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一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪

阅读：343发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，包括闪烁体探测器，与闪烁体探测器连接的硅光电倍增管 (SiPM)以及与硅光电倍增管(SiPM)连接的前置放大器，前置放大器连接数字化谱仪，数字化谱仪通过高压模块连接硅光电倍增管(SiPM)。该小型LaBr3γ谱仪采用的LaBr3晶体尺寸为英寸×1英寸，与SiPM耦合封装后探头尺寸为英寸×2英寸。其能量分辨率为3.9％(662keV)；对γ射线能量与道址进行了二次多项式拟合，拟合系数R2值为0.9835；距离探测器端面10cm处，能量为121.7keV、344.3keV、661.7keV、1173.2keV、1332.5keV的γ射线，其全能峰探测效率分别为4.28e-4，1.97e-4，8.49e-5，7.62e-5，3.24e-5，具备高定时分辨率、抗磁场能力强，低偏压和紧凑尺寸等优良特性。，下面是一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，包括闪烁体探测器，与闪烁体探测器连接的硅光电倍增管以及与硅光电倍增管连接的前置放大器，前置放大器连接数字化谱仪，数字化谱仪通过高压模块连接硅光电倍增管。
2.根据权利要求1所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，所述数字化谱仪连接上位机软件。
3.根据权利要求2所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，所述闪烁体探测器为LaBr3晶体。
4.根据权利要求3所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，所述硅光电倍增管为多个微像素单元即雪崩光电二极管工作在盖革模式下的构成的阵列。
5.根据权利要求4所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，硅光电倍增管由4块3mm*3mm的单点硅光电倍增管拼接而成。
6.根据权利要求4所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，所述高压模块为硅光电倍增管提供高压并将硅光电倍增管的输出信号处理成前置放大器可以接收的信号。
7.根据权利要求4所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，所述数字化谱仪为数字化多道谱仪，其道数为1024道，积分非线性为<0.05％，微分非线性<1％。
8.根据权利要求4所述的一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，其特征在于，所述闪烁体探测器与硅光电倍增管耦合封装在铝壳内。

说明书全文

一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪

技术领域

[0001] 本发明涉及电离辐射探测技术领域，尤其是一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪。

背景技术

[0002] 基于PMT的LaBr3:Ceγ谱仪具有比NaI(Tl)γ谱仪更高的能量分辨率，但其具有体积大、对磁场敏感、需要高电压等缺点。硅光电倍增管(SiPM)具有与PMT类似的增益和效率，同时具有诸如高定时分辨率、抗磁场能力强，低偏压和紧凑尺寸等优良特性。SiPM已在正电子发射断层扫描(TOF-PET)、高能物理(HEP)、高能快速伽马成像、天体物理和光谱学上得到成熟应用。因此将LaBr3:Ce闪烁体和SiPM阵列组合是紧凑型γ谱仪的理想解决方案。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0005] 一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，包括闪烁体探测器，与闪烁体探测器连接的硅光电倍增管(SiPM)以及与硅光电倍增管(SiPM)连接的前置放大器，前置放大器连接数字化谱仪，数字化谱仪通过高压模块连接硅光电倍增管(SiPM)。

[0006] 进一步，所述数字化谱仪连接上位机软件。

[0007] 进一步，所述闪烁体探测器为LaBr3晶体。

[0008] 进一步，所述硅光电倍增管(SiPM)为多个微像素单元即雪崩光电二极管工作在盖革模式下的构成的阵列。

[0009] 进一步，硅光电倍增管(SiPM)由4块3mm*3mm的单点硅光电倍增管拼接而成。

[0010] 进一步，所述高压模块为硅光电倍增管(SiPM)提供高压并将硅光电倍增管的输出信号处理成前置放大器可以接收的信号。

[0011] 进一步，所述数字化谱仪为数字化多道谱仪，其道数为1024道，积分非线性为<0.05％，微分非线性<1％。

[0012] 进一步，所述闪烁体探测器、硅光电倍增管(SiPM)耦合封装在铝壳内。

[0013] 本发明的有益效果为：该小型LaBr3γ谱仪采用的LaBr3晶体尺寸为英寸×1英寸，与SiPM耦合封装后探头尺寸为英寸×2英寸。其能量分辨率为3.9％(662keV)；对γ射线能量与道址进行了二次多项式拟合，拟合系数R2值为0.9835；距离探测器端面
10cm处，能量为121.7keV、344.3keV、661.7keV、1173.2keV、1332.5keV的γ射线，其全能峰探测效率分别为4.28e-4，1.97e-4，8.49e-5，7.62e-5，3.24e-5，具备高定时分辨率、抗磁场能力强，低偏压和紧凑尺寸等优良特性。
附图说明

