一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率α粒子探测方法

一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率
α
粒子探测方法
技术领域
1.本发明涉及一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率α粒子探测方法，属于辐射探测与核分析领域，能够有效提高聚变中子源伴随粒子成像系统的测量计数率和定时精度，提高伴随粒子成像系统的工作效率和测量精度。


背景技术：

2.伴随粒子成像api(associated particle imaging)是一种利用中子射线的新型无损成像检测技术，具有穿透能力强、检测灵敏度高、三维空间识别和多元素识别等特点，在爆炸物检测、工业成分检测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。api技术利用氘氚聚变反应产生的准单能的α粒子和中子在时间和运动方向上相互关联的特性，通过探测伴随α粒子的发出时间和方向对中子的飞行时间和方向进行标记，被标记中子与样品内核素反应可产生瞬发γ射线。将样品出射的瞬发γ的时间信息与伴随α粒子的时间信息相关联，同时分析γ能谱特征峰的能量和强度即可确定γ出射区域的核素的种类和含量。相较于传统的基于中子技术的物质分析方法，api技术由于采用时间符合测量技术，极大降低了γ能谱中的本底，提高了样品分析速度和精度，特别是该技术可提供物质元素的三维空间分布信息，使其在爆炸物检测、矿物筛查等领域具有重大应用前景。
3.api技术的核心是伴随α粒子的定时测量，伴随α粒子的最大计数率和定时间精度是影响api系统性能的关键参数。伴随α粒子的最大计数率决定了α-γ符合计数率的上限，伴随α粒子的计数率越高，单位时间内被标记中子的数量越多，α-γ的符合概率越大，api系统的工作效率越高。伴随α粒子的定时精度越高，α-γ符合测量的精度就越好，可以缩小γ能谱探测的时间符合窗口，进而提高γ能谱数据的信噪比；同时高定时精度可使中子飞行时间谱更加精准，对中子与样品发生相互作用的元素空间信息可以计算得更加精确。
4.在目前的技术条件下，伴随α粒子探测器采用半导体探测器可以获得较高的定时精度，为了降低干扰粒子和噪声信号的影响，需要与电荷灵敏前置放大器匹配，伴随α粒子信号经放大后输入到后端滤波成形电路，再输入到恒比定时电路中，以减小定时误差。但是由于电荷灵敏前置放大器的电荷积分作用，经放大后的信号具有很长的拖尾，导致信号宽度达到微秒量级，因此采用此方案的伴随α粒子测量方法的计数率只能达到105cps。受限于伴随α粒子测量方法的低计数率，目前在运行的api系统的中子源强在109n/s以下。然而，中子源的源强现已可达10
12
n/s以上，因此需要提供一种具有更高计数率的伴随α粒子探测方法，以提升被标记中子的比例，提高系统检测效率。


技术实现要素：

5.本发明技术解决问题，提供一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率α粒子探测方法，能够有效提高氘氚聚变中子源内伴随α探测器的最大计数率和定时精度，提高α-γ的符合计数率和符合时间谱的分辨率，提升伴随粒子成像系统的工作效率和测量精
度。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率α粒子探测方法，该方法包括以下步骤：
8.步骤1)：采用具有粒子选择特性的半导体探测器输出电流脉冲信号；所述半导体探测器包括阻挡层、绝缘层、前端电极、探测灵敏区、衬底和后端电极；通过设置所述阻挡层厚度、优化探测灵敏区厚度及减薄所述前端电极、后端电极与衬底厚度之和的措施，减小氘氚中子源内的干扰粒子在所述探测灵敏区内的能量沉积，提高伴随α粒子在探测灵敏区内沉积能量的比例，使得半导体探测器输出的电流脉冲信号幅度与粒子沉积能量成正比；
