給出了絕對(duì)效率隨射線能量的關(guān)系曲線。鍺探測(cè)器適用于分析較低能量的光子。一般來說 , 體積越大 ,探測(cè)效率越高。但即使同樣靈敏體積的探測(cè)器 ,由于外徑、高度和內(nèi)芯直徑的不同 , 探測(cè)效率也不等。因此 ,有必要對(duì)每個(gè)具體探測(cè)器的效率通過實(shí)驗(yàn)來標(biāo)定?，F(xiàn)有的高純鍺同軸探測(cè)器的相對(duì)探測(cè)效率已達(dá) 45％。 [19] 圖 圖 典型高純鍺探測(cè)器的絕對(duì)效率隨γ射線能量的關(guān)系 峰康比 峰康比是指峰中心道最大計(jì)數(shù)與康普頓坪內(nèi)平均計(jì)數(shù)之比。 在分析復(fù)雜γ能譜時(shí) , 要求探測(cè)器的峰康比高、譜峰對(duì)稱性好。按標(biāo)準(zhǔn) , 峰康比是指對(duì) 60Co 峰高與 — 康普頓平坦均值之比?？灯疹D平坦均值之比較好的鍺探測(cè)器在效率為 10％時(shí)，峰康比為 35— 45，效率為 30％時(shí)，峰康比為 50— ，除了增大探測(cè)器的靈敏體積外，還應(yīng)使它具有最佳的幾何形狀，要求同軸探測(cè)器的長度 大約等于其直徑。此外探測(cè)器的能量分辨率越好，峰康比越高。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 蒙特卡羅方法 9 2 蒙特卡羅方法 蒙特卡羅方法簡(jiǎn)介 蒙特卡羅方法 (Monte Carlo 方法 )，又稱隨機(jī)抽樣技巧或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法。自二十世紀(jì)四十年代中期到現(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，蒙特卡羅方法作為一種獨(dú)立的方法被提出來，并得到了長足的發(fā)展 [10]。 首先在核武器的研制中首先得到了應(yīng)用，并逐步延伸到其它領(lǐng)域。蒙特卡羅方法現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域、成為科研工作者研究與征服自然的一把利劍。 蒙特卡羅方法是以一個(gè)概率模型為基礎(chǔ)，按照這個(gè) 模型所描繪的過程，通過部分模擬試驗(yàn)的結(jié)果，作為問題的近似解。對(duì)于本身就具有隨機(jī)性質(zhì)的問題（如我們關(guān)心的粒子輸運(yùn)問題），主要是正確地描述和模擬這個(gè)概率過程 [13]。 在計(jì)算機(jī)上，蒙特卡羅方法解粒子輸運(yùn)問題的程序，一般都可分為：源抽樣、空間輸運(yùn)過程、碰撞過程、記錄過程和結(jié)果的處理和輸出等部分，還有一個(gè) MCNP 計(jì)算程序流程圖。至于粒子歷史終止條件，根據(jù)問題的幾何條件、物理假定，處理方法，可歸納為以下幾種： 1）粒子從系統(tǒng)逃脫； 2）粒子經(jīng)碰撞被吸收； 3）經(jīng)俄國輪盤賭后，歷史被終止； 4）粒子能量低于給定能量（閾 能）； 5）粒子位置越過某一界面； 6）粒子飛行時(shí)間超過給定時(shí)間； 7）粒子權(quán)重小于某個(gè)小量。 MCNP 基礎(chǔ) MCNP(A General Monte Carlo Code for Neutron and Particle Transport)是一套在軍事、工業(yè)以及科研領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)程序，它是用 MonteCarlo 方法處理連續(xù)能量的中子、光子 電子的聯(lián)合輸運(yùn)問題。 在進(jìn)入 MCNP 之前，首先討論下面的兩個(gè)問題： （ 1）隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 粒子的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)的方向、和其它粒子的碰撞以及碰撞后生的反應(yīng)都是隨機(jī)的過程， MCNP 是用偽隨機(jī)數(shù)的方法來模擬上述過程。所謂偽隨機(jī)數(shù)是指用數(shù)學(xué)遞推公式所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，這種方法屬于半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，只能近似地具備隨機(jī)數(shù)的性質(zhì)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 蒙特卡羅方法 10 （ 2）粒子權(quán)重和粒子徑跡 為了計(jì)算方便， MCNP 為每個(gè)粒子賦一個(gè)值 W（不一定是整數(shù)），代表 W 個(gè)具有相同行為的粒子， W稱為這一粒子的權(quán)重。 一個(gè)由源發(fā)出的粒子，有一個(gè)軌跡。如果它在劈裂面一分為二，那么又產(chǎn)生了一個(gè)軌跡。在一個(gè)給定的柵元 (Cell)中，沿著粒子軌跡 1，在 l 和 l+dl 中發(fā)生第一次碰撞的 “可能性”為： ? ? dledllp t t ?? ? （ ） ?ln1lt?? （ ） MCNP 誤差的估計(jì) Monte Carlo 方法的結(jié)果代表被取樣的許多歷史過程貢獻(xiàn)的平均值，假定 P(x)是選擇一個(gè)隨機(jī)步的幾率密度函數(shù)， x 是這個(gè)隨機(jī)步產(chǎn)生的被估計(jì)的 記錄值，其平均值記為： dxxPxxE )()( ?? . )(xE 近似期望值可以通過 Monte Carlo 方法得到： ???Ni ixNx 11 ， N 是粒子數(shù)目， ix 是從 )(xP 中第 i 個(gè)歷史的值。 由加強(qiáng)大數(shù)定理 ： 1)(limr ??????? ?? mx xExP ?， x 的方差是離散度的量度，定義為：2222 ))(()()())(( xExEdxxPxEx ???? ?? ， ? 稱為標(biāo)準(zhǔn)方差稱為標(biāo)準(zhǔn)方差 ， Monte Carlo 方法可以估計(jì)這個(gè)值，記為 S： ? ?212 1??? ?? NxxSNi i ∽ ? ? ? ?22 xx ? ， ? ? ???Ni ixNx 122 1 S 是實(shí)際取樣值 ix 總體的估計(jì)差， x的估計(jì)值由下式給出 ： NSxS 22? ， 此 公式不受任何 x和 x 分布的限制， 但是求 E（ x）、 ? 存在且有限。由于 Sx 與 N1成正比， 減小一個(gè)數(shù)量級(jí) xS 必須計(jì)算 100 倍原來的粒子數(shù)目。也可以固定 N 通過 S減小而減小 xS ， 即通過方差減小技巧來實(shí)現(xiàn)。 標(biāo)準(zhǔn)的 MCNP 結(jié)果以下式來估計(jì)相對(duì)誤差： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 蒙特卡羅方法