甄别级CdZnTe探测器在康普顿散射成像系统中的应用研究

通过分析康普顿散射成像系统及CdZnTe探测器性能,并考虑到相应核电子学电路的噪声特性,设计了用于康普顿散射成像系统的甄别级CdZnTe探测器,并设计了与探测器相适应的低噪声小尺寸电荷灵敏前置放大器和主放大器。在常温下,5 mm×5 mm×5 mm的甄别级CdZnTe探测器与小尺寸核电子学电路系统对于662 keV的~(137)Cs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%.     

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%。     

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。     

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%.     

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。     

一种中子探测器放大电路的设计与实现

介绍了一种可用于中子探测器的放大电路的设计与实验验证。该电路由前置放大器、主放大器、脉冲幅度甄别器和触发器四部分组成。该电路采集正比计数管产生的微弱信号,由两级放大器对初始信号进行放大,并由脉冲幅度甄别器进行甄别成形,触发器形成固定宽度的方波脉冲供后续单片机系统采集计数。整机探测器在天然本底、252Cf中子源及模拟信号发生器下分别进行实验测试,实验结果证明了该放大电路的可靠性以及在中子探测器中的可用性。     

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.     

基于CdZnTe探测器的核素探针探头的研制

为了解决在核医学手术中使用放射性核素进行病灶定位的难题,设计了一种基于碲锌镉(CdZnTe)探测器的核素探针探头。该核素探针探头主要包含CdZnTe探测器、低噪声电荷灵敏前置放大器和快驱动电路。考虑到环境本底和外界电磁干扰,对探针探头的结构作了特殊设计,该特殊设计能够提高核素探针探头的探测能力。探头中的放大器和快驱动电路能明显的放大核脉冲信号的幅度和提高核脉冲信号的信噪比,便于后端信号处理分析系统对信号的进一步处理。     

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。     

Research of CdZnTe detector based portable energy dispersive spectrometer

A kind of excellent CdZnTe crystal has been grown in Yinnel Tech, Inc. in recent years. Based on these CdZnTe crystals and some new techniques, a portable energy-dispersive spectrometer has been constructed which has yielded good results. CdZnTe detector has a 3% relative resolution in high-energy field and can detect gamma rays at room temperature. An integrated circuit based on preamplifier and shaping amplifier chips is connected to the detector. Voltage pulses are transformed into digital signals in MCA （multichannel analyzer） and are then transmitted to computer via USB bus. Data process algorithms are improved in this spectrometer. Fast Fourier transform （FFT） and numerical differentiation （ND） are used in energy peak＇s searching program. Sampling-based correction technique is used in X-ray energy calibration. Modified Gaussian-Newton algorithm is a classical method to solve nonlinear curve fitting problems, and it is used to compute absolute intensity of each detected characteristic line.     

CdZnTe探测器在天文物理研究中的应用综述

文章主要对CdZnTe探测器在天文物理研究中的应用进行综述.介绍了CdZnTe晶体的主要性质和CdZnTe探测器的工作原理,归纳总结了CdZnTe探测器在天文物理研究中的应用情况,从四个方面对CdZnTe探测器在天文物理研究中的应用特点和发展趋势进行了讨论.     

基于高能γ源的CdZnTe成像探测器极化效应研究

应用第一类边界条件泊松方程,推导了碲锌镉(CdZnTe)探测器晶体内部电势分布,研究了CdZnTe探测器在¹³⁷Cs高能γ源成像探测过程中的极化效应。数值计算与实验结果表明：在低辐射注量率条件下,即CdZnTe晶体内部载流子电荷密度较低时,内部电势分布主要受外加偏压影响,晶体内部电势与偏压为线性关系,电场呈均匀分布。在高辐射注量率条件下,即晶体内部载流子电荷密度较高时,内部电势分布出现极化区域,电场分布发生扭曲,电子载流子向辐照区域外侧迁移,形成辐照中心无信号而辐照边缘区域仍有响应信号的极化探测图像。极化效应造成CdZnTe探测器探测性能严重退化,辐照边缘区域像素事件计数下降约70%。     

Development of a compact high resolution gamma-ray detector for E-CT applications

A compact gamma-ray detector with good spatial resolution for emission computed tomography (E-CT) applications has been developed. The detector is composed of NaI(Tl) scintillation pixels array and Hamamastu R2486-05 PSPMT. Having a pixel size of 2 mm × 2 mm and an overall dimension of 48.2 mm × 48.2mm × 5 mm, it has 484 pixels in a 22×22 matrix. An average spatial resolution of 2.5mm (FWHM) was achieved. The slope of position linearity is constant within 10% in a range of 40mm. After corrections, the average value of differential non-linearity and absolute non-linearity were 0.16mm and 0.535mm respectively, and a 17% at FWHM of total energy resolution for 241Am was obtained.     