9.步骤2)：采用电流灵敏放大器对所述半导体探测器输出的电流脉冲信号进行放大和降噪，并输出与该电流脉冲信号成正比的窄宽度电压信号，减小信号的堆积失真，使得放大后的信号幅度与粒子在所述探测灵敏区内的沉积能量成正比；
10.步骤3)：采用前沿定时甄别器对所述电压信号的脉冲前沿进行定时，通过设置合理的触发阈值剔除干扰粒子信号，仅获得伴随α粒子定时信号。
11.进一步的，所述步骤1)包括：根据导电材料密度，采用合适厚度的导电材料作为阻挡层，阻止低能的干扰粒子(主要指氘粒子和氦三粒子)入射到所述前端电极和探测灵敏区内，该厚度使得阻挡层能够完全阻挡低能的干扰粒子；根据绝缘材料的密度和绝缘性能，采用合适厚度的绝缘材料作为绝缘层，隔离阻挡层与所述前端电极，该厚度为半导体探测器前端电极施加电压后绝缘层不会发生击穿的最小厚度；在完成前端电极制备工艺之后，减小该前端电极厚度，在不影响半导体探测器电学性能的情况下降低对入射的伴随α粒子的能量损失，使得电极的厚度为不影响半导体探测器电学性能情况下的最小值；将探测灵敏区厚度设定为略大于α粒子在探测灵敏区中的射程，以刚好能完全阻止伴随α粒子，降低高能干扰粒子的能量沉积；在完成探测灵敏区和前端电极的制备之后，在不影响半导体探测器的性能的情况下对半导体探测器的所述衬底进行减薄，使得衬底的厚度为不影响半导体探测器的性能下的最小厚度，从而降低高能干扰粒子在后端电极的能量损失，减小对信号输出的影响。
12.进一步的，所述电流灵敏放大器的增益、带宽根据伴随α粒子在探测器中引发的电流脉冲信号的脉冲波形特征进行设计，其中，根据伴随α粒子的电流脉冲信号幅度及前沿定时甄别器的幅度要求来设计电流灵敏放大器的增益，根据α粒子的电流脉冲信号的宽度来设计电流灵敏放大器的带宽，所述电流灵敏放大器由集成运算放大器或三极管匹配合适的电阻电容组成，所述集成运算放大器可以为电流反馈或电压反馈型运算放大器。
13.进一步的，所述前沿定时甄别器的触发阈值根据电流灵敏放大器输出的信号波形进行选择，所述触发阈值大于噪声和非伴随α粒子信号的幅度最大值，小于伴随α粒子信号的幅度最大值，且位于伴随α粒子信号前沿斜率最大处。
14.进一步的，所述阻挡层和绝缘层厚度刚好能完全阻挡氘氚中子源靶上出射的氘粒子和氘氚反应产生的氦三粒子，使得氘粒子和氦三粒子在阻挡层内沉积全部能量；所述阻挡层和绝缘层作为薄膜附着在探测器前端电极前部，所述薄膜的制备工艺采用蒸发法或溅射法，阻挡层的材料为铝、镍、铜、金、银、铂、钽、钛中的一种或几种；所述阻挡层与外部电路的地线相连，以释放干扰粒子的累积电荷。
15.进一步的，所述探测器灵敏区的厚度刚好能完全阻挡穿透所述阻挡层、绝缘层和前端电极后的伴随α粒子，使得入射到探测灵敏区的α粒子能够在探测灵敏区内沉积全部能量，即该厚度为入射到探测器灵敏区的α粒子能够在灵敏区内沉积全部能量时的厚度最小值。所述探测器所用的半导体材料为硅、锗、碳化硅、氮化镓、氮化硼或金刚石，所述探测灵敏区为pn结、pin结或肖特基结形成的空间电荷区。
16.以上所述步骤中，所述前端电极的制备方法经过优化后，在不影响探测器电学性能的情况下，根据电极材料不同的，为了保证探测器电学性能不发生退化，可通过工艺将厚度前端电极减到工艺所能达到的最小值，以降低对入射伴随α粒子的能量损失。所述探测器灵敏区的厚度被设定为刚好能完全阻止伴随α粒子，降低高能干扰粒子(如质子)的能量沉积。所述探测器灵敏区的厚度应当刚好能完全阻挡穿透所述阻挡层、绝缘层和前端电极后的伴随α粒子，所述探测器所用的半导体材料可以为硅、锗、碳化硅、氮化镓、氮化硼、金刚石等。对所述半导体探测器衬底和后端电极进行减薄，降低高能干扰粒子在电极附近的能量损失，减小对伴随α粒子信号输出的影响。步骤2)中所述电流灵敏放大器的增益、带宽和频率响应特性根据伴随α粒子在探测器中引发的电流信号的脉冲波形特征进行设计。探测器直接输出的电流脉冲信号具有极小的上升沿和宽度，因此所述电流灵敏放大器的输出信号的宽度很小，在高计数率也不会出现信号堆积的现象，有助于提高伴随α粒子的计数率。
