一种高纯锗探测器和高纯锗探测器测试系统的制作方法

本申请涉及但不限于辐射测量技术领域，尤指一种高纯锗探测器和高纯锗探测器测试系统。

背景技术：

在暗物质探测、无中微子双贝塔衰变探测、极低本底辐射探测等稀有事例探测实验中，事例率极低，需要极低的本底环境，同时要求探测器本身材料的本底也尽可能降低。

高纯锗探测器是一种锗晶体制成的核辐射探测器。高纯锗探测器的本质是一种杂质浓度非常低的pn结半导体探测器，其平均电离能很低(仅为2.96ev)，具有能量分辨率高、探测效率高、能量线性好等特点，广泛应用于暗物质、无中微子双贝塔衰变、极低本底辐射探测等稀有事例探测实验中。如何有效地降低探测器自身本底，提升能谱测试的能量分辨率水平是一个有待解决的问题。

技术实现要素：

本申请提供一种高纯锗探测器和高纯锗探测器测试系统，能够有效地降低探测器自身本底，保证能谱测试的能量分辨率水平。

本申请提供了一种高纯锗探测器，包括：

基于专用集成电路asic的前置放大器。

在一种示例性实例中，所述高纯锗探测器还包括：高纯锗晶体。

在一种示例性实例中，所述高纯锗探测器还包括：晶体支撑结构。

在一种示例性实例中，所述晶体支撑结构使用聚四氟乙烯与高纯无氧铜材料的三叉结构。

本申请还提出了一种高纯锗探测器测试系统，包括：手套箱、保温液氮(氩)罐、高纯锗探测器；其中，

手套箱，与保温液氮(氩)罐进行可移除连接，连接成为整体，用于构成低水氧含量的液氮(氩)裸浸封闭测试环境；

高纯锗探测器，通过手套箱和保温液氮(氩)罐构成的低水氧含量的液氮(氩)裸浸封闭测试环境，直接裸浸在保温液氮(氩)罐中。

在一种示例性实例中，当通过所述手套箱将探测器放入保温液氮(氩)罐后，所述手套箱与所述保温液氮(氩)罐的连接移除。

在一种示例性实例中，所述手套箱为不锈钢箱体、或亚克力。

在一种示例性实例中，所述手套箱的不锈钢箱体厚度为3mm。

在一种示例性实例中，所述手套箱的水氧净化柱使用铜触媒与分子筛作为除水、除氧的净化材料。

在一种示例性实例中，所述高纯锗探测器包括基于专用集成电路asic的前置放大器。

本申请的基于asic前置放大器的高纯锗探测器的一个实施例，一方面，可以直接裸浸在液氮(氩)环境下，省去了传统探测器的导冷、真空和电子学加热等结构，并大大减少了支撑结构的质量，避免了额外本底的引入，同时便于阵列化运行；另一方面，液氮(氩)裸浸下的基于asic的前置放大器的高纯锗探测器实现了与传统探测器相当的低阈值和高能量分辨。本申请在低质量暗物质探测等稀有事例探测实验方面具有优势。

本申请的高纯锗探测器测试系统，通过手套箱创造出的低水氧含量测试环境，使得高纯锗晶体进出液氮(氩)环境时，表面不会结水结霜，不会损坏高纯锗晶体，实现了液氮(氩)直接裸浸操作的可重复测试。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请高纯锗探测器的实施例的组成结构示意图；

图2(a)为本申请高纯锗探测器测试系统的实施例的组成架构示意图；

图2(b)为本申请高纯锗探测器测试系统的实施例的实际应用场景示意图；

图3为利用本申请高纯锗探测器测试系统得到的高纯锗探测器漏电流水平随高压的变化情况的实施例的示意图；

图4为本申请基于低温液体直接裸浸高纯锗探测器的测试系统得到的co-57能谱示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本申请高纯锗探测器的实施例的组成结构示意图，如图1所示，本申请高纯锗探测器包括专用集成电路(asic，applicationspecificintegratedcircuit)的前置放大器。

本申请的基于asic前置放大器的高纯锗探测器，一方面，可以直接裸浸在液氮(氩)环境下，省去了传统探测器的导冷、真空和电子学加热等结构，并大大减少了支撑结构的质量，避免了额外本底的引入，同时便于阵列化运行；另一方面，液氮(氩)裸浸下的基于asic的前置放大器的高纯锗探测器实现了与传统探测器相当的低阈值和高能量分辨。这在低质量暗物质探测等稀有事例探测实验方面具有优势。

