基于TOT技术的一维丝室探测器在同步辐射上的应用

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X射线衍射技术是目前使用最广泛的用于物相分析和结构分析的技术。对于大多数由粉末制成的材料,一般都为多晶,因此常用X射线粉晶衍射方法来鉴定和研究多晶物质。而同步辐射X射线由于具有高亮度、良好的准直性、短脉冲时间结构和单一能量可调等特点,故而是作为粉晶衍射研究的最佳光源选择。多丝正比室自二十世纪六十年代发明以来,在径迹探测方面曾发挥了重要作用。丝室探测器也曾应用于二维X射线衍射成像探测,只是近年来逐步被高精度的半导体探测器所取代。而目前国内的半导体探测器研究还处于初步发展阶段,尚不能得到实际应用。  本文主要为了实现自主研制的探测器应用于同步辐射衍射测量。具体是利用已有的丝室成熟工艺,结合最新的信号读出方式,研制出一维紧凑型的位置灵敏计数器进行同步辐射X射线衍射实验测试。本人参与了探测器的设计和研制过程。探测器利用类TOT方法快速读取信号电荷量信息,同时利用流水线FPGA对数字信号进行快速的在线处理,以提高探测器计数率。本文中的一维直线型丝室探测器具有200mm的有效探测长度,信号由单阳极丝和阴极读出条读出,读出条尺寸为1mm,宽度为500μm。本人的重点工作是利用探测器在北京同步辐射光源1W2B实验站的测试。利用粉晶样品SiO2、Si一共进行了两次束流衍射测试,并对衍射数据进行了分析。所有结果均进行了本底扣除和像差修正。第一次测试中,经过修正后的衍射角的精度在3.7%以内。第一次实验后,探测器主要对电子学读出电路及测量距离、测量气体等探测方法进行了优化。优化后的第二次同步束流衍射实验结果显示,探测器测量衍射的角分辨大多在0.1°以内,对应的角精度小于1%,最高可达0.1%以下。探测器的分辨精度可以满足同步辐射的实验需求。探测器对衍射角的测量误差受到移动距离准确度的影响,在3%范围内波动。性能参数方面,探测器的全面积最高计数率达到530kHz,衍射光的最高计数率达到8kHz。对于位置分辨率,由X光机测量的最佳位置分辨率为128μm,由同步辐射光测量的最佳位置分辨率达到68μm。
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