康普顿抑制计数系统

康普顿抑制系统基础
在典型的低本底应用系统中，为了降低计数系统部件（探测器、铅屏蔽和屏蔽室内的空气）的固有放射性，我们付出了极大的努力。在高纯锗谱系统中，这些低本底测量系统，更多的我们倾向于较少宇宙射线本底和自然环境本底。

康普顿抑制系统是为了降低这些典型计数系统中的平台计数而设计。虽然低本底系统去除了大部分增加的本底来源，但他们并没有解决峰下连续谱的贡献：康普顿散射事件。康普顿散射发生在入射光子的全部能量未被HPGe探测器完全吸收的情况下，而离开探测器的部分能量无法计算。在伽马射线能谱中，这个部分计数出现在康普顿连续平台的全能峰一下，属于随机事件。

全能峰高度与康普顿连续谱平均高度的比值称为峰康比（P/C）。在标准的HPGe探测器中，Co60的1.33MeV的峰康比通常在40：1到60：1之间，较大的探测器的峰康比可以接近100：1。

因为逃逸的能量是以光子的形式发射，所以有可能用另一个探测器来收集这个射线。这通常是用一种比较便宜的材料（如NaI）制作的大晶体来实现，成为符合探测器。通过将HPGe和符合探测器中的计数事件通过时间电子学相关联，符合探测器中计数时间可用于判别丢弃HPGe探测器中同时发生的计数事件。其结果是实现对康普顿平台的压制。在康普顿抑制系统中，使用60%相对效率的N型探测器可获得超过1300：1的峰康比。这将导致平台高度降低约10倍，MDA值降低超过3倍。

康普顿抑制系统中HPGe探测器的选择要素
康普顿抑制系统的有效性取决于对HPGe探测器散射出来的光子的收集能力。因为光子和它所遇到的每一种材料都有发生相互作用的可能型，所以在HPGe晶体的有效体积和符合探测器晶体之间必须使用尽可能少的材料。有关材料包括：

	应该选择的特性	不应该选择的特性
HPGe外部接触级	超薄的外部接触级：使用一个ORTEC Gamma-X (GMX) 探测器，N型晶体，外部的接触级厚度只有0.3微米硼。	标准P型探头：P型探测器，比如GEM探测器和优化型GEM-M探测器，拥有一个较厚的外部接触级（~600微米的锂注入层）。这个接触级是Gamma-X N型探测器的接触级厚度的三倍。这会导致散射射线被阻挡的概率大大增加。  能量延展P型高纯锗探测器：能量延展P型探测器，如优化型GEM-C，只有在探测器前端拥有超薄的入射窗。但侧面被较厚的锂离子注入层包裹，所以标准的P型探测器不应该被使用。
高纯锗晶体支撑杯	低密度支撑杯：ORTEC使用0.5mm厚度的，低本底铝材质的支撑杯。在标准的探测器制造中。	铜材料支撑杯：由于铜具有较高的材料密度和质量吸收系数，应该避免使用铜作为晶体支撑杯。这大大降低了散射光子进入符合探测器大的概率。
探测器端盖	低密度端盖： 1.5mm厚的碳纤维端盖或低本底铝端盖配备碳纤维窗。	镁端盖：镁材料比铝材料具有更高的质量吸收系数，大大增加了射线与物质相互作用的概率。使得散射射线进入符合探测器的概率降低。 铜端盖： 与铜支撑杯一样，应该避免在低本底计数系统中使用铜材质的端盖。
高纯锗探测器与屏蔽体之间的空气，其他材料	尽可能大的HPGe晶体直径：在一个典型的83mm直径的端盖中，可以放置一个直径为70mm的探测器晶体。这相当于可以放置一个相对效率达到70%的N型探测器。对于定制的康普顿抑制系统，可以使用更大的HPGe晶体和端盖，以提高性能。
符合探测器尺寸	HPGe探测器端盖直径应该匹配环形NaI的内径： 在订购时，需要订购与探测器端盖尺寸匹配的NaI环形探测器。

