SiPM-GAGG(Ce)探测器γ能谱稳谱方法研究

硅光电倍增管(silicon photomultiplier, SiPM)作为21世纪以来新型光电转换器件,具有高增益、低功耗等优点,广泛应用于医疗成像、高能物理、环境监测以及国防安全等领域。硅光电倍增管耦合铈掺杂钆镓铝石榴石(GAGG(Ce))晶体组成的探测器在能谱测量及成像探测中具有广泛应用前景。本文研究了一款8×8阵列型SiPM耦合∅2 in×2 in GAGG(Ce)晶体探测器的温度漂移特性,设计搭建了一套基于温度传感器反馈调节SiPM-GAGG(Ce)探测器工作电压的增益补偿系统。分别进行了电源可靠性测试、电源纹波测试以及温度补偿测试等实验。实验结果表明,电源长期工作稳定性高,电源纹波系数小于0.001%。在-20~40℃的温度范围内,实测^(137)Cs、^(60)Co、^(241)Am放射源γ能谱的662、1 173、1 332、59.5 keV全能峰最大峰位道址为515.9、915.8、1 041.0、43.1道,最小峰位道址为507.1、899.0、1 022.9、43.1道,最大正向漂移分别为4.6、7.8、8.3、0.5道,最大负向漂移分别为4.2、8.7、9.8、0.5道。^(137)Cs全能峰峰位道址平均漂移率从45.34%降到0.37%,137Cs能量分辨率从-20℃的8.36%变化到40℃时的9.29%,显著提高了γ能谱测量系统的稳定性。

一种新型Ce∶GAGG闪烁探测器性能研究

该文将新型掺铈钆稼铝石榴石(Ce∶GAGG)闪烁晶体与CR-173光电倍增管耦合,并将其和分压电路、高压模块、前放电路一起封装在铝合金外壳中,制成新型Ce∶GAGG闪烁探测器。研究了不同尺寸Ce∶GAGG闪烁晶体、不同耦合方式及反射层封装材料对新型Ce∶GAGG闪烁探测器光产额和能量分辨率的影响,同时与封装好的1英寸(1英寸=2.54 cm)掺铊碘化钠(NaI(Tl))闪烁晶体进行对比实验,并对Ce∶GAGG和NaI(Tl)闪烁探测器的能量线性进行测量。实验结果表明,小体积的Ce∶GAGG闪烁探测器性能最好;光学硅脂耦合可提高闪烁探测器的性能;银反射膜(ESR膜)材料封装闪烁探测器性能最好;Ce∶GAGG闪烁探测器性能优于NaI(Tl)闪烁探测器。

Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12):Ce晶体生长与闪烁性能研究

掺铈钆铝镓石榴石(Gd_(3)(Al,Ga)_(5)O_(12)∶Ce,简称GAGG∶Ce)闪烁晶体是近年来发现的一种新型稀土闪烁晶体,具有光输出高、能量分辨率高、衰减时间短、无自辐射和不潮解等优点,在核医学成像、安检和环境监测等领域具有广阔的应用前景。本文报道了GAGG∶Ce晶体的提拉法生长与闪烁性能表征。利用高温固相反应法合成GAGG∶Ce原料,采用XRD对合成的原料进行了物相分析,结果表明,在1500℃下煅烧12 h合成的多晶料为纯GAGG相。利用提拉法生长出尺寸φ50 mm×90 mm的GAGG∶Ce晶体,测试了其透过光谱、X射线激发发射光谱和脉冲高度谱,结果表明,7 mm厚样品550 nm的透过率为81.5%,晶体X射线激发发射峰中心波长位于550 nm,晶体的光输出为59000 photons/MeV,能量分辨率为6.2%@662 keV,晶体衰减时间快分量为149 ns,慢分量为748 ns。

GAGG:Ce探测器与NaI:TI探测器性能比较

研究了封装反射层材料对GAGG:Ce探测器光收集的影响,同时与Na I(TI)闪烁体探测器进行了详细的对比性实验,用137Cs、60Co标准源测量了γ能谱,对GAGG:Ce与Na I(TI)闪烁体探测器的温漂、能量线性及能量分辨率等性能指标重点进行了讨论。结果表明:GAGG:Ce探测器随温度漂移变化程度较大;能量线性好,线性相关度r为0.9999;对662 ke V的γ射线能量分辨率为7.8~8.0%。

Ce∶GAGG与CsI(Tl)闪烁晶体性能对比研究

研究了不同反射层封装方式和与Si-PM不同耦合方式对Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体光输出和能量分辨率的影响,比较了Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的透过率和衰减时间。实验结果表明:通过优化闪烁晶体的反射层材料和耦合方式,能大幅度提高Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的光收集效率;Ce∶GAGG闪烁晶体的光输出、能量分辨率、透过率、衰减时间指标均优于CsI(Tl)闪烁晶体。Ce∶GAGG闪烁晶体使用TiO_(2)反射层材料封装和硅脂耦合,测试得到^(137)Cs放射源在662 keV最佳能量分辨率为4.89%。

CsI(TI)与GAGG(Ce)闪烁屏高分辨X射线成像对比研究

作为平板探测器的核心构件,闪烁屏的选型和参数设计直接影响X射线辐射成像系统的成像质量。本文应用光纤耦合全帧CCD型X射线辐射成像测试平台,对不同规格的GAGG(Ce)闪烁屏和碘化铯(Cs I(TI))闪烁屏进行实验对比。结果表明,在高分辨探测应用中,GAGG(Ce)闪烁屏比同等厚度Cs I(TI)闪烁屏具有更高的探测效率与空间分辨率,有望替代Cs I(TI)闪烁屏广泛应用于平板探测器。

掺铈钆铝镓石榴石闪烁晶体的研究进展及应用

掺铈钆铝镓石榴石(Ce∶GAGG)是一种新型的无机闪烁晶体材料,在核医学成像、环境辐照剂量监测、空间探测、国土安全及地质勘探等领域有广阔的应用前景。该文总结了Ce∶GAGG闪烁晶体在国内外的最新研究进展,综述了Ce∶GAGG闪烁体探测器在地基、空基和天基搭载平台上的应用,最后展望了Ce∶GAGG晶体材料及其应用的发展方向。

基于全反射抑制串扰的双层结构高分辨闪烁屏

在低能X射线成像中,荧光串扰是影响光纤耦合电荷耦合器件(CCD)/互补金属氧化物半导体(CMOS)型高分辨平板探测器空间分辨率的主要因素。基于界面全反射对荧光串扰的抑制作用,提出一种双层结构高分辨闪烁屏。双层闪烁层间通过低折射率耦合介质耦合,调节耦合介质折射率可控制上层闪烁屏与耦合介质界面间可输出的荧光角度,达到抑制荧光串扰、提升闪烁屏探测空间分辨率的目的。基于点扩散函数理论的仿真结果表明,与同等厚度的单层闪烁屏相比,所提双层结构闪烁屏可实现更高的空间分辨率。X射线成像实验结果进一步验证了应用双层结构闪烁屏对提升探测器空间分辨率的有效性。