LaBr3(Ce)闪烁体的辐射探测性能研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shaokangtian
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LaBr3(Ce)闪烁体作为一种新型的无机闪烁体材料,与传统的无机闪烁体材料相比,它的探测性能要明显优于传统的无机闪烁体,因而受到辐射探测领域的广泛关注。本文主要从实验与模拟两方面对LaBr3(Ce)晶体进行研究,对比分析了不同的电压、增益、计数时间以及距离下LaBr3(Ce)能量分辨率的差异,并通过Material Studio材料计算软件分析了 LaBr3(Ce)探测效率好的原因。实验方面主要是通过能量分辨率测量平台研究封装后的LaBr3(Ce)晶体在不同的电压,增益,时间以及距离下受到γ射线(137Cs与60Co)照射激发后的计数,全能峰与道址,并计算了相应实验条件下的能量分辨率,并且在实验的基础上并用MCNP进行了模拟,模拟结果与实验结果符合较好。实验与模拟研究结果表明随着光电倍增管工作电压和增益的提高,全能峰对应的道址也会相应的增加,能量分辨率也会越来越好。而随着计数时间的增加,全能峰的道址不会发生明显的变化,但是全能峰的计数会增加,在此情况下,能量分辨率的变化并不明显,而随着距离的增加,能量分辨率升高,探测性能变差。本文运用第一性原理计算方法,在基于密度泛函理论的基础上运用广义梯度近似的方法(GGA+U),分析了两种晶体的能带结构、态密度与光学性质。研究表明由于掺杂作用,铈离子的从4f轨道到5d轨道发生跃迁,LaBr3(Ce)的费米能级明显上移,约为1.54 eV,导致了 LaBr3(Ce)的能带结构显著减小(0.63 eV),明显小于LaBr3晶体的能带结构宽度(3.569 eV),能带结构的减小有利于在相同的辐射能量下产生更多的可见光。。从光学性质来说,LaBr3(Ce)晶体的吸收系数与反射系数(15.6μm-1,约为12%)也是要比纯LaBr3晶体(20 μm-1,约为15%)小,掺杂使吸收峰反射峰发生红移,这有利于在相同的辐射能量下,LaBr3(Ce)晶体传递更多的光子。通过上述的实验与模拟过程,分析得出在LaBr3(Ce)的探测器实际工作过程中,选择适当的工作条件对探测器的能量分辨率有着显著的影响。而从分子角度来看,由于铈离子的掺杂,Ce的4f轨道到5d轨道跃迁,导致能带结构变小,吸收峰与反射峰发生红移,这样在相同的辐照能量下,LaBr3(Ce)晶体会产生更多的可见光,传递更多的光子,提高了探测器的探测效率。
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