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GB/T5201-2012本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准代替GB/T5201一1994《带电粒子半导体探测器测试方法》,本标准与GB/T5201一1994(以下简称原标准)相比,主要技术变化如下:一增加了前言:一增加了第2章“规范性引用文件”,其他章的编号依次后推;将原标准“术语、符号”改为第3章“术语和定义”,并完全引用GB/T4960.6一2008,不再另行编写;别除了原标准2.2“符号”部分,在文中用到符号的地方予以说明;增加了4.1“测试的参考条件或标准试验条件”代替原标准3.1;将原标准3.3和3.4合并为4.3;删除了原标准3.7;-5.1“电压-电流特性(V-I特性)”增加了反向V-I特性测试;将原标准4.3“噪声测量”前的悬置段改为5.3.1“测量方法和测量系统”,其他节编号依次后推;将原标准4.3.6“探测器噪声随放大器时间常数的变化”增加新内容后,改为5.3.7;5.4.2“电荷收集时间”增加了对“快”、“慢”探测器的区分标准;一第7章“环境试验"完全引用GB实10263+2906,不再另行编写.SC本标准使用重新起草法参考IEC60333:1993《核仪器半导体带电粒子探测器试验程序》编制,与IEC60333:1993的一致性程度为非等效。本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会(SAC/T℃30)提出并归。本标准起草单位:中核(北京)核仪器厂。本标准起草人:李志勇、王军。筑321标准查询下载网理览Z..WET
GB/T5201-2012带电粒子半导体探测器测量方法1范围本标准规定了带电粒子半导体探测器的电特性和核辐射性能的测量方法以及某些特殊环境的试验方法。本标准适用于带电粒子部分耗尽层的半导体探测器。全耗尽型半导体探测器的测量可参照本标准执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T4960.6一2008核科学技术术语第6部分:核仪器仪表GB/T10263一2006核辐射探测器环境条件与试验方法GB/T13178一2008金硅面垒型探测器3术语和定义GB/T4960.6一2008界定的术语和定义适用于本文件.4一般要求4.1测量应在参考条件或标准试验条件(见表1)下进行。表1参考条件或标准试验条件项目参考条件标准试验条件环境温度20℃18℃~22℃相对湿度65%50%~75%大气压强101.3kPa86 kPa~106 kPa交流供电电压U(1±1.0%)Uw交流供电频率50 Hz(1士1%)×50Hz交流供电波形正弦波波形总畸变<5%<>直流供电电压额定值±1%环境Y辐射(空气吸收剂量率)0.14Gy/h<0.25Gy/h外磁场干扰可忽略小于引起干扰的最低值外界磁感应可忽略小于地磁场引起干扰的2倍放射性污染可忽略可忽路·单相电源220V或三相电源380V。当用电池供电时,其电压的变化为额定值的士1%,不考虑纹波。·交流供电频率,特殊情况按产品标准规定处理。1筑321-…标准查询下载网興素村网Z.Z沁.ET
GB/T5201-20124.2探测器的各种性能测量均应处于完全黑暗的条件下进行。4.3测量时,不得超过探测器允许的工作偏压、最大粒子注量率等限定条件:所用仪器的技术指标不应对探测器参数的测量结果有明显的影响。4.4测得的性能参数的复现性应在测量的不确定度范围内。4.5探测器漏电流在偏置电阻上引起的电压降应小于所加探测器偏压的15%。4.6对在低真空下工作的探测器可在0.1Pa~5Pa下测量有关性能。对在高真空下工作的探测器应在低于0.0001Pa压强下测量有关性能。5电特性5.1电压-电流特性(V-1特性)测量反向V-I特性时,应按图1连接好线路。对应每一反向偏压值,分别记录其所对应的反向电流值。同时应记录测量时的环境温度。探测器本偏压电源?J?小C.NE图1反向电压、电流测量框图测量正向VI特性时,应按图2连接好线路。用固定某一正向电流(如5mA)时的正向电压降表示。偏压电源探测器图2正向电压、电流测量框图5.2电容-电压特性电容-电压特性测量框图见图3。电桥工作频率应在103Hz~105Hz之间。电桥加到探测器上的交流信号的峰-峰值应小于探测器偏压的1/10。隔直流电容C。(单位为pF)的数值至少应比被测探测器的最大结电容大10倍,耐压应比被测探测器所加最大偏压高1倍。电感L也可用一高阻R代替,选取阻值时应保证电阻上的压降与探测器偏压相比可以忽略,并使电源的输出电容不影响测量结果。2筑321-一标准查询下载网罚素前网Z.Z心.ET
