宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量系统及方法与流程

本公开涉及高能物理粒子探测领域，尤其涉及一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量系统及方法。

背景技术：

闪烁晶体探测器在高能物理粒子实验被广泛应用于飞行时间探测器、电磁及强子量能器中，其荧光产额和衰减时间是非常重要的两个参数。当射线穿过闪烁晶体时，会激发介质原子的核外电子。当电子退激发后，会向外辐射光子。在不同温度下，闪烁晶体对每单位能量沉积产生的光子数目响应不同。欧洲核子中心的大型强子对撞机上的cms实验采用pbwo4晶体作为电磁量能器，实验中选择降低晶体工作温度点以提高荧光产额。

近年来逐渐兴起的闪烁晶体型低温微量热器就是依托于在低温环境下闪烁晶体对放射性粒子(电子反冲型和核反冲型粒子)的不同响应，提高粒子鉴别能力。因此晶体在不同温度下的荧光特性测量显得尤为重要。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量系统及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量系统包括：制冷机，所述制冷机包括：机体；冷台，设置于所述机体上部；待测晶体样品放置于所述冷台上；低温腔室，罩设在所述冷台外部；温度控制器，用于调整所述制冷机的制冷温度，满足所述待测晶体样品所需测试温度；放射源，用于激发所述待测晶体样品闪烁荧光；第一温度探头，与所述冷台相连，探测所述冷台温度；第二温度探头，与所述待测样品相连，探测所述待测晶体样品的表面温度；第三温度探头；pmt测试系统，所述pmt测试系统的光阴极玻璃管壁与所述第三温度探头相连，通过所述第三温度探头探测所述pmt测试系统的温度；所述pmt测试系统的光阴极伸入所述低温腔室，收集待测晶体样品闪烁的荧光，通过所述pmt测试系统将收集荧光的光信号转化为电信号，输出至pc端。

在本公开的一些实施例中，还包括：nim插件放大器，将pmt测试系统收集的信号放大处理；nim插件放大成形器，将通过nim插件放大器处理的放大信号成形处理；nim插件多道分析器，对nim插件放大成形器输出的信号进行分析。

在本公开的一些实施例中，还包括：示波器，对通过所述pmt测试系统转化的电信号进行分析。

在本公开的一些实施例中，所述低温腔室设置有窗口，所述放射源设置在所述低温腔室设置有窗口的腔室内壁上；所述的窗口的位置与晶体处在同一水平位置，距离待测晶体样品1-2cm。

在本公开的一些实施例中，所述放射源包括：α源²⁴¹am/²¹⁰po中任一种，所述放射源用于测试待测晶体样品对核反冲型粒子的响应。

在本公开的一些实施例中，所述低温腔室设置有窗口，所述放射源设置在所述低温腔室外，所述放射源正对所述待测晶体样品且处于同一水平位置。

在本公开的一些实施例中，所述放射源包括：γ源⁶⁰co/¹³⁷cs中任一种，所述放射源用于测试待测晶体样品对电子反冲型粒子的响应。

在本公开的一些实施例中，所述待测晶体样品形状包括立方体、圆柱体中任一种；所述待测晶体样品为立方体时，边长范围在0.5-2cm；所述待测晶体样品为圆柱体时，直径范围在0.5-2cm，高度范围在0.5-2cm。

根据本公开的另一个方面，提供了一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量方法，包括：步骤s100：将待测晶体样品固定在制冷机的冷台上，第一温度探头紧贴冷台，第二温度探头与所述待测晶体表面相连；步骤s200：同时/先后使用两种放射源激发待测晶体样品闪烁发光；步骤s300：pmt测试系统的光阴极，伸入低温腔室中，收集待测晶体样品被激发出的闪烁光并转发为电信号，第三温度探头与pmt测试系统的光阴极玻璃管壁相连；步骤s400：将pmt测试系统输出的电信号输出至pc端，经数据处理，获得荧光特性参数。

在本公开的一些实施例中，所述步骤s300中，所述pmt测试系统的光阴极与所述待测晶体样品通过光导耦合。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统及其测量方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)pmt测试系统光阴极部分伸入制冷机的低温腔室，拉近了pmt测试系统光阴极与待测晶体样品间的距离，利于提高荧光收集效率。

(2)多种放射源置放方式，能够针对不同放射性粒子(电子反冲型和核反冲型)进行响应测量。

(3)制冷机的冷台及低温腔室为测量系统提供一个宽温度范围(10-300k)的测量环境，研究范围更广泛。

(4)待测晶体样品可以为立方体或者圆柱体，较以往体积更大，形状更多样。

(5)共有三个温度探头，分别与冷台，待测晶体和pmt测试系统相连，监测三者温度，为后续实验数据分析提供有益保障。

附图说明

图1为本公开第一实施例宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统的结构示意图。

图2为本公开第一实施例宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统测量方法的流程框图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-待测晶体样品；

