基于闪烁体阵列的双端读出快中子探测器及其轴向位置校准方法

轴向位置的精确测量是快中子探测领域的挑战和难题,对高分辨率的快中子成像具有重要意义。改进位置和时间响应能使快中子成像获得更好的成像分辨率和对比度,而提升时间分辨的困难主要来自相互作用深度(depth of interaction,DOI)的不确定性。针对位置改进的问题,设计了一种基于有机闪烁体阵列的双端读出快中子探测器,提出了一种用于校准DOI的方法。该校准方法基于快中子探测器双端读出的数据来进行系列计算和拟合,最终得到轴向位置校准曲线。研究结果表明,该校准方法解决了快中子探测中轴向定位不准确的问题,提高了快中子探测器的位置分辨率。

基于SiPM双端读出的γ射线探测器研究

研究高灵敏度的新型康普顿望远镜对于中能区空间γ射线探测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,应具有优异的能量分辨率和位置分辨率。为此,设计了一种基于硅光电倍增管(SiPM)双端读出的CsI(Tl)γ射线探测器作为康普顿望远镜量能器的基本探测单元。同时,对于使用不同包装材料(Teflon、Tyvek和ESR)和不同晶体尺寸(5mm×5mm×60mm、5mm×5mm×80mm和5mm×5mm×100mm)的探测器进行了研究测试。测试结果表明,这三种包装材料对能量分辨率的影响不明显,但对光衰减长度和位置分辨率有较大影响,且二者表现出明显的相关性,即光衰减长度越短,探测器的位置分辨率越好;对于使用不同晶体尺寸的三种探测器,其性能并没有表现出显著的差异。经综合考虑,选用ESR包装的5mm×5mm×80mm的CsI(Tl)晶体探测器,可以满足新型康普顿望远镜对量能器的性能要求,其能量分辨率可达5.2%,位置分辨率约为5.2mm。

下一代康普顿望远镜的量能器探测单元研究

MeV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MeV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,SiPM)匹配铊激活碘化铯(CsI(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 keVγ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。