CdZnTe核探测器的蒙特卡罗模拟的初步研究

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Cd<,1-x>Zn<,x>Te核辐射探测器由于可在室温下稳定工作,并且对X、γ射线有较高的探测效率和较好的能量分辨,因此已广泛应用在核安全、环境监测、医学诊断、天体物理研究等领域;然而,目前所能制备的CZT材料其空穴迁移率要比电子低10倍左右,导致电荷的不完全收集,器件探测性能不佳.因此在器件设计上如何探索新型的器件结构,提高CZT器件的探测效率和能量分辨率是国际上研究的前沿性课题.然而这些器件的结构比较复杂,它们的行为仍还没有充分了解,器件设计较为困难,必须借助计算机模拟的有力工具.为此,本课题自行编写蒙特卡罗模拟软件,研究探测晶体内电荷的输运特性,探索材料参数、器件结构与探测器性能之间的内在联系及规律.本工作选用Visual C++作为平台,以Cd<,1-x>Zn<,x>Te核辐射探测器的工作原理为依据,探测器内与原子核发生反应的随机性和反应产生的电子空穴对数目的统计规律为物理模型,模拟大量的单个光子在Cd<,1-x>Zn<,x>Te探测器中的反应以及反应之后收集的电荷量的统计分布.在温度为300K、<57>Co和<241>Am等辐射源产生不同能量的γ光子覆盖整个电极(光子垂直阴极入射)并且均匀分布的条件下,依次计算入射光子的随机反应深度,判断其发生反应的类型,进而求得产生的电子空穴对数,最后利用Hecht公式计算出收集电荷量.由大量γ光子与晶体作用后,收集电荷数量的统计分布获得探测器对γ射线的响应能谱.据了解,目前国内还未见有关蒙特卡罗方法模拟CZT探测器的专用软件,也未见有关蒙特卡罗方法模拟CZT探测器能谱响应的文献的报道.采用自行编制的软件模拟上升时间为0.5μs、大小为3×3×2mm和3×3×5mm MSM结构的Cd<,1-x>Zn<,x>Te核辐射探测器,并将模拟能谱与实测能谱进行比较,发现相应的图谱的轮廓均很相似,各个全能峰的相对位置也相当接近;其中对<57>Co和<241>Am的能量分辨率分别为3.1KeV和2.38KeV,与实际测量结果基本一致,国外文献报道也较为吻合.文章还对模拟结果的可靠性、稳定性以及不足之处进行了分析讨论,以期在以后的工作中得到进一步的改进与完善.此外,文章还分析讨论了用于探测不同辐射源的器件厚度与探测效率的关系.
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