气体电子倍增器(GEM)探测器

气体电子倍增器(GEM)作为一种新型气体电离室探测器,具有结构简单、性能卓越、兼容性强等优点,广泛应用于高能物理、核物理等多个领域。介绍了GEM探测器的原理、研究现状及发展应用。

基于气体电子倍增器原理的高能X射线工业CT气体探测器

分析了高能X射线工业CT所常用的闪烁探测器的优缺点,及传统气体电离室探测器存在的不足。为克服这些缺点和不足,从X光子与物质相互作用理论出发,结合高能工业CT的结构特点,探讨了高能窄X射线束入射到薄金属片中X光子和光电子的输运过程,提出了以高密度的金属片作为X光子辐射转换体,以气体电子倍增器作为光电子倍增放大的新型高能工业CT探测器方案。并利用基于Linux平台的EGSnrc程序进行了Monte-Carlo仿真。从原理上说明了这种气体倍增探测器相对于传统气体电离室探测器,既有较高的探测效率,其体积也大为减小,替代高能工业CT传统的闪烁体探测器在理论上是可行的。

基于粒子-蒙特卡洛模型的气体电子倍增探测器的研究

采用粒子-蒙特卡罗模型(Particle in Cell-Monte Carlo Collision,PIC-MCC)对气体电子倍增探测器(Gas electron multiplier,GEM)的倍增放大过程进行了模拟,这对更好的理解和把握GEM的物理机理具有重要的意义。在电场分析的基础上,从GEM空间粒子数和粒子的空间分布随时间的变化分析GEM的倍增过程,并建立GEM增益和各边界层收集到的电子个数之间的关系。研究结果为进一步利用该模型对GEM优化结构、选择工作参数及探讨物理机理建立了基础。

单层气体电子倍增探测器的性能测试

介绍了一种气体倍增器(Gas Electron Multiplier,GEM)薄膜,研制了有效面积为10 cm×10 cm的单层GEM探测器原型机.利用55Fe的5.9 ke V的x射线源对单层GEM探测器的正比性,有效增益以及能量分辨率随漂移电场、GEM工作电压以及收集场的函数关系进行了测量,找到了探测器的最佳工作条件.实验结果表明,探测器的正比性良好,性能稳定.当GEM工作电压为451 V时,增益达到500,此时的能量分辨率为17.6%.

用于小型AMS的类布拉格探测器研制

为了解决小型AMS系统中,使用现有的气体电离室探测低能量重粒子时,脉冲信号高度与探测器本底噪声重合较多、难以有效区分的问题,研制了一种新型的类布拉格气体电离室。在一定的约化场强下,这种电离室能够使电子在阳极附近区域发生电子倍增,从而使脉冲信号高度上升,以达到与探测器本底噪声分开的目的。利用5.8 MeV的α粒子进行实验,通过调节α粒子进入探测器的能量,并在不同气体压力、阳极电压(约化场强E/P)的条件下对探测器性能进行系统调试。经过模拟计算和系统调试,得出以下结论:该探测器可用于测量粒子的能谱,能量分辨率可达到2.98%。当阳极前1 mm处的约化场强E/P为5 V·mm^(-1)·hPa^(-1)时,脉冲信号的增益大约为7倍。

基于国产厚型气体电子倍增器的低能电子二维位置探测器

为探测0．1～50MeV低能电子脉冲束流的位置分布，研制基于国产厚型气体电子倍增器（Thick Gaseous Electron Multiplier，THGEM）的二维位置探测器，位置分辨要求好于200gm，灵敏面积为50mm×50mm。THGEM的孔径为150gm、孔间距400pm、厚度100gm。用Geant4模拟了薄膜窗厚度、空气层厚度等对电子透过率和横向扩散的影响。根据模拟结果，优化了探测器的结构和设计。并用能量为5．9keV的X射线源55Fe测试不同工作气体的增益，单层最大增益好于1×10^4，双层最大增益好于6×10^4，能量分辨率好于23％。

厚型气体电子倍增探测器电极读出信号研究

使用Cu靶x光源,采用脉冲型读出方式从单层THGEM探测器的各个电极读出信号,并分析了这些信号的特点,认为从THGEM下极板得到的信号最适合做电子学触发信号。

哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法

本文提出自适应光学成像系统中哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法,以使哈特曼波前探测器保持较高的信噪比同时避免亮度过饱和。利用亮度接近哈特曼饱和值的光源作为被观测目标,探测到的光斑阵列中有一个最高亮度值I_m,统计200帧~500帧中的I_m,计算其相对统计帧数的均值ī_m、I_m相对ī_m的均方差值σm;设定理想最高亮度值ī_(ms)比饱和亮度低3.0σm^3.2σm;再将光斑的亮度最大值相对一帧阵列中的光斑数计算平均值记为I_a,实时监测I_a;依据信号强度I与增益G的线性关系,事先测得哈特曼波前探测器的技术特征参数k_a、k_m和理想最高亮度值ī_(ms),即可以由当前帧探测数据I_a和增益G_a计算得到所需调整的增益值G_(ms)。