17.本发明的优点在于：
18.(1)本发明采用具有粒子选择特性的半导体探测器，有助于减小氘氚中子源内核反应产生的干扰粒子对伴随α粒子信号的影响。通过设计阻挡层、减薄前端电极、选择具有特定灵敏区厚度的探测器以及减薄衬底和后端电极，可以将低能带电粒子阻挡在探测器外，降低高能带电粒子在探测器灵敏区和电极内的能量沉积，同时保证伴随α粒子的大部分能量沉积在探测灵敏区内，从而使得探测器输出的信号绝大部分来源于准单能伴随α粒子，在物理层面对粒子进行了选择，降低了甄别伴随α信号的难度。经优化后的半导体探测器具有较小的电极和衬底厚度，可以有效减小寄生电感电容，降低对探测器输出信号的干扰。
19.(2)本发明采用电流灵敏放大器与半导体探测器相匹配获得。由于伴随α粒子的能量较为单一，其在探测器中产生的电流脉冲信号幅度和波形涨落很小，因此电流灵敏放大器仅需要针对特定信号进行放大，在低噪声和高速率方面可以具备更好的效果。电流灵敏放大器输出的放大电压信号与输入电流脉冲信号成比例，能够有效减小放大信号的宽度和拖尾，避免高计数率下的信号堆积失真，有助于实现更高计数率的伴随α粒子测量。
20.(3)本发明采用前沿定时甄别器为伴随α粒子信号进行定时。由于伴随α粒子能量集中，其激发的脉冲信号幅度和波形一致，采用前沿定时方法引起的时间移动较小，具有更高的定时精度。通过设定合理的触发阈值，可以利用信号幅度差异过滤掉干扰信号和噪声，仅输出伴随α粒子的定时信号。此外，前沿定时电路具有结构简单，易于集成的特点，在采用多通道伴随α粒子探测器时便于制作集成化的多通道定时电路，降低电子电路的集成度和开发难度。
21.(4)本发明针对伴随粒子成像技术的核心问题和技术瓶颈，基于氘氚中子源内干扰粒子种类和伴随α粒子能量特征，从探测器、放大电路、定时电路三方面出发，分别设计，耦合使用，提出了一种伴随α粒子定时方法，有助于提高伴随α粒子的计数率和定时精度，提高伴随粒子成像系统的工作效率和测量精度。
附图说明
22.图1为本发明的总流程图；
23.图2为本发明设计的具有粒子选择特性的半导体探测器的结构图；
24.图3为本发明设计的具有粒子选择特性的半导体探测器的功能示意图；
25.图4为本发明中采用前沿定时甄别器对伴随α粒子信号进行定时甄别的示意图；
26.图5为本发明中探测器输出的伴随α粒子信号的处理流程图；
27.图6为本发明实施例中α、t和p在探测器中的径迹；
28.图7为本发明实施例中穿过阻挡层、绝缘层和前端电极后的α粒子能量分布；
29.图8为本发明实施例中穿过阻挡层、绝缘层和前端电极后的t粒子能量分布；
30.图9为本发明实施例中α粒子和t粒子在探测器灵敏区内的沉积能量随深度变化；
31.图10为本发明实施例中α粒子在探测器不同深度处沉积能量产生的电流脉冲波形；
32.图11为本发明实施例中t粒子在探测器不同深度处沉积能量产生的电流脉冲波形；
33.图12为本发明实施例中α粒子和t粒子产生的平均电流脉冲波形。
具体实施方式
34.下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
35.参见图1，一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率α粒子探测方法，包括以下步骤：
36.步骤101：具有粒子选择特性的半导体探测器，通过设置阻挡层、优化探测灵敏区厚度及减薄电极和衬底厚度和等措施，减小氘氚中子源内的干扰粒子在探测器灵敏区内的能量沉积，减小探测器寄生电阻电容，提高伴随α粒子在探测器灵敏区内沉积能量的比例，使得探测器输出电流脉冲信号幅度与粒子沉积能量成正比。