[0014] 图1为本发明的原理示意图；

[0015] 图2为本发明单个ADP的电路连接图；

[0016] 图3为本发明的γ射线能量与道址的拟合曲线图；

[0017] 图4为本发明LaBr3晶体的实物图；

[0018] 图5为本发明硅光电倍增管SiPM的实物图。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，一种基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪，包括闪烁体探测器1，与闪烁体探测器1连接的硅光电倍增管(SiPM)2以及与硅光电倍增管(SiPM)2连接的前置放大器3，前置放大器3连接数字化谱仪4，数字化谱仪4通过高压模块5连接硅光电倍增管(SiPM)2，数字化谱仪4连接上位机软件6。闪烁体探测器1、硅光电倍增管(SiPM)2耦合封装在铝壳内。

[0020] 其中，闪烁体探测器1为LaBr3晶体。LaBr3晶体是近期发展起来的新型闪烁体探测器，它不仅保持了NaI原有的优势，同时具有比NaI更高的能量分辨率，从而更能满足实际测量的需求。本发明采用的LaBr3晶体，如图4所示，尺寸为英尺×1英尺，出厂测试报告给出其能量分辨率为4.5％

[0021] 硅光电倍增管(SiPM)2为多个微像素单元即雪崩光电二极管工作在盖革模式下的构成的阵列。硅光电倍增管(SiPM)2由4块3mm*3mm的单点硅光电倍增管拼接而成。

[0022] 当给SiPM加入合适的工作电压，被激发的所有像素单元都会由于雪崩而产生大量的电流，而每个像素单元的抑制电阻将由于电流的上升使得电阻产生的分压变大，而使得像素单元雪崩光电二极管本身两端电压降低至雪崩电压以下而回到正常状态，完成一次对光子的响应。通过各个雪崩二极管的雪崩效应对电信号放大。SiPM的输出为其上所有并联5 6
APD的输出之和，增益通常能达到10-10。

[0023] 如图5所示，本文SiPM硅光电倍增管尺寸为13mm×13mm，由4块3mm×3mm的单点SiPM拼接而成。其工作电压为25V-30V,如图2为单个ADP的电路连接图，输出信号为正极性脉冲信号。

[0024] 进一步，高压模块5为硅光电倍增管(SiPM)提供高压并将硅光电倍增管的输出信号处理成前置放大器可以接收的信号。高压模块5为市面现有的高压和信号处理模块。

[0025] 进一步，数字化谱仪4为数字化多道谱仪，采用的是数字多道及开发读谱软件和谱分析软件，其道数为1024道，积分非线性为<0.05％，微分非线性<1％。

[0026] 本发明基于SiPM的小型LaBr3γ谱仪的具体性能指标如下：

[0027] 1.能量分辨率:对于英寸×1英寸的LaBr3晶体，采用S iPM时能量分辨率达到3.9％，与PMT耦合LaBr3的能量分辨率相近；

[0028] 2.如图3所示是基于SiPM的英寸×1英寸LaBr3γ谱仪的γ射线能量与道址的拟合曲线；

[0029] E＝1.6-3*ch^2+1.207*ch+113.92 R2＝0.9835

[0030] 其中E代表γ射线能量，ch代表道址。

[0031] 3.全能峰探测效率

[0032] 下表为距晶体端面10cm处不同能量γ射线下SiPM+LaBr3γ谱仪的全能峰探测效率：

[0033] 能量(keV) 探测效率121.70 4.28e-4
344.28 1.97e-4
661.66 8.49e-5
1173.2 3.24e-5
1332.5 3.15e-5

[0034] 该小型LaBr3γ谱仪采用的LaBr3晶体尺寸为英寸×1英寸，与SiPM耦合封装后探头尺寸为英寸×2英寸。其能量分辨率为3.9％(662keV)；对γ射线能量与道址进行了二次多项式拟合，拟合系数R2值为0.9835；距离探测器端面10cm处，能量为121.7keV、344.3keV、661.7keV、1173.2keV、1332.5keV的γ射线，其全能峰探测效率分别为4.28e-4，
1.97e-4，8.49e-5，7.62e-5，3.24e-5，具备高定时分辨率、抗磁场能力强，低偏压和紧凑尺寸等优良特性。

[0035] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

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