2-pmt测试系统；

3-制冷机；

4-放射源支架；

5-第一温度探头；

6-第二温度探头；

7-第三温度探头；

8、9-放射源；

10-低温腔室侧壁；

11-示波器；

12-nim插件放大器；

13-nim插件放大成形器；

14-nim插件多道分析器；

15-pc端。

具体实施方式

本公开提供了一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量系统及方法，其中测量系统包括：制冷机、放射源和pmt测试系统；制冷机包括冷台、低温腔室、温度控制器和温度探头。冷台置于所述制冷机机体上部，待测晶体样品放置于冷台上，低温腔室罩设在冷台外部；温度控制器用于调整制冷机制冷温度，使冷台温度满足待测晶体样品所需温度；第一温度探头与冷台相连，第二温度探头与待测晶体样品表面相连，第三温度探头与pmt测试系统相连，紧贴在pmt测试系统伸进低温腔室的光阴极玻璃管壁侧面；pmt测试系统的光阴极负责收集待测晶体样品的闪烁荧光，并将收集到的光信号转化为电信号，输出至pc端。本公开中pmt测试系统深入制冷机的低温腔室，拉近了pmt测试系统光阴极与待测晶体样品间的距离，且pmt测试系统光阴极与待测晶体样品间采用光导耦合，这两者都有利于提高荧光收集效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量系统。图1为本公开第一实施例宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统的结构示意图。如图1所示，本公开宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统包括：制冷机3、放射源8、9和pmt测试系统2；制冷机3包括冷台、低温腔室、温度控制器和温度探头。冷台置于所述制冷机3机体上部，待测晶体样品1放置于冷台上，低温腔室罩设在冷台外部；温度控制器用于调整制冷机3制冷温度，使冷台温度满足待测晶体样品1所需温度；第一温度探头5与冷台相连，第二温度探头6与待测晶体样品1表面相连，第三温度探头7与pmt测试系统2相连，紧贴在pmt测试系统2伸进低温腔室的光阴极玻璃管壁侧面；pmt测试系统2的光阴极负责收集待测晶体样品1的闪烁荧光，并将收集到的光信号转化为电信号，输出至pc端15。其中，本领域技术人员应该了解的是温度探头用于监测感兴趣点的温度，具体的探测对象可以根据具体需要进行调整。

进一步，本领域技术人员应当了解，pmt测试系统2包括光阴极，打拿级，阳极以及加高压电极。其中光阴极是收集待测晶体样品1的闪烁荧光并转化为光电子，打拿级将光电子倍增，阳极感应出信号读出至pc端15。观察信号的方式：阳极输出的信号经nim插件进入nim插件多道分析器14，打拿级读出信号可以直接输入至示波器11观测。也可以将信号从阳极输出，经过逻辑插件提供触发，处理打拿级输出的信号，经过nim插件放大器12、nim插件放大成形器13，进入nim插件多道分析器14，经数据处理获取信息；这种采用打拿级读出的方式可以实现大动态范围读出。

可以选择的，关于放射源的放置位置提供两种方式。其一放射源9设置在说述低温腔室设置有窗口的腔室内壁上，放射源9与待测晶体样品1处于同一水平位置，并直射待测晶体，该放置方式适用的放射源9针对：α源，如²⁴¹am/²¹⁰po，这是因为α粒子的穿透性较差；主要用来研究待测晶体在不同温度下对核反冲型粒子的响应。其二，所述放射源8设置在所述低温腔室外，所述放射源8正对所述待测晶体样品1放置。这里可以通过架设放射源支架4，以安置放射源8。该放置方式适用的放射源8针对：γ源，如⁶⁰co/¹³⁷cs等，这是因为γ粒子的穿透性较好；主要用来研究待测晶体样品1在不同温度下对电子反冲型粒子的响应。研究待测晶体对不同粒子的响应可以获得荧光产额、衰减时间和猝灭因子等信息。

优选地，待测晶体样品1的形状包括立方体、圆柱体中的任一种；待测晶体样品1的优选规格可以为边长在0.5-2cm的立方体；直径在0.5-2cm，高度在0.5-2cm的圆柱体等。满足了测试较大晶体的要求。

进一步地，pmt测试系统2的光阴极与所述待测晶体样品1通过光导耦合，提高荧光收集效率。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光测量方法。图2为本公开第一实施例宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统测量方法的流程框图。如图2所示，包括：步骤s100：将待测晶体样品1固定在制冷机3的冷台上，第一温度探头5紧贴冷台，第二温度探头6与所述待测晶体表面相连。步骤s200：放射源激发待测晶体样品1闪烁荧光。可以同时使用两种放射源，也可以先后分别测试待测晶体样品1对核反冲型粒子的响应(α源)和对电子型粒子的响应(γ源)。具体的，针对α源，采用²⁴¹am/²¹⁰po中任一种，将放射源9存放在低温腔室设置有窗口的低温腔室侧壁10上，开准直孔，激发晶体发光。针对γ源，采用⁶⁰co/¹³⁷cs中任一种，设置在所述低温腔室外，正对所述待测晶体样品1放置。步骤s300：pmt测试系统2的光阴极，伸入低温腔室中，收集待测晶体样品1被激发出的闪烁光并转发为电信号，第三温度探头7与光阴极玻璃管壁相连；步骤s400：pmt测试系统2输出的电信号输出至pc端15，经数据处理，获得荧光特性参数，如荧光产额、衰减时间、猝灭因子等。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开宽温度范围放射源激发闪烁晶体荧光特性测量系统及其测量方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开能够解决在从室温300k到低温10k温度的宽温度变化范围内，待测较大块晶体样品对不同种类放射源放射的放射性粒子(电子反冲型和核反冲型粒子)的响应测试的问题。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。