37.具体地，步骤101所述的具有粒子选择特性的半导体探测器结构如图2所示，包括阻挡层201、绝缘层202、前端电极203、探测灵敏区204、衬底205和后端电极206。所述的具有粒子选择特性的半导体探测器的实际功能如图3所示。阻挡层201由合适厚度的导电材料组成，能够阻止d(氘)和3h(氦三)粒子入射到探测器的前端电极203和探测灵敏区204内，防止干扰粒子累积电荷的放电效应及其在灵敏区中产生能量沉积而对探测器输出信号的干扰。绝缘层202由合适厚度的绝缘材料，用于隔离阻挡层201与探测器前端电极203。阻挡层和绝缘层作为薄膜附着在探测器前端电极前部，与探测器成为一个整体。薄膜的制备工艺采用蒸发法或溅射法，阻挡层的材料为铝、镍、铜、金、银、铂、钽、钛中的一种或几种。阻挡层与外部电路的地线相连，以释放干扰粒子的累积电荷。前端电极203的功能为信号引出，其制备方法经过优化后，在不影响探测器电学性能的情况下，将前端电极厚度减到最小，降低对入射伴随α粒子的能量损失。探测灵敏区204的功能为刚好能完全阻止穿透阻挡层、绝缘层和前端电极后的伴随α粒子，降低p(质子)的能量沉积。同时t(氚)粒子也会在探测灵敏区内发生能量沉积，但是由于与α粒子具有较大能量差距，其沉积能量的位置与α粒子不同，且产生的脉冲信号幅度远小于α粒子激发的信号幅度。由于在固定位置处的探测器接收的被测伴
随α粒子的能量较为单一，经适当设计，使得伴随α粒子能量恰好完全沉积在探测器灵敏区底部附近，其输出电流脉冲波形形状相似，幅度相近。衬底205的功能为承托探测灵敏区，以及与后端电极206相连。后端电极206的功能是信号引出。其中，探测器所用的半导体材料可以为硅、锗、碳化硅、氮化镓、氮化硼、金刚石等。对半导体探测器衬底和后端电极进行减薄，可以降低高能干扰粒子在电极附近的能量损失，减小对伴随α粒子信号输出的影响，也有助于减小寄生电阻电容，减小对输出脉冲信号波形的影响。
38.步骤102：采用电流灵敏放大器对探测器输出的脉冲信号进行放大和降噪，输出幅度与探测器电流信号成正比的窄宽度电压信号，减小信号的堆积失真，使得放大后的信号幅度与粒子在探测器灵敏区内的沉积能量成正比。
39.具体地，步骤102所述电流灵敏放大器的增益、带宽和频率响应特性根据伴随α粒子在探测器中引发的电流信号的脉冲波形特征进行设计。由于被测伴随α粒子的能量较为单一，约为3.5mev左右，因此经适当设计后伴随α粒子能量恰好完全沉积在探测器灵敏区底部附近，其输出电流脉冲波形形状相似，幅度相近。因此，电流灵敏放大器只需对特定的伴随α粒子的信号特征进行优化，以获得上升时间和脉冲宽度尽量小而信号幅度较大的与输入电流脉冲幅度成正比的信号。由于降低了电流灵敏放大器在其他性能方面的要求，放大器的低噪声特性可以得到很好的改善，其输出电压信号的波形可以与输入电流脉冲信号保持高度一致，保留伴随α粒子激发脉冲的波形特征。探测器直接输出的电流脉冲信号具有极小的上升沿和宽度，因此所述电流灵敏放大器的输出信号的宽度也很小，在高计数率也不会出现信号堆积的现象，有助于提高伴随α粒子的计数率。采用电流灵敏放大器后，放大信号的宽度可以保持在纳秒量级，最大计数率可以提升至108cps以上，相比于传统采用电荷灵敏电路的测量方案有三个数量级的提升。所述电流灵敏放大器可以由集成运算放大器或三极管匹配合适的电阻电容组成，所述集成运算放大器可以为电流反馈或电压反馈型运算放大器。
40.步骤103：采用前沿定时甄别器对放大电压信号的脉冲前沿进行定时，通过设置合理的触发阈值可剔除干扰粒子信号，仅获得伴随α粒子定时信号，利用伴随α粒子能量单一的特点可获得较高的定时精度。
41.具体地，步骤103所述前沿定时甄别器利用输入信号的前沿进行信号定时，触发阈值根据电流灵敏放大器输出的信号波形幅度进行选择。图4展示了本发明中采用前沿定时甄别器对α粒子信号进行定时甄别的示意图。由于被测伴随α粒子的能量较为单一，且通过对探测器进行优化设计后的能量展宽很小，因此伴随α粒子在探测器灵敏区内的沉积能量较为集中，而探测器的输出的脉冲信号幅度与沉积能量成正比，因此伴随α粒子所激发的信号脉冲幅度较为一致，与t和p等粒子信号和噪声的差距较大，选择合适的触发阈值对特定幅度的信号进行触发可以有效筛选出伴随α粒子信号。触发阈值应当大于噪声和非伴随α粒子信号的幅度最大值，小于伴随α粒子信号的幅度最大值，且位于伴随α粒子信号前沿斜率最大处。前沿定时电路对于上升时间和幅度变化较小的输入信号的定时误差更小，因此能获得更高的定时精度，且其电路结构接简单便于集成，在与多像素α探测器相匹配的多通道定时电路的实现上具有更大优势。