GB/T5201-20125.3.2测量要求5.3.2.1放大器应具有准高斯成形功能,成形时间可调。成形后的脉冲形状如图5所示。它由成形器的性能和时间常数x确定。图5中给出了确定形状的参数2、。和t,应在t2为1s的条件下测量噪声。相对辐度顶中心线100%-50%健??时间说明:一脉冲达峰时间,单位为微秒(s):4一脉冲尾时间,单位为微秒(4s);:一脉冲波形中幅度为峰值幅度一半处两点之间的时间间隔,单位为微秒(s)。图5准高斯脉冲形状5.3.2.2精密脉冲幅度产生器输出的脉冲信号应是上升时间不大于放大器成形时间常数5%的指数衰减信号。脉冲信号的衰减时间应保证在等于放大器成形时间常数的时间间隔内,脉冲幅度下降小于2%。产生器的积分非线性应小于0.1%。5.3.2.3检验耦合电容C。一般小于10pF。5.3.2.4测量系统增益及信号幅度应工作在线性范围内,并使其在多道脉冲幅度分析器上测得的谱峰半高宽大于12道。5.3.3输入信号校准探测器加正常工作偏压,用已知能量的带电粒子放射源照射探测器(如果使用α源,需要在真空条件下进行),在多道脉冲幅度分析器上得到一个对应谱。移开放射源,打开精密幅度脉冲产生器,调节产生器的输出,使其在多道幅度分析器上的峰位与放射源的峰位重合。5.3.4放大器噪声及其随外接电容变化的测量测量放大器噪声时,取下探测器,在前置放大器输人端用屏蔽帽封闭,在多道幅度分析器中分别记筑321标准查询下载网興尚理筑素前网Z..ET
GB/T5201-2012录对应于产生器信号为E1和E2的谱线。将产生器信号调为E:,当谱的峰位道计数大于4000时,取谱线上计数大于峰值计数一半的各点,谱线峰位道m1用加权平均法由式(2)计算:∑m×Nm1=i-………………(2)N式中:m,一能量E,所对应的峰位道数,单位为道(channel);m:一第i道的峰位道数,单位为道(channel));N,一第i道的计数,单位为个(count)。用内插法确定以半高宽表示的放大器噪声△m。如果应用计算机曲线拟合法,只要保证半高宽(FWHM)偏差在士5%以内(90%置信度),可使用较低的计数。将产生器信号改为E2,用上述方法确定谱线峰位m2。外接电容为零时放大器噪声△EA由式(3)计算:△EA=(B-B)△m…(3)m2一m1式中:△EA一以半高宽表示的放大器噪声,单位为千电子伏(keV):mi一能量E所对应的峰位道数,单位为道(channel)Jm,一能量E2所对应的峰位道数,单位为道(channel);△m一以半高宽表示的放大器噪声,单位为道(channel)。上述测量中所选E:与E2之差应大于谱线FWHM值的3倍。在前置放大器的输入端接不同容量的电容,重复上述测量,获取放大器噪声随外接电容的变化曲线,从而可得到前置放大器噪声随电容变化的斜率。5.3.5探测器噪声测量时,探测器加预定偏压,测得能量为E和E2的产生器信号所对应的谱线,如图6所示。同样,在峰位道计数大于4000时记录峰位m1,m2和半高宽△mr,则探测器与放大器系统总噪声△ET由式(4)计算:,-(原=)am0…4……(4)式中:△Er一以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为千电子伏(keV);m,一能量E,所对应的峰位道数,单位为道(channel);mz—能量Ez所对应的峰位道数,单位为道(channel);△mr—以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为道(channel).若脉冲谱线呈高斯或准高斯形状,可用下述方法求得探测器噪声。首先从5.2中测得的电容-电压曲线查得在预定偏压下探测器的电容,再由5.3.4中测得的放大器噪声随外接电容变化曲线,查出对应此电容时放大器的噪声。此噪声值代表除探测器以外的电噪声△mE。探测器噪声可用式(5)、(6)计算:5筑321-标准查询下载网筑素前网Z.Z心.ET
GB/T5201-2012△mo=√△m-△mE……(5)△ED=√AE-AE…(6)式中:△mo一以半高宽表示的探测器噪声,单位为道(channel);△mr一以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为道(channel);△me一以半高宽表示的除探测器噪声以外的电噪声,单位为道(channel);△E。一以半高宽表示的探测器噪声,单位为千电子伏(keV):△Ex—以半高宽表示的探测器和放大器的总噪声,单位为千电子伏(keV);△Ee一以半高宽表示的除探测器噪声以外的电噪声,单位为千电子伏(keV)。为使结果有效,△E,与△Ee(△mr与△mE)至少应相差20%。