 
熟悉低本底探测器的用户会注意到，镁端盖，铜端盖和铜质晶体支撑杯通常用于低本底探测器。虽然传统的想法认为康普顿抑制系统是超低活度样品测量的最佳解决方案，但事实并非如此。通过在探测器结构中使用这些材料，总体效果是降低康普顿抑制系统的性能（也就是降低峰康比）。所以在康普顿抑制系统中，取舍是非常重要的。

康普顿抑制系统中其他的重要部件
为了能够同时探测到从高纯锗探测器散射到NaI环或塞型探测器中的康普顿散射射线，并使得康普顿平台高度最小化，正确的电子学设置是非常重要的。历史上，ORTEC提供了一个基于NIM插件电子学搭建的模拟系统。随着数字化技术的快速发展，ORTEC最新推出了数字式双通道MCA。数字版本的康普顿抑制系统在调试的复杂性和耗时方面得到了大大的降低。

数字化版本的CSS显著的减少了对电子学设备的要求，使用了更少的组件，更紧凑的空间设计。不再需要大型的NIM机架。在不采用任何NIM电子学的情况下，为了进一步提高空间利用率，ORTEC将原有的盒式的屏蔽体替换为更为整体的一体化浇筑的圆柱形屏蔽体。屏蔽体厚度为4英寸（10厘米），内部高度比传统的屏蔽体高4英寸（10厘米）。重量只有原有的屏蔽体的一半，占地面积也是原有屏蔽体的一半。此外，圆柱形的屏蔽体的顶部滑动开门设计，允许用于将符合探测器安装在顶部的屏蔽体中。这种创新的做法使得样品的加载和卸载大大的简化，只需要一个简单的步骤即可完成，节省了时间。同时，也对每次加载和卸载样品时对探测器可能造成的损伤降到最低。从NaI环中移除塞型探测器，可以大大增加样品测量空间，并且不需要牺牲4-π覆盖的几何结构和康普顿抑制性能。

下面的表格做为典型的CSS选项. 

可升级反宇宙射线功能，使用塑料闪烁体探测器。详细信息请联系工厂获得。

对于用户定制的HPGe探测器（更大的GMX探测器或平面型探测器），环形符合探测器（更大的内径，不同的闪烁材料，如BGO），屏蔽体，或桌子，请联系工厂。

关键部件	Model CSS-D-60
探测器	标准配置为N-type HPGe (GMX) 60% 相对效率探测器，使用83mm直径端盖，低本底Al支撑杯，和整体碳纤维端盖。其他尺寸探测器可选，最大相对效率60%，最大端盖尺寸83mm。
NaI环及符合探测器	9”x9” NaI环，内径3.5”。外径10.75”。分辨率：@662 keV ≤11%. 6”x2” NaI饼状探测器。分辨率：@662 keV ≤7%.
最大样品尺寸	3.5”直径，3”高度（容量高达750 mL）。
电子学	DSPEC-502A数字式双路MCA 带有符合/反符合功能。设置时间少于30分钟。556H高压模块为NaI环探测器提供高压。
屏蔽体	圆柱形4英寸 (10 cm)厚低本底铅室，内层采用Tn/Cu复合屏蔽设计。  屏蔽体内部空间：11”直径，18”内高。 可选配反宇宙射线组件，（塑料闪烁体探测器）。
软件	包含GammaVision Gamma Spectroscopy Software。通常情况下不配备计算机，如需要在订购时提出。
性能保证值，峰康比（与500KeV附件平台高度平均值的比值）	1300:1或更高 (使用标准的GMX60探测器)。  说明：使用更小的GMX探测器的P:C性能会相对降低。
本底计数率	0.5 cps 或更低，使用盒型或圆柱形原厂屏蔽体。

对于一套完整的系统，如果需要特殊设计的屏蔽体，时间符合电子学，符合探测器，高纯锗探测器等，请联系工厂。