42.具体地，图5展示了本发明中探测器输出的伴随α粒子信号的处理流程图。其中，501为探测器输出的α粒子激发的电流脉冲信号，502为探测器输出的t粒子激发的电流脉冲
信号，503为探测器输出的p粒子激发的电流脉冲信号；504为电流灵敏放大器放大后的α粒子信号，505为电流灵敏放大器放大后的t粒子信号，506为电流灵敏放大器放大后的p粒子信号；507为前沿定时甄别器中的α粒子信号，508为前沿定时甄别器中的t粒子信号，509为前沿定时甄别器中的p粒子信号；507的脉冲前沿超过触发阈值v
t
，508和509的幅度均小于触发阈值，前沿定时甄别器输出信号510仅为伴随α粒子激发的信号。
43.下面通过具体实施例来对本发明进一步说明：
44.在本实施例中，根据步骤101，设计具有粒子选择特性的半导体探测器，通过设置阻挡层厚度、优化探测灵敏区厚度及减薄电极和衬底厚度和等措施，减小氘氚中子源内的干扰粒子在探测器灵敏区内的能量沉积，减小探测器寄生电阻电容，提高伴随α粒子在探测器灵敏区内沉积能量的比例，使得探测器输出电流脉冲信号幅度与粒子沉积能量成正比。
45.其中，在本实施例中，阻挡层为3μm厚的铝，绝缘层为100nm厚的氮化铝，前端电极为50nm的金，探测灵敏区为10μm的硅，衬底为100μm的硅，后端电极为100nm的金。阻挡层和绝缘层采用磁控溅射方式制备。其中，阻挡层采用铝靶直接溅射沉积而成，绝缘层采用铝靶在氮气中溅射沉积而成；通过在n型硅表面采用离子注入制备p型硅薄层形成pn结，施加外接偏置电压后可在硅半导体内部形成完全耗尽的探测灵敏区，未形成空间电荷区的硅成为衬底；利用磁控溅射制备前端电极和后端电极。
46.在本实施例中，考虑氘氚聚变中子源内可能发生的核反应包括d(d,n)3he，d(d,p)t，t(d,n)4he，在探测器位于氘(d)束90
°
方向处时，被测的伴随α粒子(4he)能量约为3.5mev，其余的干扰粒子包括能量约为2.5mev和14.1mev的中子、0.8mev的3he粒子、1mev的氚(t)粒子、3mev的质子(p)以及散射的能量为300kev左右的d粒子。在这些粒子入射到探测器表面时，3μm的铝可以完全阻挡d粒子和3he粒子，t、α和p会穿过阻挡层、绝缘层和前端电极，到达探测灵敏区，而t和α会将能量完全沉积在探测器灵敏区内，p会继续穿透直至射出探测器。其中，由于阻挡层、绝缘层和前端电极的厚度较薄，t和α穿透后的能量损失很小，能量展宽不明显，剩余大部分能量沉积在探测器灵敏区内。而p的能量较高，且电荷量和质量较小，在各层的能量沉积都较小。α、t和p在探测器灵敏区内的沉积能量分别为2.8mev、0.72mev和0.2mev。图6展示了本发明实施例中α、t和p在探测器中的径迹，α在探测器中的平均射程为9.7μm，t在探测器中的平均射程为7.3μm，p完全穿透探测器。
47.考虑到探测器输出电流脉冲信号的幅度和波形与粒子沉积能量的位置和大小相关，本发明实施例中对α和t的能量沉积及位置分布进行了计算，由于质子的沉积能量很小，仅为α的十分之一，质子的输出脉冲信号幅度远低于α粒子激发的信号，其对α粒子信号的干扰可以忽略。图7展示了本发明实施例中穿过阻挡层、绝缘层和前端电极后的α粒子能量分布，能量展宽很小，集中在2.8mev附近。图8展示了本发明实施例中穿过阻挡层、绝缘层和前端电极后的t粒子能量分布，能量展宽很小，集中在0.72mev附近。图9为本发明实施例中α和t在探测器灵敏区内不同深度处的沉积能量，α粒子的能量主要沉积在9μm之内，t粒子能量主要沉积在6μm之内。
