旋转调制器成像的蒙特卡罗仿真及图像重建

基于时间调制的旋转调制器(RM)成像技术是一种可以对硬X射线、γ射线等成像的技术。为利用RM成像技术优势,开展了RM技术在核监测领域应用的研究工作。通过蒙特卡罗仿真,模拟准直器旋转过程,布置7个NaI探测器测量,获得受调制的探测器输出,再用NCAR、MLEM和OSEM算法分别对输出数据进行重建。相对NCAR算法,MLEM算法在抑制噪声的同时,不会在重建源图像周围引入随机边缘。OSEM算法可以加速MLEM算法的收敛过程,提高计算速度。MLEM和OSEM重建图像的角度分辨率可达1.2°,与仿真系统几何角度分辨率比较,达到了约3.8倍的超分辨能力。     

LaBr_3:Ce(5%)闪烁探测器的MC研究

近年来一种采用LaBr3:Ce晶体的闪烁探测器被研发出来,这种新型探测器比NaI(Tl)探测器具有更高的能量分辨率,在662 keV大约为3%。利用蒙特卡罗通用程序MCNP4C分别模拟计算了LaBr3:Ce晶体和NaI(Tl)晶体的γ能谱,模拟能谱与相应的实验测量能谱符合很好。研究还发现晶体尺寸大小对能量分辨率没有影响,能量分辨率不随晶体体积的增加而提高。同样晶体尺寸下通过模拟探测不同入射能量γ射线的峰总比R(E)计算值与NaI(Tl)晶体的模拟值和实验值比较发现,LaBr3:Ce晶体对中高能量γ射线的探测效率较高,而在较低能量时探测效率低于NaI(Tl)晶体。     

半球型CdZnTe核辐射探测器的制备与性能

CdZnTe半导体核辐射探测器具有较高的探测效率和较好的能量分辨率,可方便地应用于X、γ射线的探测,在环境监测、工业无损检测等领域具有很好的应用前景.CdZnTe探测器有多种电极结构,其中半球型结构在国内鲜有研究.该工作制备了体积为8 mm×8 m×4mm的半球型CdZnTe探测器,经测试,在室温条件下,其漏电流为nA级,对未经准直的241Am(59.5 keV)、57Co(122 keV)、137Cs( 662keV)γ射线的分辨率(FWHM)分别为6.96％、5.66％、3.92％,在连续使用的条件下具有较好的稳定性.     

海洋γ谱连续监测方法模拟

通过蒙特卡罗程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)建立了海洋γ谱连续监测的测量模型,模拟计算不同能量γ射线在海水中的衰减情况和有效探测距离。根据我国近岸海域海水中天然放射性核素活性浓度,模拟得到不同晶体尺寸NaI探测器连续监测的本底谱,分析能量分辨率对全能峰本底计数率的影响并探讨了影响NaI探测器能量分辨率的因素。最后针对我国核电厂周围海域中重点关注的人工放射性核素,并假设不同尺寸NaI晶体在能量662 keV处分辨率保持7.0%不变的条件下,分别计算了不同尺寸NaI晶体探测器在海洋γ谱连续监测中的探测效率、本底计数率和最小可探测活性浓度等技术参数。模拟结果为海洋或其它水体中γ谱连续监测方法的应用提供技术参考。     

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%.     

基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制

编码孔径成像技术由于探测效率高、信噪比高、角分辨率好、成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全、核设施的去污及退役的测量、核医学等领域。建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统。整个成像系统主要由编码准直器、位置灵敏探测(position sensitive detector, PSD)、数据采集卡以及图像重建系统组成。该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array, MURA)编码方式,为了保障对较高能量射线的探测能力,编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金,PSD通过LaBr₃(Ce)晶体耦合SiPM阵列组成,重建算法采用的是直接互卷积算法,快速高效。测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662 keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241、Cs-137、Co-60进行清晰成像,并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs-137点源的位置。     

BGO六棱柱探测元性能的研究

用~(54)Mn,~(57)Co,~(60)Co,~(22)Na和~(137)Cs源测量了BGO六棱柱探测元的能量线性,对662keV的γ射线能量分辨率为18％。两个BGO探测器间的符合时间分辨半宽度为6.9ns,BGO六棱柱与HPGe探器测间的时间分辨半宽度为8.3ns。     

自制CsI(Tl)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(Tl)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果。测量662keVγ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出)。     

n型同轴高纯锗探测器

本文介绍了研制n型同轴高纯锗探测器的方法及技术。探测器具有薄的(约0.3μm)离子注入p~+外接触,可探测0.005—10MeV的X和γ射线,并具有较高的耐辐射损伤性能,所研制成的探测器灵敏体积约120cm~3,对1.33MeVγ射线:相对效率为24.5％,能量分辨率为2.13keV,峰康比为48.3:1,电子学噪声为1.28keV。     

