背散射成像系统的甄别级CZT探测器特性研究与应用

为设计适用于康普顿背散射成像系统,通过分析成像系统及CdZnTe探测器性能,并考虑到相应核电子学电路的噪声特性,设计了甄别级CdZnTe探测器,并设计了相应的低噪声电荷灵敏前置放大器和主放大器.在常温下,5mm×5mm×5mm的甄别级CdZnTe探测器与核电子学电路系统对于662 keV的137Cs源,其能量分辨率小于4%.     

基于CdZnTe探测器的低噪声小尺寸电荷灵敏前置放大器的设计

通过分析CdZnTe半导体射线探测器的性能,并考虑到电荷灵敏放大器的噪声特性,设计了用于便携式探测器中的低噪声小尺寸电荷灵敏放大器.在常温下,3mm×7mm×3mm的CdZnTe探测器与小尺寸电荷灵敏前置放大器探测系统对于241Am d的59.5keVγ射线的能量分辨率为4.38%.     

基于甄别级CdZnTe探测器阵列康普顿散射准直器优化设计

基于阵列探测康普顿散射原理,利用MCNP等软件就如何提高康普顿散射探测效率和探测质量进行了仿真,仿真结果给出了较好的散射检测视角及有效的检测视角范围。同时,结合甄别级CdZnTe阵列探测器特点,优化设计了相应探测装置的准直器结构,实现了对多角度散射信息的检测,提高了检测效率,降低了其它散射干扰。     

基于CdZnTe探测器的低能γ射线16通道探测系统

结合小尺寸CdZnTe半导体探测器,针对低能γ射线,设计了结构紧凑的低噪声16路核电子学阵列探测系统,结合了系统的工作原理和测试结果。常温下,对241Am的59．5keVγ射线,每个探测通道总噪声大约为8．9keV（FWHM）,计数能力约为9×10^4／s。     

像素CdZnTe探测器的研制

介绍了研究的像素CdZnTe探测器的研发情况,包括探测器的制作和性能检测.4×4面阵CdZnTe的尺寸为11 mm×11 mm×6.3 mm,像素为2 mm×2mm.性能最好的一个像素对137Cs 662keV伽玛射线的能量分辨率达到了1.4%,在加保护环并进行各像素峰位归一修正后,整个CdZnTe探测器对 137Cs 662keVγ射线的能量分辨率为2.08%.     

碲锌镉探测器的数字核信号处理系统设计

设计了完整的碲锌镉(Cd Zn Te,CZT)探测器数字核信号处理系统,包含了低功耗偏压电源、低噪声电荷灵敏放大器、数字梯形多道脉冲幅度分析器及数字上升时间甄别器。在考虑探测器与后端数字多道优化匹配前提下设计了低噪声电荷灵敏放大器;数字多道脉冲幅度分析器(Digital Multi-Channel Pulse Height Analyzer,DMCA)通过高速模数转换器将模拟核信号离散化后,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中实现数字核脉冲信号处理;FPGA芯片中以快慢双通道梯形成形器为核心,针对碲锌镉探测器空穴收集不完全的问题,设计了数字上升时间甄别模块,有效消除了空穴拖尾效应,显著提升碲锌镉探测器的能量分辨率。从实验结果可知,针对西北工业大学提供的4 mm×4 mm×2 mm的准半球结构碲锌镉探测器对241Am的分辨率最佳可达3.6%,对137Cs的分辨率可达0.96%。     

厚入射窗真空康普顿探测器设计

利用γ射线与物质作用的康普顿散射效应,设计了用于强流脉冲γ射线测量的具有厚入射窗真空型康普顿探测器。前窗采用厚度4.5 mm的Al,易于机械加工、真空除气和真空保持。收集极为φ50 mm×5.6 mm的Fe,对于1.25 MeV的γ射线,探测器灵敏度的设计值为4.5×10-22C/MeV。     

用于卫星探测X、γ射线的大灵敏面积CdZnTe探测器的研发

CdZnTe(CZT)探测器不需要低温制冷就可在30～600keV较宽的能量范围内得到较好的空间和能量分辨,已成为研究宇宙空间X、γ射线场重要的探测器。本工作研究将4个甄别级10mm×10mm×5mmCZT平面探测器进行改制,并将其并联拼接成20mm×20mm×5mm较大面积的CZT探测器。经测试,大面积CZT探测器对¹²⁵I、²⁴¹Am、⁵⁷Co、¹³³Ba、¹³⁷Cs具有较好的能量线性响应,对¹³⁷Cs的662keVγ射线有较好的能量分辨。     

康普顿相机的GEANT4模拟与反投影图像重建

模拟构建了双层康普顿相机,利用康普顿散射原理,获取γ光子在两层探测器发生散射前后沉积的能量和位置信息,通过一定算法进行图像重建,获得放射源位置信息。该相机具有灵敏度高、体积小、应用范围广等优点。通过蒙特卡罗方法模拟了具有双层条状结构位置灵敏探测器(散射探测器、吸收探测器)组成的康普顿相机,其两层探测器分别由Si和Ge材料构成。利用反投影图像重建算法实现了放射源图像重建,当单点源与探测器距离为40 mm时,成像的效率为0.38%,位置分辨率达到8.0 mm,角分辨率达到3°。对于不同位置和不同个数点源的情况下,检验了反投影重建算法在康普顿相机放射源空间重建中的效果。     

用于In-BeamTOF-PET的时间校正系统

设计和构建了用于In-BeamTOF-PET时间校正的定时系统。该系统是由1对BaF₂( 40mm× 45mm)晶体耦合到光电倍增管XP2020Q和标准核电子学插件构成。经测试,系统对511keV γ射线测量的最佳符合时间分辨达576ps。对光电倍增管、信号读取方式、定时放大器以及甄别器等对该定时系统时间分辨的影响进行了测试分析。结果表明：从光电倍增管打拿级引出信号的读取模式的系统分辨率最佳;光电倍增管类型,尤其是它的上升时间和电子渡越时间对定时系统性能影响较大。光电倍增管的上升时间和电子渡越时间越短,其定时性能越好。系统的定时性能也与电子学插件的组合有关。