基于WLS光纤及SiPM读出的反符合探测器单元研究

中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合（Veto）探测器是CSR-RIBLLII(CoolingStorageRing-RadioactiveIonBeamLineinLanzhou)外靶实验终端（ExternalTarget Facility,ETF）开展丰中子测量的关键设备之一,其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而,原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点,可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题,设计了一种新的Veto探测器单元构型,即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤（Wave Length Shifter Fiber,WLS）,并使用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究,其关键性能参数反符合效率可大于99.9%,相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案,为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。     

薄型较大面积THGEM气体探测器的研制

为满足环形正负电子对撞机项目配置的需要,研制了薄型较大面积THGEM气体探测器。该探测器工作时不需要额外的腔室,并且其厚度能达到8 mm,较原来的11 mm有明显减少。其有效面积为20 cm×20 cm,其增益在Ar/iC_4H_(10)(97/3)工作气体中能达到10~4倍,最好能量分辨为30%,增益均匀性能达到88.5%,探测器增益也呈现出较好的长期稳定性。     

基于SiPM的塑料闪烁光纤剂量计的研制

放疗过程中,利用塑料闪烁光纤剂量计(Plastic Scintillator Fiber Dosimeters, PSFDs)对患者关键健康组织及肿瘤进行实时、高位置分辨的介入式剂量测量是质量保证(Quality Assurance, QA)最直接的手段之一。为研究PSFDs的实际应用情况,研制一套基于连续剂量读出的实用型塑料闪烁光纤剂量计。该剂量计以硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)作为光电转换器件,通过测量SiPM输出电流实现剂量测量。利用发光二极管(Light Emitting Diode, LED)脉冲光源与小动物图像引导放射治疗机,对该剂量计的时间稳定性、重复性、温度响应、白光纤曲率响应以及动态范围等进行了系统研究。实验结果表明:恒温20℃,剂量计8 h内连续工作,输出电流变化小于1%,32 h间断工作输出电流变化小于0.5%;温度变化小于0.5℃,白光纤曲率半径大于11 cm,输出电流变化小于1%;剂量计线性动态范围可达100～9 000 cGy·min~(-1)。该剂量计基本满足临床剂量验证的要求。     

下一代康普顿望远镜的量能器探测单元研究

Me V能区的γ射线天文研究远落后于其它能区,导致该能区的天文物理信息至今还没被充分挖掘,因此,研制下一代高灵敏度的康普顿望远镜对于开展Me V能区的γ射线天文研究具有重要的科学意义。量能器作为康普顿望远镜的重要组成部分,应具有高能量分辨率和高位置分辨率,为此,设计了一种双端读出的γ射线探测器作为量能器的基本探测单元,并对其进行细致的研究。结果表明:通过双端读出信号幅值,可以确定γ射线的总能量以及在晶体中的相互作用位置,采用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,Si PM)匹配铊激活碘化铯(Cs I(Tl))晶体时,探测单元获得比采用光电二极管(Photodiode,PD)和雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)都更好的性能,对662 ke Vγ射线的能量分辨率可达5.9%(Full Width at Half Maxima,FWHM),位置分辨率约为5.7 mm(FWHM)。该探测单元能够很好地满足下一代康普顿望远镜对量能器的性能要求。     

基于SiPM的乳腺专用PET探测模块研制与评价

基于单点型硅光电倍增管(Si PM)与LYSO闪烁晶体,研制了一种新型乳腺专用PET探测模块,并对其性能进行研究。该探测模块采用28×28根1.9 mm×1.9 mm×15 mm的LYSO晶体组成阵列,与8×8个单点型Si PM组成的阵列通过光导耦合,所产生的脉冲信号分别经过模拟、定时电路处理后送入高速采样电路完成信号处理。该探测模块能够实现1.9 mm位置分辨,12.73%平均能量分辨以及2.66 ns双探头符合时间分辨,具有较好的分辨性能,能够满足乳腺专用PET成像的设计需求。     

闪烁体耦合SiPM测量γ能谱的模拟研究

硅光电倍增管(Silicon photomultiplier,SiPM)是一种新型的光电探测器件,由工作在盖革模式下的雪崩二极管阵列组成。利用GEANT4蒙特卡罗软件包对LaBr_3:10%Ce~(3+)、Na I(TI)闪烁晶体耦合SiPM测量γ射线能谱进行了细致的模拟,通过单色光LED光源照射SiPM,得到SiPM自身暗电流噪声经电子学放大后,与集成的盖革雪崩二极管之间的间隙引起吸收光子涨落对能谱的展宽。对模拟得到的662 keVγ射线能量分辨率进行修正,最后与实验结果对比能够很好地符合,还得到了一组对应闪烁晶体本征能量分辨率的程序参数Pr,s。结果验证了模拟程序设置的闪烁晶体与封装材料光学参数的合理性与可靠性,为闪烁体探测器设计提供了一套开发工具。     