计数/道△mFWHMJZ J\NEm道业图6噪声测量的典型脉冲幅度谱5.3.6探测器噪声随偏压的变化测量时,改变探测器的工作偏压,重复5.3.5的测量步骤,可得到不同偏压下探测器的噪声。需要时可绘出△E0随偏压变化的曲线。5.3.7探测器噪声随放大器时间常数的变化利用图4的测量系统,测量探测器噪声随放大器成形时间的变化。为此要求放大器的成形时间应能在较宽范围内变化。由于成形时间不同,放大器噪声也不同,并且噪声随外接电容变化情况也不同。因此,改变成形时间时,应从噪声中扣除相应的放大器噪声。测量时,在预定的探测器工作偏压下,改变放大器的成形时间,重复5.3.4和5.3.5的测量步骤,可得到预定偏压下,探测器的噪声随放大器成形时间的变化曲线。如需不同偏压下探测器噪声随放大器成形时间的变化,只需改变探测器工作偏压,重复上述步骤即可。6筑321-标准查询下载网罚素前网Z.Z心.ET
GB/T5201-20125.4时间性能5.4.1探测器电上升时间探测器的电上升时间按图7的测量系统进行测量。快前置放大器输入端接不同容量的电容,输人其幅度小于偏压1/10的阶跃电压。由示波器观察得到快前置放大器上升时间随外接电容的变化曲线。按图7接好探测器并加预定偏压,然后输人其幅度小于偏压1/10的阶跃电压。由示波器观察得到输出波形上升时间t,。从快前置放大器上升时间随外接电容变化曲线找到对应于探测器电容值时的快前置放大器上升时间,。探测器电上升时间t。由式(7)计算:.=√g-………(7)式中:t。一探测器电上升时间,单位为纳秒(ns);t,一系统总上升时间,单位为纳秒(ns);t,一前置放大器上升时间,单位为纳秒(ns)。为使结果有效,t,与t应至少相差20%。改变偏压,重复上述步骤,从而得到不同偏压下的探测器电上升时间。偏压电源探测器快前置放大器快放大器示波器阶跃脉冲产生器图7探测器电上升时间测量框图5.4.2电荷收集时间对于。与t,相差大于20%的探测器可用下面方法测量电荷收集时间。用短射程单能粒子源照射探测器,用示波器观测到的输出信号上升时间为t。按5.4.1测得上升时间t,。则探测器电荷收集时间t。可由式(8)计算:t。=√6-t…(8)式中:t:一一探测器电荷收集时间,单位为纳秒(ns);t。一观测到的探测器电上升时间(电荷收集时间与电子学上升时间之和),单位为纳秒(s);t,一系统总上升时间,单位为纳秒(ns)。注:。与,应至少相差20%,若。与t,相差大于20%,则认为是“慢”探测器;若。与,相差小于20%,则认为是“快”探测器。,筑321标准查询下载网筑素前网Z.Z心.ET
GB/T5201-2012对于t。与t,相差小于20%探测器,可用快质子脉冲加速器或脉冲光源在探测器中产生大量电子空穴对。使用取样示波器直接测量这些电子空穴对形成的电流脉冲,由其宽度度量电荷收集时间。在给出电荷收集时间时,应注明所用放射源的类型及名称、放大器的上升时间。5.4.3时间分辨率探测器的时间分辨率按图8的测量系统进行测量。用激光二极管脉冲产生器(LDP)产生的光脉冲做为时幅变换器(TAC)的起始脉冲。被测探测器的输出信号触发TAC的停止信号,在多道脉冲幅度分析器上得到一个时间分布谱,恒比甄别器的恒比数调至20%,延迟置于上升时间(10%~90%)的1.1倍。调节成形时间以获得最佳时间性能。通常,不用积分,而当微分时间常数略大于前置放大器的输出信号上升时间时,可得到最佳性能。系统中有一个启动多道脉冲幅度分析器的成形放大器,用于幅度选择。应在1MeV~100MeV之间选择3个以上能量进行时间分辨率测量,且各能量间的间隔应近似相等。使用已校准的精密脉冲产生器,调节LDP使其输出信号幅度与脉冲产生器所选择的脉冲幅度对应。进行时间测量时,应关掉精密脉冲产生器。采用这种方法,FWHM至少12道,峰位道计数至少4000时获取时间分布峰。如采用计算机曲线拟合法,应保证FWHM偏差在士5%以内(90%置信度)。至少用两个已刻度的延迟时间值来刻度时间轴后才能测量FWHM及十分之一高宽(FWTM)(其单位为s)。(采用平方相减的方法从已测得的系统时间分辨率中求出探测器自身的时间分辨率)每次测量需注明以下参数:)禁翼装筑c)恒比甄别器的恒比数和延迟时间;d)快成形放大器的微分时间和上升时间。精密脉冲测试给入能量输出成形放大器生4偏置输入时间输出高压电源快成形放大器高压电源前置放大器光准直器敬光二极管脉冲产生器脉冲器LDP真空测量室快触发器延迟起始时幅变换器TAC恒比氢别器停止多道欧冲幅度分析器图8时间分辨测量系统8筑321-标准查询下载网理览Z..E]
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