康普頓抑制計數系統2

康普頓抑制系統基礎
在典型的低本底應用系統中，為了降低計數系統部件（探測器、鉛屏蔽和屏蔽室內的空氣）的固有放射性，我們付出了極大的努力。在高純鍺譜系統中，這些低本底測量系統，更多的我們傾向于較少宇宙射線本底和自然環境本底。

康普頓抑制系統是為了降低這些典型計數系統中的平臺計數而設計。雖然低本底系統去除了大部分增加的本底來源，但他們并沒有解決峰下連續譜的貢獻：康普頓散射事件。康普頓散射發生在入射光子的全部能量未被HPGe探測器吸收的情況下，而離開探測器的部分能量無法計算。在伽馬射線能譜中，這個部分計數出現在康普頓連續平臺的峰一下，屬于隨機事件。

峰高度與康普頓連續譜平均高度的比值稱為峰康比（P/C）。在標準的HPGe探測器中，Co60的1.33MeV的峰康比通常在40：1到60：1之間，較大的探測器的峰康比可以接近100：1。

因為逃逸的能量是以光子的形式發射，所以有可能用另一個探測器來收集這個射線。這通常是用一種比較便宜的材料（如NaI）制作的大晶體來實現，成為符合探測器。通過將HPGe和符合探測器中的計數事件通過時間電子學相關聯，符合探測器中計數時間可用于判別丟棄HPGe探測器中同時發生的計數事件。其結果是實現對康普頓平臺的壓制。在康普頓抑制系統中，使用60%相對效率的N型探測器可獲得超過1300：1的峰康比。這將導致平臺高度降低約10倍，MDA值降低超過3倍。

康普頓抑制系統中HPGe探測器的選擇要素
康普頓抑制系統的有效性取決于對HPGe探測器散射出來的光子的收集能力。因為光子和它所遇到的每一種材料都有發生相互作用的可能型，所以在HPGe晶體的有效體積和符合探測器晶體之間必須使用盡可能少的材料。有關材料包括：

	應該選擇的特性	不應該選擇的特性
HPGe外部接觸級	超薄的外部接觸級：使用一個ORTEC Gamma-X (GMX) 探測器，N型晶體，外部的接觸級厚度只有0.3微米硼。	標準P型探頭：P型探測器，比如GEM探測器和優化型GEM-M探測器，擁有一個較厚的外部接觸級（~600微米的鋰注入層）。這個接觸級是Gamma-X N型探測器的接觸級厚度的三倍。這會導致散射射線被阻擋的概率大大增加。  能量延展P型高純鍺探測器：能量延展P型探測器，如優化型GEM-C，只有在探測器前端擁有超薄的入射窗。但側面被較厚的鋰離子注入層包裹，所以標準的P型探測器不應該被使用。
高純鍺晶體支撐杯	低密度支撐杯：ORTEC使用0.5mm厚度的，低本底鋁材質的支撐杯。在標準的探測器制造中。	銅材料支撐杯：由于銅具有較高的材料密度和質量吸收系數，應該避免使用銅作為晶體支撐杯。這大大降低了散射光子進入符合探測器大的概率。
探測器端蓋	低密度端蓋： 1.5mm厚的碳纖維端蓋或低本底鋁端蓋配備碳纖維窗。	鎂端蓋：鎂材料比鋁材料具有更高的質量吸收系數，大大增加了射線與物質相互作用的概率。使得散射射線進入符合探測器的概率降低。 銅端蓋： 與銅支撐杯一樣，應該避免在低本底計數系統中使用銅材質的端蓋。
高純鍺探測器與屏蔽體之間的空氣，其他材料	盡可能大的HPGe晶體直徑：在一個典型的83mm直徑的端蓋中，可以放置一個直徑為70mm的探測器晶體。這相當于可以放置一個相對效率達到70%的N型探測器。對于定制的康普頓抑制系統，可以使用更大的HPGe晶體和端蓋，以提高性能。
符合探測器尺寸	HPGe探測器端蓋直徑應該匹配環形NaI的內徑： 在訂購時，需要訂購與探測器端蓋尺寸匹配的NaI環形探測器。