48.根据耗尽型pn结半导体探测器输出电流波形的计算公式，不同电离位置处的电子电流为in＝(1-x/d)*n*e*exp(t/τn)/τn，0≤t≤tn，其中x为电离作用位置，d为探测器灵敏区厚度，n为粒子激发的电子数，e为电子电荷；tn为电子最大收集时间，是一个与电子迁移速度和作用深度相关的函数，通常为τn*ln(d/d-x)；其中，τn＝d2/2μnv，μn为电子迁移率，v是
偏置电压，τn和τ
p
一般只取决于半导体材料。同时，空穴产生的感应电流为i
p
＝(1-x/d)*n*e*exp(-t/τ
p
)/τ
p
，0≤t≤t
p
，t
p
＝τ
p
*ln(d/x)。在硅探测器中，τ
p
约为纳秒量级，当τ
p
为1ns时，由于在硅中μn是μ
p
的三倍，τn为1/3ns。已知硅的电离能为3.6ev，可以计算出α和t在探测器灵敏区内沉积能量时产生的电子空穴对数量。考虑α和t在探测器灵敏区内的连续慢化过程，基于图9计算的α和t的能量沉积大小和位置分布，对不同深度处的电离作用产生的信号进行计算，得到图10和图11所示的本发明实施例中α和t粒子在探测器不同深度处沉积能量产生的电流脉冲波形。可以看出即使考虑α和t在探测器灵敏区内的连续能量沉积过程，α粒子激发的电流信号脉冲幅度均大于t产生的信号幅度。脉冲前沿主要由电子的漂移产生，脉冲后沿由空穴的漂移产生，由于电子的漂移速度更快，电流脉冲的前沿很短，仅为亚纳秒量级。将粒子的能量和作用深度位置做一个平均，可以得到近似的每个粒子能量在探测器前后端电极之间的某点处完全沉积后的输出电流脉冲波形，该脉冲波形特征介于在前后端电极附近完全沉积能量之间，可以等效为带电粒子在探测灵敏区内发生连续能量沉积时的输出脉冲信号，如图12所示，可见α和t粒子引发的输出电流脉冲波形幅度差距很大。
49.探测器输出电流波形输入到电流灵敏放大器，经放大后输出电压信号幅度与输入电流成正比，因此α粒子信号幅度远大于t粒子信号幅度。电流灵敏放大器采用理想的运算放大器，第一级放大的反馈电阻选择300ω，第一级输出的α粒子信号的幅度在120mv左右，之后经后级放大，综合考虑常见电流灵敏放大器本身的上升时间，最终输出的α粒子放大信号上升时间在3ns以内，α粒子信号幅度约为几伏，脉冲宽度在10ns以内。
50.在前沿定时甄别器中，由于3.5mevα粒子在探测器灵敏区内沉积能量的涨落很小，因此放大后的信号幅度涨落和上升时间的涨落很小，相比于其他定时方法采用前沿定时方法的时移最小，可以达到100ps以内。设定触发阈值为伴随α粒子信号幅度的80％，即可筛选出伴随α粒子信号，输出的定时信号均由伴随α粒子引起，可直接与瞬发γ信号进行符合。
51.总之，本发明涉及一种用于聚变中子发生器伴随粒子成像的高计数率α粒子探测方法，主要内容为：具有粒子选择特性的半导体探测器，通过设置阻挡层、优化探测灵敏区厚度及减薄电极和衬底厚度和等措施，减小氘氚中子源内的干扰粒子在探测器灵敏区内的能量沉积，提高伴随α粒子在探测器灵敏区内沉积能量的比例，使得探测器输出电流脉冲信号幅度与粒子沉积能量成正比；电流灵敏放大器，用于对探测器输出的脉冲信号进行放大和降噪，输出与探测器电流信号成正比的窄宽度电压信号，减小信号的堆积失真，使得放大后的信号幅度与粒子在探测器灵敏区内的沉积能量成正比；前沿定时甄别器，用于对放大电压信号的脉冲前沿进行定时，通过设置合理的触发阈值可剔除干扰粒子信号，仅获得伴随α粒子定时信号，利用伴随α粒子能量单一的特点获得较高的定时精度。通过本发明所述及的方法，根据粒子在探测器中的能量沉积计算结果以及电流灵敏放大器和前沿定时甄别器的常见性能参数，可以看出采用本发明的方法后对伴随α粒子的定时计数率可达到108，定时精度约为100ps，高于传统的伴随α粒子定时测量方法，能够显著提高伴随粒子成像系统的工作效率和测量精度。
52.需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
53.以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任
何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。