[发明专利]非对称辐射探测系统

说明书

本发明涉及一种非对称辐射探测系统，它有不分段的电极，唯一地确定辐射探测事件的方位角和径向位置。

高纯锗(HPGe)探测器(见G.F.Knoll的“辐射探测器及辐射测量”Wiley 1989，第2，4，11和12章)常被用于能谱学及与探测γ-射线和其它高能光子有关的场合。这些探测器主要包括由极为高纯并有轻微掺杂的锗制成的大型锗二极管。锗晶体被机械加工成所需的形状，如平面或共轴形状。将多个电极加在探测器的相对接触头处，根据大块锗的掺杂情况，其中之一是p+或n+类所形成的整流电极。给各电极加一反向的偏压。该电压高到足以引起所有锗的大量消耗(即在电场下)。撞击在探测器上的γ-射线将与锗原子碰撞，造成空穴-电子载流子对的生成。这些空穴和电子被各电极收集。被各电极收集的总电荷与被探测的光子能量有关。

这些作为γ-射线谱仪的探测器的能量分辨率是非常好的。例如，对于能量为1MeV的γ-射线而言，作为探测器-电子系统产生的高斯峰的半宽度测得的能量分辨率要好于千分之二。再有，这些探测器目前适用于非常大的尺寸(直径8cm、长8cm的圆柱体)，并因此而有较高的γ-探测效率。

于是，尽管价格高以及在液氮温度下冷却探测器的不便，它们仍是核结构研究中所选用的探测器。目前采用大阵列来实施这些研究(“LBL-USA的Gammasphere”，Legnato-Italy的“Euroball”  )，它们将100或更多的探测器安装成球形结构。还有“Miniball”(40-60个探测器)正处于设计阶段。在这些实验中，放在球中心处的靶子受到快速重离子的轰击。所产生的γ-射线给出科学家所寻找的信息。然而，发射γ-射线时的核反冲引起所发射的γ-能量线因多普勒频移而被加宽。减轻由多普勒频移引起的不精确性的唯一办法是通过辨识事件在探测器中发生的位置而修正能谱。这又增加了在探测器内实现追踪γ-射线的得益，从而额外增加了单次命中的多次相互作用与多次命中之间的辨别(见“核结构及物理研究方法”A371(1996)，489-496)。

为了得到位置信息而提出的一种改型和尝试是“分段”，即用多条细分隔线将外接触头和/或内接触头分成两个或多个彼此电绝缘的导电面。例如，将“Gammasphere”中的110个探测器当中的60个被二重分段，即探测器的外接触头分成电绝缘的两个等分。信号从中央接触头(总能量)和侧接触头(位置)被得到。为了进一步改善位置分辨率，开始提出多分段(如LBL的“GRETA”计划采用32分段)。

应予说明的是，虽然分段肯定行得通，但这额外增大了系统的成本，因为要制作分段的探测器是比较困难的，而且每个分段的线道需要成套的电子线路。另外，分段的探测器固有的可靠性较小。

众所周知的是γ-射线以复杂的方式与锗相互作用，常常引起多重相互作用。

这看来使得脉冲形状的分析是困难，乃至是不可能的。但实际上，作为位置测量的方法，三种因素的介入大大改善了脉冲形状分析的可行性。随着能量的增加，散射截面沿前进方向变得越来越尖锐。当散射角较大时，大部分能量淀积在第一次相互作用中。低能时，光电效应(一次相互作用)占优势。由于这些因素，看来虽然存在多种散射，这种散射降低测量的精度，但作为位置测量的方法，实际上并不妨害信号脉冲分析的可行性。

因此，本发明的目的在于提供一种改善的辐射探测系统。

本发明的另一目的在于提供这样一种改进的辐射探测系统，它采用不分段的电极，唯一地确定辐射探测事件的方位角和径向位置。

本发明的又一目的在于提供这样一种改进的辐射探测系统，其中可使探测二极管的一个或者两个电极分段。

本发明的又一目的在于提供这样一种改进的辐射探测系统，其中内、外电极之间的每一段路径的长度，或者至少探测二极管的每个非对称部分中的每个这种路径的长度是不同的。

本发明的又一目的在于提供这样一种改进的辐射探测系统，它能较为可靠地、简单地和较容易地被制作和使用，而且还可远超过采用分段电极所能得到的分辨率。

由实现下述信息而产生本发明，根据这种信息，可以更简单、更可靠和更少花费的方式不必对电极分段即可得到辐射照射在探测器上的位置，即，使用非对称辐射探测系统，所述探测系统的内、外电极被这样成形和被定位，使它们之间的每一条路径长度不同，从而由探测的辐射事件所得的脉冲的上升时间可以唯一地确定该事件的方位角和径向位置。