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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉斯銘
論文名稱:加速器質譜儀E—ΔE游離腔式偵檢器的研製
指導教授:袁立基
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:原子科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:加速器質譜儀粒子鑑別
外文關鍵詞:AMSE —ΔEparticle identification
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摘 要
加速器質譜儀(accelerator mass spectrometry,AMS)微量分析法係將待測樣品製作成離子源,利用加速器使其能量加速至百萬電子伏(MeV)級,再藉由核物理的粒子量測技術,以獲致高質量解析度與低背景干擾的優點。因所需樣品的量極少(約毫克等級),又深具超高靈敏度(約10-15)與可信度的特性,許多精進的研究課題均須仰賴本分析法,例如長半衰期放射性同位素(鈹-10、碳-14、鋁-26、氯-36、碘-129等)的核種量測與微量穩定同位素的和含量分析等。
本論文的目的在於利用游離腔配合E-ΔE原理自製完成的偵檢器,架構出一個完整的加速器質譜儀系統原型,最後經由蒙地卡羅程式(SRIM)的模擬以及鋂-241阿伐射源實際測試來了解此系統的特性,藉以提供日後系統改良的方向。
實驗結果發現系統已能正常動作且自製的偵檢器特性良好,ΔE偵檢器的能量沉積的標準差在氣壓150—300mbar之間只有0.020—0.039MeV,而且與蒙地卡羅(Monte Carlo)模擬的結果相近。將來應用在加速離子取代射源並減低窗(window)薄膜厚度後,能量沉積的標準差預期將會降的更低。
系統上需要改良的地方包括:改用輸出波形時間常數小於2μs 的前置放大器、改善柵極的製作技術以及修改偵檢器真空腔部分的設計,使其能夠配合厚度小於1μm之窗薄膜的使用。

目 錄
第一章 序論
1.1加速器質譜儀的重要性---------------------------------------1
1.2質譜儀發展的回顧-------------------------------------------3
1.3游離腔應用的回顧-------------------------------------------4
第二章 理論
2.1游離腔-----------------------------------------------------6
2.2重帶電粒子的阻止本領--------------------------------------10
2.3 E-DE 偵檢組合--------------------------------------------11
2.4重離子能量訊號脈衝高度的缺損------------------------------12
第三章 實驗系統
3.1粒子加速器(9SDH-2)----------------------------------------14
3.2資料擷取系統(VXI)-----------------------------------------16
3.3蒙地卡羅模擬程式(SRIM)------------------------------------16
第四章 蒙地卡羅模擬------------------------------------------18
第五章 系統裝置與測試
5.1偵檢器與前置放大器製作------------------------------------19
5.2放大器增益與延遲時間調整----------------------------------20
5.3資料擷取系統驅動與設定------------------------------------20
5.4工作電壓的選定--------------------------------------------21
5.5系統特性測試----------------------------------------------21
第六章 結果與討論--------------------------------------------22
第七章 結論--------------------------------------------------25
參考資料-----------------------------------------------------27
圖 目 錄
圖2.1 典型的充氣式偵檢器------------------------------------29
圖2.2 偵檢器工作電壓與電荷收集間的關係----------------------29
圖2.3 平行板式游離腔構造圖----------------------------------30
圖2.4 平行板式游離腔(不含柵極)的外接電路--------------------30
圖2.5 平行板式游離腔(含柵極)的外接電路----------------------31
圖2.6 E-ΔE偵檢組合架構圖------------------------------------31
圖2.7 不同質量離子的能量和脈衝高度(通道數)間的關係----------32
圖2.8 脈衝高度缺損與(鈾)離子能量的相依----------------------32
圖3.1 串級加速器9SDH-2的構造--------------------------------33
圖5.1 加速器質譜儀E-ΔE 偵檢系統的架構-----------------------34
圖5.2 真空腔的構造------------------------------------------34
圖5.3 偵檢器構造與尺寸--------------------------------------35
圖5.4 前置放大器AMPTEK IC A225 外觀-------------------------36圖5.5 前置放大器A225電路-----------------------------------36
圖5.6 以脈衝產生器調整放大增益與延遲時間--------------------37
圖6.1 蒙地卡羅模擬標準鋂-241射源在ΔE偵檢器內的能量沉積結果--38
圖6.2 能量校正射源(鋦-244 + 鋂-241 + 鈽-239)與實驗用鋂-241射
源能譜------------------------------------------------39
圖6.3 蒙地卡羅模擬鍍金膜之鋂-241射源在ΔE偵檢器內的能量沉積結
果----------------------------------------------------40
圖6.4 在不同氣壓條件下的前置放大器輸出----------------------41
圖6.5 在不同氣壓條件下的偵檢器能譜I-------------------------42
圖6.6 在不同氣壓條件下的偵檢器能譜II------------------------43
圖6.7 鋂-241射源的三維E-ΔE能譜分布--------------------------44
表 目 錄
表4.1 鋂-241的α粒子能量與比率-------------------------------45表4.2 阿伐粒子穿過mylar時的能量與射程關係-------------------46表4.3 阿伐粒子穿過氣壓150mbar P-10氣體時的能量與射程關係----47表4.4 阿伐粒子穿過氣壓200mbar P-10氣體時的能量與射程關係----48表4.5 阿伐粒子穿過氣壓250mbar P-10氣體時的能量與射程關係----49表4.6 阿伐粒子穿過氣壓300mbar P-10氣體時的能量與射程關係----50
表5.1 AMPTEK積體電路 A225接脚組態---------------------------51表5.2 AMPTEK積體電路A225輸入特性----------------------------52
表6.1 ΔE偵檢器沉積能量之模擬值與實驗值的比較----------------53

參 考 資 料
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