基于Monte-Carlo模拟和峰形拟合的CdZnTe探测器G(E)函数简便计算方法研究

提出了一种简便的CdZnTe探测器能谱-剂量转换函数(G(E)函数)的计算方法。峰形拟合函数被用于表征CdZnTe探测器对γ射线的低能拖尾,峰形拟合函数的参数通过实验测量获取,并通过拟合得到其随能量变化的关系。Monte-Carlo模拟计算得到的探测器理想沉积谱,经峰形拟合函数卷积得到了修正的模拟能谱,修正的模拟能谱与实际测量能谱吻合较好。基于修正的模拟能谱计算得到了CdZnTe探测器的G(E)函数。标准辐射场中的实验结果表明,用G(E)函数加权积分计算的周围剂量当量率与约定真值基本一致。     

Performance simulation and structure design of Binode CdZnTe gamma-ray detector

A new electrode structure CdZnTe （Cadmium Zinc Telluride） detector named Binode CdZnTe has been pro- posed in this paper. Together with the softwares of MAXWELL, GEANT4, and ROOT, the charge collec- tion process and its gamma spectrum of the detector have been simulated and the detector structure has been optimized. In order to improve its performance further, Compton scattering effect correction has been used. The simulation results demonstrate that with refined design and Compton scattering effect correction, Binode CdZnTe detectors is capable of achieving 3.92% FWHM at 122 keV, and 1.27% FWHM at 662 keV. Com- pared with other single-polarity （electron-only） detector configurations, Binode CdZnTe detector offers a cost effective and simple structure alternative with comparable energy resolution.     

基于三维正交条形碲锌镉探测器的DOI-PET显像研究

为对511 keV伽马光子进行三维定位,提高PET显像性能,研制一种尺寸为16.4 mm×16.4 mm×5 mm正交条形碲锌镉（CZT）探测器,并测试其PET显像性能。在32个电极读出后均采用电荷灵敏前置放大器和滤波放大模块,输入高速模数转换器对数据进行采样,得到探测器中信号的全脉冲形状,并利用模拟数字转换器（ADC）内置可编程门列阵（FPGA）对信号进行在线处理,对信号完成寻峰、滤波等数字化处理。结果表明,该碲锌镉探测器对511 keV伽玛光子的能量分辨率为6.35%,通过对碲锌镉探测器的电极结构分析得出了一套伽马光子相互作用的三维位置坐标计算公式,可以达到亚毫米位置分辨率,实现了碲锌镉探测器三维显像功能。     

Hybrid direct conversion detectors for digital mammography

Hybrid pixel detector arrays that convert X-rays directly into charge signals are under development at NOVA for application to digital mammography. This technology also has wide application possibilities in other fields of radiology and in industrial imaging for applications in nondestructive evaluation and inspection. These detectors have potentially superior properties compared to either emulsion based film, which has nonlinear response to X-rays, or phosphor-based detectors in which there is an intermediate step of X-ray to light photon conversion. Potential advantages of direct conversion detectors are high quantum efficiencies (QE) of 98% or higher (for 0.3 mm thick CdZnTe detector with 20 keV X-rays), improved contrast, high sensitivity and low intrinsic noise. These factors are expected to contribute to high detective quantum efficiency (DQE). The prototype hybrid pixel detector developed has 50×50 microns pixel size, and is designed to have linear response to X-rays, and can support a dynamic range of 14 bits. Modulation Transfer Function (MTF) is measured on a l-mm silicon detector system where 10% or better modulations are obtained at 10 lp/mm spatial frequency. Preliminary DQE measurements of the same system yields a value of 55% at zero spatial frequency. Here, the authors report data of their first full size prototype readout ASIC chips hybridized with both silicon and CdZnTe detector arrays and present initial MTF and DQE measurement results as well as some test images     

使用Geant4模拟CAPture电极CdZnTe探测器对γ射线的响应

采用CAPture电极CdZnTe探测器获取X射线注量谱,为建立ISO 4037-1：1996标准以外的参考辐射和计算辐射场特殊剂量物理量的约定真值提供基础。CdZnTe探测器的主要缺点是由于空穴迁移率寿命积过小,导致电荷收集不完全,全能峰左侧出现低能尾。CAPture电极CdZnTe探测器采用扩展阴极降低阴极附近区域的电场强度,弱化空穴输运对电荷收集效率的影响,实现对低能尾的抑制。但由于探测器内的电场不再均匀,电荷收集效率无法用Hecht方程计算。本文根据Shockley-Ramo原理建立了CAPture电极CdZnTe探测器电荷收集效率计算公式,用有限元分析软件模拟了探测器内的电场分布。进而用Geant4软件开展了蒙特卡罗仿真计算,确定了载流子迁移率寿命积,并取得了与实测结果基本一致的脉冲幅度谱,为建立探测器的响应矩阵奠定了基础。