能量刻度

确定入射粒子的能量与多道分析器的道数之间对应关系的实验工作

能量刻度，确定入射粒子的能量与多道分析器的道数之间对应关系的实验工作。可用分段折线法或一阶导数法完成。

透射式柱面弯晶谱仪的单滤片能量刻度方法

根据布拉格衍射定律和晶层模型，推导了透射式柱面弯晶谱仪的三维衍射光路的理论公式，并利用该理论研究了谱仪测量光谱的能量刻度问题。在考虑了实验中谱仪与光源的准直度和记录介质放置姿态带来的误差后，发现利用多种滤片的 K吸收边进行公式拟合得到弯晶谱仪能量刻度曲线的方法对低能X射线谱线的误差较大，进而提出了用单滤片通过理论公式模拟计算进行谱仪能量刻度的方法。通过对透射式柱面弯晶谱仪测量到的 Ag靶 X光机的实验光谱进行能量刻度，实现了用单滤片在线定标弯晶谱仪，验证了理论公式和能量刻度方法的正确性。

谱仪的能量刻度

X射线的能量越低，其布拉格角越大，在记录面上的谱线位置离光轴中心越远，X射线能量与谱线位置的关系可以用能量刻度曲线表示。实际应用中，由于晶体在z方向上的宽度窄，谱仪与光源的探测距离远，记录介质的分辨率不够高等原因，谱线的三维弯曲效应不明显，所以，仅关注光源和衍射线均在xOy平面内的二维情形下的能量刻度问题。

对于使用成像板作为记录介质的弯晶谱仪，成像板在每次曝光后都需要进行扫描，这会引起记录介质放置的误差。同时，实验中谱仪和光源通常会有一定的准直误差。计算参数为：弯晶衍射晶面为石英的（1011）面，晶格间距为0.334nm，曲率半径r=300mm，晶体的不对称切割角χ=0；光源至晶体距离s=500mm，光源向左侧横向偏离谱仪光轴1mm，记录介质放置在罗兰圆后d=22mm处；因放置误差导致的记录面与光轴夹角θd=1°。两条点画线分别代表左右侧谱线的能量刻度曲线，两侧的谱线几乎是对称分布的。实线为左右两侧谱线的对称中心，低能段谱线的对称中心明显偏移光轴中心。对于10keV的X射线偏移量达到了409μm，这是由低能 X射线的布拉格角大、晶体衍射位置对瞄准偏差敏感且其谱线位置的横向偏移大、记录位置对记录介质放置姿态敏感导致的。

为了用单滤片的 K边实现能量刻度，同时避免用拟合公式引起的能量刻度误差，采用了新的刻度方式，即利用理论公式模拟计算实验中的在线定标K边的能量实现能量刻度。首先，根据具体的实验条件确定初始计算参数，计算理论能谱；然后，选择一条实验谱的定标 K边谱线和计算谱位置对齐，利用计算谱中的谱线位置与能量的关系，对实验谱线的位置进行插值得到其对应的能量；最后，比较刻度后的实验谱两边的定标 K边的能量是否相同，若不同，则合理调节光源和记录介质相关的计算参数重新计算直至两边的能量差异小于容许误差。

利用单滤片能量刻度方法刻度的实验能谱

解谱时，取矩形区域内的数据进行能量刻度，通过模拟计算后，刻度好能量的左右侧能谱的计算参数为：两侧能谱K边半高处的能量的容许误差为10eV，光源距晶体的距离s=234mm，光源向左侧横向偏离谱仪光轴的距离4mm；成像板距离晶体曲率中心d=21．9mm；记录面与光轴夹角θd=5°。对刻度后的左右能谱中Ag的特征峰Kα1，Kα2，Kβ1和 Kβ2峰进行高斯拟合，得到谱线中心峰位的能量。Ep0代表 Ag的特征峰位的理论能量，Epl和Epr分别代表左右两侧特征峰的峰位能量，括号内数值为高斯拟合的标准差。特征峰的刻度能量和理论值的最大偏差|Epr－Ep0|为12eV，左右能谱中相应峰位的最大偏差|Epr－Epl|为5eV。左右两侧能谱中相应特征谱线的能量十分接近，谱线能量与标准数据相差小，从而验证了理论公式和模拟计算刻度能谱方法的正确性，并实现了单滤片K边在线定标谱仪能量刻度曲线。

能量刻度曲线计算的能量的差异

为了计算在少量拟合数据时用公式拟合进行能量刻度的误差，将实验测量谱进行最小方差拟合，拟合数据来自测量谱右侧的5个特征谱线：Nb的K吸收边和Ag的4个特征峰。得到拟合系数为：a=6.751×10－2，b=6.201×105，c=34.22，d=－202.1，拟合优度 R2=1。实线代表用单K边模拟计算得到的能量刻度曲线，点线代表公式拟合得到的能量刻度曲线。虚线代表用模拟计算方法刻度谱线的能量Ecal与用公式拟合方法刻度谱线的能量Efit的差异。在拟合数据的能量范围内（19～26keV），两者的差异都非常接近0。然而在拟合数据范围之外的能量差异非常大，在40keV处能量差异有1.26keV，这表明拟合公式不适于外推。

