硅光电倍增器在剂量测量中的应用现状与前景

本文介绍了最近发展的新型硅光电倍增器(SiPM)在剂量测量中的应用现状和前景,分析了其暗计数率高(室温下0.1~10 MHz/mm~2)、对温度敏感、动态范围有限(通常只有2~3个量级)等问题。基于体积小、工作电压低、对磁场不敏感、增益高等特点,硅光电倍增器很适合代替传统的光电倍增管用于便携式剂量仪表。目前,利用脉冲幅度甄别、温度漂移实时修正的方法,可以有效地降低暗计数率高、温度敏感性的影响;但是,即便采用了符合测量、组合探测器等方法,测量范围仍然是限制SiPM在剂量测量应用的主要问题。     

电子直线加速器的能量倍增器

研制了用于电子直线加速器的能量倍增器。试验结果表明,装置可靠地工作于输入功率电平14.5 MW(脉冲宽度3μs),输出峰值功率增益达7dB,用于BEI—1电子直线加速器,加速能量得到>1.45的增益。     

平面工艺硅探测器的温度性能研究

平面工艺硅探测器有可能成为合适实际应用的Ｘ射线探测器。文章介绍了实验装置，系统地测量了－２０℃到＋５０℃温度范围内探测器的温度性能，并对结果进行了初步的分析。     

硅光电二极管闪烁探测器

本文介绍了硅光电二极管闪烁探测器的组成，性能、应用及其试验验证。     

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。     

GDB-49型光电倍增管在正电子寿命测量中的应用

正电子湮没是近十几年发展起来的一种新实验技术。它通过探测正电子与电子的湮没辐射来研究物质的微观结构。由于正电子在凝聚态物质中的寿命仅在100—500ps之间,因此对正电子时间谱仪的时间分辨率要求较高。目前国际上能得到的商品仪器的时间分辨率(FWHM)约300ps。在时间谱仪中,当恒比定时甄别器确定以后,探头往往是影响时间分辨率的关键部件。目前进口的时间谱仪中有相当一部分是CANBERRA公司生产的产品,该谱仪探头效率低且时间分辨率大多在350ps左右。因此,探讨用国产元件组装探头,将为改造引进设备和自制时间谱仪提供经验。     

二次电子倍增器的非线性效应研究

应用UTB-500铀同位素标准物质、多接收技术研究了一台热电离质谱计二次电子倍增器(SEM)的非线性效应.得出SEM的非线性效应在整个离子计数范围内都存在,非线性在离子计数率约为20000cps时,存在一个极值点,极值点的测量值与标准值之间的偏差可达3%,在极值点两边的非线性服从对数线性规律.提出了一种非线性校正的数学模型,应用该模型,可以校正热电离质谱计SEM非线性效应.     

乳腺影像学专用PET探测器模块设计

为进一步提升乳腺影像学专用PET系统的空间位置分辨率,基于LYSO晶体与位置灵敏光电倍增管耦合,设计了一种专用LYSO-PET探测器模块。探测模块由12×12根1.5 mm×1.5 mm×10 mm LYSO晶体条阵列与PS-PMT耦合组成,通过PXI 8501采集系统,获取入射粒子的2D泛场图像、能量信息及位置信息。该探测模块平均位置分辨率可达0.22 mm(本征)和0.55 mm(²²Na探测条件下);平均能量分辨率为22.4%(²²Na探测条件下)。双探头PET系统FOV中心²²Na点源轴向空间分辨率可达1.13 mm。探测器模块已基本满足位置分辨率要求,为实现亚毫米乳腺影像学专用PET系统提供了硬件支持。     

用GDB-49型光电倍增管组装正电子寿命谱仪探头

正电子寿命谱仪是正电子湮没实验的基本装置,探头是影响谱仪时间分辨率的关键部牛之一。目前国内正在工作的二十余台寿命谱仪中,进口设备占绝大多数。故探讨用国产光电倍增管及塑料闪烁体组装性能良好的探头具有现实意义,也为自建寿命谱仪提供合用的方案。     

硅多条探测器性能测试

介绍了对一种由近代物理研究所和北京大学联合研制的硅多条探测器性能测试的结果。具体测试内容包括：探测器的能量分辨率、Al面厚度以及探测器各条间的cross-talk(相互影响)。同时,也对进口的Canberra有确定标称的硅多条探测器做了类似的测试,并进行了性能对比。     

SiPM耦合LYSO晶体探测器的能量分辨和时间分辨

本文采用符合测量的方法研究了SENLE公司生产的型号为Micro FC-30035-SMT的Si PM光电转换器件耦合尺寸为3×3×10 mm的LYSO晶体组成的闪烁探测器的能量分辨率和时间分辨。该探测器测得22Na放射源能量为511 ke V光子的能量分辨率(FWHM)为16%,时间分辨达135 ps。     

基于LED纳秒级脉冲的SiPM阵列监测电路

环形正负电子对撞机（CEPC）电磁量能器（ECAL）原型机的探测单元采用硅光电倍增管（SiPM）作为光电转换器件。由于SiPM具有温度依赖性强和响应速度快的特点,需监测电路产生与SiPM响应速度相匹配的脉冲光激发SiPM,对其增益和动态范围进行监测。本文根据模拟仿真结果,设计了基于双NMOS的驱动电路和相应的控制电路,该电路驱动发光二极管（LED）发射纳秒级窄脉冲光,且强度可调。利用光电倍增管（PMT）测得单路LED发光时域特性,脉冲时间宽度约为10 ns。在CEPC ECAL电子学联测中,SiPM监测电路正常工作,批量测得ECAL原型机中SiPM的增益指标,满足原型机的自检需求。     