CMS-GEM探测器电子学板测试工具的研制

针对CMS-GEM探测器前端电子学板(GEB)的研制和生产中质量控制的需求,研发了新的自动化测试工具,对电子学板进行连通性和误码率测试。应用基于FPGA的片上系统,提高了测试效率和可靠性,并可自动存储测试结果。该套测试设备已应用在GEB的研制和批量生产质量控制工作中,检验合格的GEB已经运往CERN进行探测器的组装。

基于硅光电倍增管探测器的小动物正电子发射断层成像装置的研究进展

正电子发射断层扫描仪（PET）是目前最先进的核医学成像设备之一，已被广泛应用于医疗诊断、药物开发和基础研究中。它利用正电子核素标记的放射性药物对生物体内的生理或生化过程进行示踪，通过断层成像的方式可无创获得生物体内的功能信息。小动物PET是为小型动物实验专门设计的一种无创伤的分子影像技术，是连接实验科学和临床科学的桥梁，在医药学中具有独特的价值。

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点,在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用.微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题,给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战,已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈.FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点,可很好解决这一问题.基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成,可完成10240路半数字通道读出或4096路模拟通道读出.该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测,验证了该系统的通用性和兼容性,为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案.

基于印刷线路板技术的复合气体探测器

将当前先进的PCB加工技术用于制作微条气体探测器(MSGC),并结合微电子加工技术制作电子倍增器(GEM),可以制作性能优越价格低廉的复合式位置灵敏探测器。论文从气体探测器工作原理出发,分析了各种类型气体探测器的优缺点,并根据当前国内的微电子加工技术,设计制作了MSGC+GEM复合式气体探测器。随着PCB精加工技术的进步,性能更优越可靠、更易加工的气体探测器很快将问世。

高分辨率高效率三维正电子发射断层扫描成像探测器研发（英文）

小动物正电子发射断层扫描成像（Positron Emission Tomography,PET）是临床前生物医学研究的重要工具,但小动物PET要同时达到高空间分辨率和高效率必须使用三维深度测量探测器。本工作使用位置灵敏雪崩光二极管（Position-Sensitive Avalanche Photodiode,PSAPD）和位置灵敏硅光电倍增管（Position-Sensitive Silicon Photomultipliers,PS-Si PM）双端读出,测量了晶体大小为0.7~0.44 mm的高分辨率硅酸镥晶体阵列,其中对一种最新研发成功的PS-Si PM进行了首次测试。首先对PS-Si PM和PSAPD的信噪比进行了测量,然后对使用PS-Si PM和PSAPD的双端读出探测器模块的晶格分辨图、能量分辨率和相互作用深度分辨率分别进行了测量。实验发现,PSAPD的信噪比远远优于PS-Si PM,使用PSAPD的探测器可以分辨0.44 mm的晶格阵列和最好达到1.4 mm的深度分辨率,而使用PS-Si PM的探测器模块可以分辨0.7 mm的硅酸镥晶体阵列和达到2.9 mm的深度分辨率。从得到的晶格分辨图、能量分辨率和相互作用深度分辨率上来看,使用PSAPD的探测器模块要优于使用PS-Si PM的探测器。这需要提高PS-Si PM的信噪比来进一步提高探测器分辨更小截面晶格的能力,提高PS-Si PM微单元的数量来降低饱和效应从而提高探测器的相互作用深度分辨率。从实验结果可以看出,基于PSAPD的三维相互作用深度测量PET探测器具有更好的性能,今后计划使用新的PS-Si PMs和Si PM阵列进行该类型探测器的研发。

低电压倍增型高比探测率蓝光有机光电探测器

选取光电倍增结构探测器,在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(PC_(61)BM)中掺入小比例碳60(C60)作电子陷阱,研究了在陷阱辅助作用下引入阴极空穴隧穿注入产生光电倍增的机理以及C_(60)浓度对器件光电性能的影响.当电子陷阱C60浓度为1.5wt.%时,-0.5V偏压下探测器在波长为455nm、光功率为0.21mW·cm^(-2)光照下外量子效率为436.4%,响应度为1.62A·W^(-1),比探测率为2.21×10^(13) Jones,线性动态范围约为100dB.光照下部分光生电子被活性层中的陷阱俘获,特别是在靠近阴极Al处的电子积累,将诱导阴极空穴隧穿注入,结合利用体异质结探测器低工作电压的优势,可大幅提高光电流,从而获得低工作电压、高比探测率的探测器.