闪烁体探测器的波形甄别和能量刻度

EJ301有机液体闪烁体探测器具有较好的时间特性、脉冲形状甄别能力和中子探测效率。使用DT5720波形数字采样器和DPP-PSD (Digital Pulse Processing-Pulse Shape Discrimination)控制软件，可以通过软件设置实现长、短门和脉冲形状甄别。利用241Am 源(0.0595MeV)、137Cs-60Co (0.662MeV、1.171MeV、1.333MeV)源和 40K 源(1.461MeV)等的康普顿峰，对EJ301 探测器进行了电子等效能量刻度、脉冲形状甄别分析、FOM (Figure of Merit)值计算等。研究表明，DT5720波形数字采样器和DPP-PSD控制软件功能完善、简单易用；EJ301探测器中子测量效率高，具有较强的中子/伽马脉冲形状甄别能力，适合快中子的能谱和飞行时间测量。

康普顿峰和能量刻度

由于组成有机闪烁体的元素主要为碳和氢，原子量低，因而发生光电效应的概率很低。当伽马射线进入闪烁体中，主要发生康普顿散射和电子对效应，所发生相互作用主要是单个或多个康普顿散射，部分入射伽马射线的能量沉积，形成康普顿边缘。而中子则主要通过和氢原子、碳原子的弹性散射损失能量，因此两个不同的过程产生的脉冲形状不同，这就是PSD的原理。由于产生的电子能谱在0.04MeV≤Ee≤1.6MeV 是线性的，可以使用由伽马射线所产生的康普顿峰进行能量刻度。计算出康普顿电子的最大能量，即康普顿边(Campton Edge)的能量Eemax：式中，EΥ是伽马射线能量；m0c2 是电子静止质量，m0c=0.511MeV 。

在闪烁体中，由于多次发生康普顿散射，电子散射产生锐截止陡直的康普顿边由于探测器的分辨原因形成康普顿峰，计算出康普顿边的道数位置为：

nc=np+1.17σ

式中，nc 是康普顿边对应道数值；np是康普顿峰值对应道数；σ是康普顿峰的标准偏差。其中np和σ由康普顿峰的高斯拟合中得到。

不同伽马放射源的能量刻度拟合曲线

对EJ301液体闪烁探测器进行能量刻度所使用的伽马射线分别来自于241Am源，能量为59.5keV；137Cs-60Co 源，其中137Cs 释放的伽马射线的能量为662keV，60Co 释放的伽马射线的能量为1.173MeV和1.333 MeV；以及40K源，能量为1.461MeV。

对EJ301液体闪烁探测器进行能量刻度，由于EJ301对60Co 源的两个1.17 MeV和1.33MeV能量的康普顿峰分辨较差，峰位不容易确定，因此线性拟合中只选择了241Am、137Cs和40K的单能峰实验数据进行了能量刻度拟合，60Co源的两个1.17MeV和1.33MeV能量峰位拟合点是采用反向插值推算出来的。

刻度后的EJ301 的脉冲等效能量

经过能量刻度以后，可以对EJ301测量的能谱和PSD值进行定量的分析计算。

竖线（从右至左）分别对应两倍137Cs源能量(954keVee)、137Cs 源能量(477keVee)、1/2137Cs 源能量(239 keVee)、1/4 137Cs 源能量(119keVee)和1/8137Cs 源能量(60keVee)。可以明显看到两块PSD分布区域，其中 PSD值较大的是中子峰，PSD值较小的是伽马峰。从两块区域的分离程度可以直观地判断探测器n-Υ甄别能力的大小。甄别能力的定量分析可通过计算FOM (Figure of Merit)值来进行判定和比较，FOM值越大，探测器的分辨能力越强。对PSD谱进行能量刻度后，就可以进行不同能量值的能量截断，从而计算出不同能量值处的FOM值。

FOM 值拟合和计算结果

将PSD谱中曲线向 y 轴投影而得出的，通过两个峰进行拟合、计算，可以得到两峰间距和各自的半高全宽，计算出EJ301有机液体闪烁体探测器的FOM值：

式中，S为两峰间距离；FWHMn为中子峰的半高全宽；FWHMΥ为Υ峰的半高全宽。由所有事件投影值计算得出FOM 值为0.85。相近能量范围下BC501A、NE213 和实验中所使用的EJ301的FOM值的对比。

在选取相近的能量范围进行能量截断计算FOM值时，EJ301的FOM值远大于BC501，接近NE213。因此可以看出，EJ301有机液体闪烁体探测器具有较强的n-Υ鉴别能力，在性能上和BC501A和NE213类似。

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