PET技术在基因显像研究中的应用

随着基因研究的发展,PET技术在基因显像中发挥着越来越重要的作用。本文对近年来报告基因显像和直接基因显像的现状和进展进行了论述,着重介绍了以酶、受体和转运体为基础的报告基因显像以及采用反义技术DNA或RNA直接PET显像,并指出了其存在问题及发展前景。     

硅光电管-闪烁体探测器γ谱仪研制

实验研制了硅光电管-闪烁体探测器γ谱仪。该γ谱仪用硅光电倍增管代替普通光电倍增管作为闪烁体探测器的光学读出端,配置闪烁体探测器,构成新型γ谱仪。测试结果表明:新型γ谱仪随温度漂移变化程度大;能量线性较好,线性相关度R为0.9987;配置LaBr_3:10%Ce~(3+)晶体,其能量分辨率为4.3%~4.9%;配置NaI(TI)晶体,其能量分辨率为8.4%。     

晶体表面特性对PET探测器性能的影响

<正>电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)作为最灵敏和具有定量测量能力的功能分子影像技术,越来越广泛地应用于生物医学研究,如疾病的动物模型、新药物的研发和新治疗方法的评估等。提高探测器的性能是改进PET仪器性能的关键,PET探测器通常由分割的闪烁晶体阵列和光探测器组成,文中使用位置灵敏光电倍增管和不同晶体表面特性的硅酸钇镥((Lu,Y)2Si O5,LYSO)晶体阵列,对新型的双端读出三维PET探测器和传统的单端读出二维PET探测器的性能进行了测量。实验结果表明,对于双端读出PET探测器,两种晶体阵列提供相近的晶体分辨图和能量分辨率,但非抛光晶体阵列提供好的深度分辨率,双端读出PET探测器需要使用表面不抛光的晶体阵列;对单端读出PET探测器,抛光晶体阵列提供好的晶体分布图和能量分辨率,单端读出PET探测器需要使用表面抛光的晶体阵列。     

关联α粒子探测器设计和性能研究

关联粒子成像技术（API）是进行爆炸物检测和有源核查的重要手段,而关联α粒子探测器的空间分辨和时间分辨直接决定成像系统的空间分辨能力。本文依托中国原子能科学研究院核数据重点实验室移动中子发生器,结合具有快时间响应的ZnO：Ga与最新的位置灵敏光电倍增管(PSPMT)H13700,设计可用于API的关联α粒子探测器系统。通过SCDC-TCOG将256路信号简化为4路信号,利用数字化仪对信号进行采集分析。通过离线实验对关联粒子探测器的时间性能和空间分辨性能进行了测试。利用刀口法测得空间分辨好于1 mm,并通过狭缝法和栅条法进行了验证。通过测量²⁵²Cf裂变碎片和瞬发伽马符合测量获得系统时间分辨好于1 ns,达到了应用需求。     

脑专用PET显像探测器自由结构符合与初步实验测试

采用脑PET进行人脑功能的研究对生物医学起到至关重要的作用,为了显著提高脑PET显像质量,增加探测效率、实时显示图像,本文设计一种脑专用PET显像大面积平板型探测系统,该探测系统由两个大面积探头组成,每个大面积探头包含3×3阵列的位置灵敏光电倍增管和多个紧密排布的硅酸钇镥闪烁晶体（Ce：LYSO)阵列。并利用1 μCi的²²Na点源对晶格大小为0.7 mm×0.7 mm等六种LYSO晶体阵列进行晶体性能测试,并选用两块晶格大小为1.5 mm×1.5 mm的LYSO晶体阵列进行一对一符合探测初步断层显像。结果显示,各种晶格大小的LYSO晶体阵列的位置区分轮廓的半高宽平均值在0.38~0.49 mm之间,平均能量分辨率（半高宽）在17.61%~30.40%之间;在对²²Na点源的初步图像断层扫描实验测试中,通过滤波反投影算法获得重建图像的空间分辨率为1.5 mm,验证了大面积平板型探测系统的可行性。     

基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM的位置灵敏探测器的设计与评估

为满足当前γ相机对高分辨率、低成本、小型化探测器的需求,提出了采用硅光电倍增管（SiPM）耦合GAGG:Ce晶体阵列的方式代替传统的位置灵敏型光电倍增管（PSPMT）耦合晶体阵列的方式以构成新型γ相机探测器,并设计了均匀电荷分配电路（SCDC）和阻抗电桥电路作为探测器的读出电路,同时设计了前沿定时电路作为数据采集触发电路。实验结果表明：当温度为25 ℃、探测器供电电压为28.5 V时,该探测器在511 keV射线的激发下,散点图的峰谷比高达3.84,对511 keV和662 keV射线的平均能量分辨率分别为10.63%和9.71%,具有较好的分辨性能。     

PET系统中数字化恒比定时的研究

针对PET探测器中快速脉冲信号的数字化恒比定时进行了研究,提出了相应的解决方案。该方案硬件以FPGA为核心,脉冲信号经过高速ADC数字化之后,在FPGA中通过DCFD(Digital Con-stant Fraction Discriminator)算法提取其时间信息。实验结果表明,DCFD时间分辨达到772 ps,能够满足PET系统对时间测量的要求。