气休电子倍增探测器THGEM多孔膜板试制成功

测量辐射粒子的厚型气体电子倍增探测器——THGEM多孔膜板在中国航天科工集团公司试制成功。其具有高精度、高密度．以及可在较低工作电压下获得高气体增益等特点．为我国此类气体探测器产品的研发技术跻身国际先进水平奠定了基础。

基于LYSO正电子发射乳腺断层成像系统探测器的设计与评估

本文介绍了一种平板正电子发射乳腺断层成像系统的探测器设计与评估方法。该探测器的闪烁晶体材料为LYSO,晶体阵列包含22×74个晶条,晶条的中心间距为2 mm,晶体厚度为10 mm,探测器有效成像面积为44 mm×148.56 mm,晶体阵列被耦合在3个并排的H8500上。该探测器由两个平行相对的探头构成,两侧探头相距17.4 cm。其中一侧探测器晶体单元的能量分辨率为10.54%–19.84%,平均能量分辨率为13.34%。另一侧探测器晶体单元的能量分辨率为11.75%–33.72%,平均能量分辨率为14.17%。该探测器符合事件的时间分辨率为2.6 ns,有效符合事件计数率约为21×103s 1。探测器在长轴和短轴的图像空间分辨率分别为1.14 mm和1.20 mm。测试结果表明,该探测器与设计预期相符,为早期乳腺癌的检测提供了可能。

基于非富勒烯受体IEICO-4F的倍增型有机光电探测器

以非富勒烯材料O-IDTBR和IEICO-4F为电子受体,采用溶液法制备结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶O-IDTBR/Al和ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶IEICO-4F/Al的2种倍增型有机光电探测器.IEICO-4F器件在波长400 nm和790 nm处的最高外量子效率(EQE)分别达7220%和1610%.在-15 V偏压下,IEICO-4F器件EQE大于100%的光谱响应范围(300~840 nm)比O-IDTBR器件(320~740 nm)宽120 nm.与-15 V偏压下的O-IDTBR器件相比,IEICO-4F器件在波长400、510、600、790 nm处的EQE(2630%、1220%、1900%、409%)分别提升1.7、1.2、0.5、24.5倍以上.此外,IEICO-4F器件在400、510、600、790 nm处的探测灵敏度(4.8×10^(12)、2.8×10^(12)、5.2×10^(12)、1.5×10^(12) cm·Hz^(1/2)·W^(-1))分别是O-IDTBR器件的3.2、2.5、1.8、30.6倍.结果表明:采用吸收与P3HT更互补(带隙更窄)的非富勒烯材料IEICO-4F为电子受体,有利于提升倍增型有机光电探测器的性能(特别是器件对近红外光的响应与探测能力),并拓宽器件的光谱响应范围.

采用纳米管检测致命气体的探测器诞生

MIT的化学工程师们采用碳纳米管已制造出了最敏感的电子探测器，可用来检测致命气体，如神经毒剂沙林。这项技术也能探测芥子气、氨气和VX神经毒剂，有潜力制成低成本、低能量器件放在口袋里或安装在建筑物内来监测危险化学物品。Charkes＆HildaRoddey副教授MichealStrano设计的传感器已展示出了对模拟有机磷酸盐神经毒素（如沙林）分子的灵敏度记录.

气体电子倍增器的研制及性能测试

气体电子倍增器(GEM)以其独特的性能在辐射探测器领域得到了广泛的应用,对50μm厚聚酰亚胺(kapton)薄膜利用真空热蒸发和激光掩膜打孔法制作GEM膜,孔径100μm,孔距223μm,并封装流气式探测器,有效探测面积3mm×3mm。5.9keV55F e X射线测量了GEM在不同高压和混合气体比例时的脉冲幅度分布情况。讨论了高压和气体比例对探测器计数率和能量分辨率的影响。结果表明GEM具有较高的信噪比,能量分辨率可达18.2%。

基于GEM探测器的数字读出芯片研制

研制了一种适用于高能物理GEM探测器读出系统的数字芯片。芯片采用PAD读出方式,对GEM探测器的输出直接采样,对采样到的信号放大并成形,判断该输入是否超过由外部DAC设定的阈值,给出判断结果,并按照一个串行协议读出。芯片采用0.35μm/3.3 V CMOS工艺设计,后仿真结果显示芯片达到预期研制目标。