在一种示例性实例中，本申请高纯锗探测器还包括：高纯锗晶体。

在一种示例性实例中，高纯锗晶体可以为杂质浓度为(0.5～1.0)×10¹⁰cm^-3的p型高纯锗晶体。在一种示例性实例中，高纯锗晶体可以为类似上述杂质浓度的n型高纯锗晶体。

在一种示例性实例中，高纯锗晶体的大小可以为如ф50mm×50mm。在一种示例性实例中，高纯锗晶体的大小也可以为其他尺寸。

在一种示例性实例中，高纯锗探测器的读出电极结构为点电极，大小可以为ф2.8mm×1.8mm的圆弧。在一种示例性实例中，读出电极结构也可以为其他尺寸及类型，如同轴型、半圆型等。

在一种示例性实例中，本申请高纯锗探测器还包括：晶体支撑结构。

在一种示例性实例中，晶体支撑结构可以使用聚四氟乙烯与高纯无氧铜材料的三叉结构(如图1所示)，保障了高纯锗晶体的稳定性，大大减少了支撑结构的质量，实现了更低的本底水平。

在一种示例性实例中，晶体支撑结构也可以采用其他绝缘材料和金属材料作为结构材料。

在一种示例性实例中，本申请高纯锗探测器还包括：屏蔽外壳。如图1所示的铜屏蔽外壳。

在一种示例性实例中，本申请高纯锗探测器还包括：高压供电电路、低压供电电路，用于为高纯锗探测器的电极和asic的前置放大器提供工作电压。

在一种示例性实例中，本申请高纯锗探测器还包括：测试信号输入和信号成形与读出等电路。

本申请高纯锗探测器作为核辐射探测器主体，可以用于测量β射线、γ射线、能够引起锗原子反冲的其他粒子以及锗原子自身的衰变。

图2(a)为本申请高纯锗探测器测试系统的实施例的组成架构示意图，图2(b)为本申请高纯锗探测器测试系统的实施例的实际应用场景示意图，如图2(a)所示，至少包括：手套箱、保温液氮(氩)罐、高纯锗探测器(图中未示出)；其中，

手套箱，与保温液氮(氩)罐进行可移除连接，连接成为整体，用于构成低水氧含量的液氮(氩)裸浸封闭测试环境；

高纯锗探测器，通过手套箱和保温液氮(氩)罐构成的低水氧含量的液氮(氩)裸浸封闭测试环境，直接裸浸在保温液氮(氩)罐中。

本申请提供的高纯锗探测器测试系统，通过手套箱创造出的低水氧含量测试环境，使得高纯锗晶体进出液氮(氩)环境时，表面不会结水结霜，不会损坏高纯锗晶体，实现了液氮(氩)直接裸浸操作的可重复测试。

在一种示例性实例中，当通过手套箱将探测器放入保温液氮(氩)罐后，手套箱与保温液氮(氩)罐的连接移除即手套箱与保温液氮(氩)罐分离。

在一种示例性实例中，手套箱可以为不锈钢箱体，在一种示例性实例中，手套箱的不锈钢箱体厚度为如3mm。这样，很好地保证了箱体的稳定性与气密性。

在一种示例性实例中，手套箱也可以采用其他材料作为箱体材料，比如亚力克等。

在一种示例性实例中，手套箱的水氧净化柱可以使用铜触媒(如5kg)与分子筛(如5kg)作为除水、除氧的净化材料。

在一种示例性实例中，手套箱也可以采用其他净化材料。

在一种示例性实例中，本申请高纯锗探测器测试系统还包括：与高纯锗探测器配套的精密脉冲发生器、成形电路、数据采集系统以及高压电源、低压电源等设备。需要说明的是，图2(a)仅仅是强调本申请的测试系统中会采用手套箱来构成低水氧含量测试环境，其他组成部分并没有示出。

在一种示例性实例中，图3为利用本申请高纯锗探测器测试系统得到的高纯锗探测器漏电流水平随高压的变化情况的实施例的示意图，如图3所示，以通过maxwell对电场分布的模拟计算为例，本实施例中，高纯锗晶体耗尽电压约为1000v，工作电压为1200～1500v。利用本申请高纯锗探测器测试系统，通过实际多次高纯锗探测器晶体液氮裸浸测试，高纯锗探测器的晶体漏电流水平为16～20pa，符合高纯锗探测器工作的一般要求。

图4为本申请基于低温液体直接裸浸高纯锗探测器的测试系统得到的co-57能谱示意图，如图4所示，在co-57能谱测量中，在1400v工作电压下，能量分辨率为fwhm0.5kev@122kev，得到了持平甚至优于商业高纯锗探测器的能量分辨率水平；如图4所示，高纯锗探测器电子学噪声最低水平为33e(主放大器6μs成形时间)。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。