论文部分内容阅读
闪烁光纤辐射探测器作为一种改进的闪烁探测器,因兼备传统闪烁探测器高探测效率、高辐照硬度等优点以及光纤传感器抗电磁干扰、传感一体等优势,在电离辐射探测方面具有良好的应用前景。为了进一步提高闪烁光纤的电离辐射传感能力,实现传感系统的小型化以及电离辐射的远程在线测量,本文以电子辐射作为测量对象,对石英包层LYSO:Ce晶体闪烁光纤（silica cladding LYSO:Ce crystal scintillation fiber,SLCF）进行了综合研究,主要研究工作如下:首先,对闪烁光纤的辐射探测原理进行分析,包括电子辐射与物质的相互作用、无机闪烁体的辐射发光机制以及光电倍增管的工作原理,为闪烁光纤的选型设计与辐射传感系统的搭建提供理论依据。其次,以电离辐射探测对闪烁体的基本要求为准则,根据掺铈稀土闪烁晶体的性能参数,选择高性能闪烁晶体掺铈硅酸钇镥LYSO:Ce作为纤芯材料以提高石英包层晶体闪烁光纤的辐射响应;在制备工艺方面,针对由于传统插棒法的工艺缺陷所导致的闪烁光纤闪烁性能降低的问题,在传统插棒法的基础上选用惰性气体作为保护气氛进行SLCF的制备,以避免光纤的辐射响应因Ce3+的氧化而被削弱,同时制备石英包层YAG:Ce晶体闪烁光纤（silica cladding YAG:Ce crystal scintillation fiber,SYCF）作为对比对象。再次,基于Geant4高能粒子输运软件进行仿真电子辐照实验,研究SLCF、SYCF和塑料闪烁光纤（plastic scintillation fiber,PSF）的电子辐射响应,验证SLCF用于电子辐射传感的可行性;同时,通过仿真实验研究SLCF光纤长度对其辐射响应的影响,优化实验室辐照条件下的光纤长度,为辐照实验中光纤样品的制备提供参考依据。最后,设计基于闪烁光纤的初步辐射传感系统,通过电子辐照实验研究SLCF、SYCF与PSF的电子辐射响应,结果表明SLCF具有较高的辐射响应,有助于提高闪烁光纤的辐射传感能力;同时,为了提高传感系统的实用性,搭建改进的辐射传感系统,对硬件系统的结构进行精简,引入传输光纤及耦合结构,实现系统传感部分的小型化,并对控制软件功能进行优化,电子辐照实验结果表明系统的辐射响应输出大幅提高,且SLCF的辐射响应仍然保持较高水平。为了进一步研究SLCF的辐射传感特性,基于改进辐射传感系统研究了光纤被辐照长度、光纤与辐射源的距离、光纤与电子束流的角度对SLCF辐射响应的影响,发现SLCF的辐射剂量响应与上述三个因素呈正相关关系,可以为辐射传感系统探测参数的优化提供指导。