 
熟悉低本底探測器的用戶會注意到，鎂端蓋，銅端蓋和銅質晶體支撐杯通常用于低本底探測器。雖然傳統的想法認為康普頓抑制系統是超低活度樣品測量的解決方案，但事實并非如此。通過在探測器結構中使用這些材料，總體效果是降低康普頓抑制系統的性能（也就是降低峰康比）。所以在康普頓抑制系統中，取舍是非常重要的。

康普頓抑制系統中其他的重要部件
為了能夠同時探測到從高純鍺探測器散射到NaI環或塞型探測器中的康普頓散射射線，并使得康普頓平臺高度最小化，正確的電子學設置是非常重要的。歷，ORTEC提供了一個基于NIM插件電子學搭建的模擬系統。隨著數字化技術的快速發展，ORTEC推出了數字式雙通道MCA。數字版本的康普頓抑制系統在調試的復雜性和耗時方面得到了大大的降低。

數字化版本的CSS顯著的減少了對電子學設備的要求，使用了更少的組件，更緊湊的空間設計。不再需要大型的NIM機架。在不采用任何NIM電子學的情況下，為了進一步提高空間利用率，ORTEC將原有的盒式的屏蔽體替換為更為整體的一體化澆筑的圓柱形屏蔽體。屏蔽體厚度為4英寸（10厘米），內部高度比傳統的屏蔽體高4英寸（10厘米）。重量只有原有的屏蔽體的一半，占地面積也是原有屏蔽體的一半。此外，圓柱形的屏蔽體的頂部滑動開門設計，允許用于將符合探測器安裝在頂部的屏蔽體中。這種創新的做法使得樣品的加載和卸載大大的簡化，只需要一個簡單的步驟即可完成，節省了時間。同時，也對每次加載和卸載樣品時對探測器可能造成的損傷降到。從NaI環中移除塞型探測器，可以大大增加樣品測量空間，并且不需要犧牲4-π覆蓋的幾何結構和康普頓抑制性能。

下面的表格做為典型的CSS選項. 

可升級反宇宙射線功能，使用塑料閃爍體探測器。詳細信息請聯系工廠獲得。

對于用戶定制的HPGe探測器（更大的GMX探測器或平面型探測器），環形符合探測器（更大的內徑，不同的閃爍材料，如BGO），屏蔽體，或桌子，請聯系工廠。

關鍵部件	Model CSS-D-60
探測器	標準配置為N-type HPGe (GMX) 60% 相對效率探測器，使用83mm直徑端蓋，低本底Al支撐杯，和整體碳纖維端蓋。其他尺寸探測器可選，相對效率60%，端蓋尺寸83mm。
NaI環及符合探測器	9”x9” NaI環，內徑3.5”。外徑10.75”。分辨率：@662 keV ≤11%. 6”x2” NaI餅狀探測器。分辨率：@662 keV ≤7%.
樣品尺寸	3.5”直徑，3”高度（容量高達750 mL）。
電子學	DSPEC-502A數字式雙路MCA 帶有符合/反符合功能。設置時間少于30分鐘。556H高壓模塊為NaI環探測器提供高壓。
屏蔽體	圓柱形4英寸 (10 cm)厚低本底鉛室，內層采用Tn/Cu復合屏蔽設計。  屏蔽體內部空間：11”直徑，18”內高。 可選配反宇宙射線組件，（塑料閃爍體探測器）。
軟件	包含GammaVision Gamma Spectroscopy Software。通常情況下不配備計算機，如需要在訂購時提出。
性能保證值，峰康比（與500KeV附件平臺高度平均值的比值）	1300:1或更高 (使用標準的GMX60探測器)。  說明：使用更小的GMX探測器的P:C性能會相對降低。
本底計數率	0.5 cps 或更低，使用盒型或圓柱形原廠屏蔽體。

對于一套完整的系統，如果需要特殊設計的屏蔽體，時間符合電子學，符合探測器，高純鍺探測器等，請聯系工廠。