N型碲锌镉探测器的制备和性能

碲锌镉(CZT)晶体由于原子序数高、禁带宽、密度大,制成低能γ射线和X射线探测器不需液氮冷却就能得到相当好的能量分辨率,且有相当高的探测效率,因此近年来发展迅速。我们实验室已制成φ8mm×1.7mm灵敏体积的CZT探测器,室温22℃下对241Am放射源59.54keV能量的γ射线能量分辨率可以达到2.06keV(FWHM)(未使用准直器),连续测量没有极化效应,并且具有很好的长期稳定性。     

极大体积(>200cm~3)同轴HPGe探测器的研制及其特性

文章叙述了极大体积(～220cm~3)同轴HPGe探测器的研制及其性能。分析了各种因素对探测器系统分辨率的影响。探测器对~(60)Co的1.33MeVγ射线,能量分辨率FWHM=2.30±0.02keV,相对效率η=44.56%,峰对称性FW(1/10M)/FWHM=1.90;对2.60MeVγ射线,FWHM=3.10 keV。     

硅PIN光敏二极管探测X、γ射线的性能及应用

介绍了硅PIN光敏二极管和电荷灵敏前放组成的X射线探测器和配合CsI(Tl)晶体构成的γ射线探测器的性能和测量结果,同时研究了光敏二极管探测器能量分辨率的温度特性。测量X射线时,在-10℃下对241Am的59.5keV射线的能量分辨率为4.8%;用PIN光敏二极管配合10mm×10mm×10mm的CsI(Tl)晶体测量γ射线时,在20℃下对137Cs0.662MeVγ射线的能量分辨率为9.9%,60Co的1.332MeVγ射线的能量分辨率为6.4%,-10℃下的能量分辨率分别为8.7%和6.3%。     

惰性气体β-γ符合测量系统探测器能量及分辨率刻度

β-γ符合法是全面禁止核试验条约(CTBT)放射性核素核查中惰性气体氙测量的一种重要方法,探测器能量及分辨率刻度是其首要解决的关键技术。本工作详细介绍了β-γ符合测量系统NaI(Tl)闪烁体和塑料闪烁体探测器能量及分辨率刻度的方法和结果,采用γ放射性核素点源刻度NaI(Tl)γ射线能量及分辨率,利用137Cs661.66keVγ射线康普顿散射电子刻度塑料闪烁体β射线能量及分辨率,并与131Xem内转换电子刻度的β射线能量分辨率结果进行了比较。结果表明:用137Cs康普顿散射电子刻度塑料闪烁体β射线能量是一种简便可行的方法,但用其刻度的β射线分辨率比实际的大。     

球载大面积充氙多丝正比室

介绍球载大面积硬X射线望远镜HAPI-4高气压充氙多丝正比室的性能和逃逸门技术。多次球载实验和实验室进行的一系列测试表明该探测器具有较好的能量分辨率和观测灵敏度。充304kPaXe,14和122keV能量分辨率分别为20%和8%。采用逃逸门技术,59.5keV探测效率约38%,35keV能量分辨率约5%,59.5keV能量分辨率约7.5%。在39km气球平飞高度,本底计数8×10-4/(cm2·s·keV)     

高阻NTD硅低能β,γ和X射线探测器

本文叙述了高阻NTD硅低能β,γ和X射线探测器的制备工艺和性能,探测器的灵敏面积为15mm~2,厚2.3mm。在77K温度下用脉冲光反馈前置放大器对最大端点能量为18.6keV的氚β,~(241)Am 59.5keV的低能γ和X射线的能谱及~(55)Fe 5.9keV的X射线进行了测量。对~(55)Fe 5.9keV的X射线能量分辨率为190eV,并可在室温下存放。     

自制CsI(T1)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(T1)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果.测量662 keV γ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出).     

康普顿成像系统角分辨影响因素的理论及模拟研究

为了对康普顿成像系统的结构设计提供参考,本文提出了一种理论与模拟计算相结合的对双层位置灵敏CZT晶体组成的康普顿成像系统散射角误差进行估算的方法,并利用该方法对康普顿成像系统散射角误差进行了研究。结果表明,对662 keV、1.33 MeV和2 MeV的入射光子,该成像系统的康普顿散射角误差分别为5.54°、4.82°和4.52°,散射角误差主要来自于探测系统位置分辨本领和能量分辨本领,探测材料多普勒效应引起的角误差相对较小。合理地限制康普顿散射角范围可有效改善成像系统角分辨能力,优化成像效果。     

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。     

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。     

Ge(Li)γ射线探测噐的研制

高分辨率Ge(Li)γ射线探测器有两个固有的缺点:一是锂的迁移率太大,探测器必须长期保存在液氮温度,其次是锂离子漂移过程很长。为了得到在室温下稳定的Ge探测器,进行了大量的探索。在高纯Ge问世之前,1964年采用γ射线在Ge中产生受主缺陷来补偿N型Ge的方法构成辐射型Ge探测器[简称Ge(γ)探测器]。这种探测器在室温下是稳定的,工艺周期短并有薄的入射窗。有些实验室还得到了能量分辨率高达(0.5—0.2)％(γ射线能量为662keV)的Ge(γ)探测器,并构成