小间隙气体室取样型量能器单元的宇宙线测试

在下一代高能量、高亮度(10~(33)—10~(34)cm~(-2)s~(-1))的强子对撞机(如LHC,SSC)的物理实验中,由于事例产生率高(>10~8/s),束团交叉时间短(10-20ns),因而对新一代量能器要求具有颗粒度细、空间分辨本领高、时间响应快、能量响应线性好、动态范围大、抗辐射性能好、易于大规模批量制造和价格低廉等优点,但同时满足所有这些要求是不可能作到的。用小间隙(3mm)的多丝气体室作取样元件,金属平板作吸收体的气体取样型量能器,由于气体室其输出辐度大、时间特性好、工作稳定、间隙小而十分紧凑、易于制造和价格低廉,因而可能作为下一代对撞机所需的量能器的候选者。 这里报道的是用20个小间隙气体室和铜板(0.3X_0)构成的夹层式量能器单元用宇宙线μ子(最小电离粒子)测试的结果。本文首先简要介绍小间隙气体室结构和性能以及量能器单元的结构,然后简单描述实验装置和数据获取,最后给出宇宙线测试的实验结果。     

基于PbWO4晶体电磁量能器的APD校准研究

电磁量能器通道增益的一致性好坏直接决定了其能量分辨率的优劣.雪崩光电二极管APD的增益对环境温度和外加偏压具有很强的依赖性,它是电磁量能器中唯一可以通过在线改变偏置电压调节通道增益的器件.因此,电磁量能器的在线校准主要是各个通道APD增益的校准.着重研究了基于PbWO4晶体的电磁量能器APD增益校准的方法,测量了相同温...     

用APD和钨酸铅构造新型电磁量能器的实验进展

介绍了在中国参加的ＣＭＳ国际合作组用新型雪崩光电二极管和新型钨酸铅晶体构造新型电磁量能器实验研究的进展情况。     

小间隙气体室取样型电磁量能器单元束流实验的数据获取和分析

本文报道我们以ＶＡＸｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ为在线计算机，ＫＳＣ－３９２２平行总线机箱控制器与ＫＳＣ－２９２２Ｑ－ＢＵＳ适配板组合使用作ＣＡＭＡＣ机箱和在线机之间接口的在线数据获取系统。该系统成功应用于小间隙气体室取样型电磁量能器单元的加速器束流试验。实验数据用μＶＡＸ－ＩＩ进行分析，得到量能单元的能量分辨率为２５％√Ｅ，并有良好的能量响应线性。     

BESⅢ电磁量能器光子绝对能量刻度的研究

对BESIII电磁量能器(EMC)光子绝对能量刻度进行了的研究。利用蒙特卡罗模拟(MC)单光子事例对MC数据进行刻度;对于真实数据,在MC刻度的基础上,利用ψ'衰变到π0的单举过程进行二次刻度。同时对飞行时间计数器(TOF)能量重建与EMC匹配重建光子能量的情况,也给出了很好的刻度。利用ψ'→γXc1.2过程对刻度结果进行检验,结果表明光子能量测量的误差小于0.5﹪。     

微小角中子散射谱仪的高分辨中子闪烁体探测器研究

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于⁶LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。     

BESⅢ量能器总装中CsI(Tl)晶体探测单元的光脉冲检测

主要介绍BESⅢ量能器总体安装过程中的光脉冲质量检测,对6240个CsI(Tl)晶体探测单元进行了三次光脉冲检测,介绍了量能器上光纤系统在检测晶体探测单元质量上的重要作用,并根据光脉冲测量的不同结果得出了晶体探测单元的不同问题及其解决方法.     

Shashlyk电磁量能器反光层性能研究

Shashlyk电磁量能器采用薄片型闪烁体,包裹闪烁体的反光层材料对其光学性能有重要影响。本工作搭建了一套宇宙线μ子测试系统,测量不同反光层材料对闪烁体光学性能的影响。测量结果表明,反光层材料的反射率是影响闪烁体光收集效率的主要因素。     

CsI（Tl）晶体量能器探测单元宇宙射线实验的建立与调试

建立一套CsI（Tl）晶体量能器探测单元的宇宙射线测量系统,用于探测器单元的质量检测,以及发光强度与均匀性测量。本文针对于此实验装置的径迹与定位系统、电子学系统的研究作了较为详尽的说明,并对前期的Monte Carlo研究作了简要介绍。     

CsI (T1)晶体量能器探测单元宇宙射线实验的建立与调试

建立一套CsI (T1)晶体量能器探测单元的宇宙射线测量系统,用于探测器单元的质量检测,以及发光强度与均匀性测量.本文针对于此实验装置的径迹与定位系统、电子学系统的研究作了较为详尽的说明,并对前期的Monte Carlo研究作了简要介绍.     

北京谱仪Ⅲ电磁量能器晶体尺寸的测量

对北京谱仪电磁量能器中晶体的分布、CaI晶体尺寸的测量所用的仪器和方法进行了分析,最后对所有晶体的尺寸进行了统计.     

应用于NICA-MPD的Shashlik取样型电磁量能器性能模拟

俄罗斯重离子超导同步加速器的多功能探测器(Nuclotron-based Ion Collider Facility's MultiPurpose Detector,NICA-MPD)采用Shashlik取样型电磁量能器(Electromagnetic Calorimeter,ECAL),设计为由32个扇区组成的圆柱形...     

MCNP能峰展宽的NaI探测效率研究

本文利用光子和电子耦合输运MC程序的电子脉冲计数类型的能峰展宽模拟计算了NaI(T1)探测器的γ能谱,与实验测量的能谱符合较好.然后利用MCNP计算了NaI(T1)对不同能量γ射线的探测效率(峰总比),结果与实验值一致,验证了这种计算方法用于模拟NaI(T1)对γ能谱的探测效率是可行的.