闪烁晶体光谱特性多参数综合测试技术研究

针对山西长城微光器材股份有限公司新型闪烁晶体材料的研制需求,研究了一种针对某闪烁晶体受X射线激发后光谱响应的多参数综合光电检测系统。通过系统的光谱输出接口直接测试闪烁晶体的射线转换光谱,通过电压输出接口测试PIN光敏二极管输出的光伏电压,进而采用等效电路法计算闪烁晶体的荧光逸出功率。测试结果表明,荧光逸出效率随X射线管电流的增大而减小。本研究对其他闪烁晶体光谱特性的测试具有借鉴价值。     

γ射线探测器响应函数的JMCT模拟计算

采用自主研发的JMCT软件,模拟计算了射线在NaI闪烁探测器中的响应函数。JMCT模拟计算了探测过程中所有的、完整的光子-电子耦合输运过程。其模拟计算的射线能量沉积谱、探测器响应函数,与MCNP的计算结果符合得非常好,与Berger解析法计算的结果也基本符合,表明JMCT软件可以在探测器响应函数方面得到满意的结果,JMCT将在实验核物理、核分析技术应用等方面发挥越来越重要的作用。     

γ射线探测器响应函数的JMCT模拟计算

采用自主研发的JMCT软件,模拟计算了射线在NaI闪烁探测器中的响应函数。JMCT模拟计算了探测过程中所有的、完整的光子-电子耦合输运过程。其模拟计算的射线能量沉积谱、探测器响应函数,与MCNP的计算结果符合得非常好,与Berger解析法计算的结果也基本符合,表明JMCT软件可以在探测器响应函数方面得到满意的结果,JMCT将在实验核物理、核分析技术应用等方面发挥越来越重要的作用。     

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

闪烁晶体碘化铯在紫外光和X射线激发下的发光特性

室温下掺铊碘化铯(CsI∶Tl)晶体的吸收谱在230~320 nm范围内有3个特征峰:310 nm(4 eV)、270nm(4.6 eV)和245 nm(5.1 eV)。采用这3种不同激发能量(对应不同激发机制)的近紫外(UV)光激发得到的荧光(PL)光谱相同。这些PL谱与钨(W)靶X射线激发的辐照致荧光(RL)谱也类似。经分峰计算,PL和RL均含有4种熟知的3.1 eV(400 nm)、2.55 eV(486 nm)、2.25 eV(550 nm)和2.1 eV(590 nm)发光组分,但RL中2.1 eV组分高于PL,同时2.55 eV组分又低于PL。分析认为,这一差异来自于X射线对晶体的辐照损伤Tl+Va+、Tl0Va+,相关的2.1 eV吸收峰与2.55 eV发光带重叠。结果表明:X射线比紫外光更易产生损伤从而影响晶体CsI∶Tl的发光特性。     

用于高分辨率 PET探测器的LSO闪烁晶体的研究

LSO晶体具有密度大光输出量强和衰减时间短的特性使其成为在PET探测器领域的应用潜在的闪烁晶体材料.按照辐射成象系统应用的性能要求我们对LSO晶体的闪烁特性进行了评价.为了获取较高的光输出量,研究和验证了许许多多的晶体表面的状况对光输出量的影响.对于单个LSO晶体和R5900-00-C12位敏管相耦合的系统,钠伽马射线源的511keV的能量峰处的能量分辨率为15%,时间分辨率为0.65ns,最后对三个LSO阵列分别成象验证了其空间分辨本领.     

闪烁光纤在γ射线辐照下部分特性的蒙特卡罗模拟

闪烁光纤在射线成像方面的应用越来越广泛。为了进一步了解闪烁光纤在射线辐照下的基本特性,基于蒙特卡罗方法,利用计算机模拟分析了γ射线在闪烁光纤中的好事例率与光纤长度及射线能量的关系,能量沉积效率与光纤长度及射线能量的关系。此项工作对于闪烁光纤阵列在射线成像,剂量场测量等方面的研究很有价值。     

闪烁光纤在γ射线辐照下部分特性的蒙特卡罗模拟

 闪烁光纤在射线成像方面的应用越来越广泛。为了进一步了解闪烁光纤在射线辐照下的基本特性，基于蒙特卡罗方法，利用计算机模拟分析了γ射线在闪烁光纤中的好事例率与光纤长度及射线能量的关系，能量沉积效率与光纤长度及射线能量的关系。此项工作对于闪烁光纤阵列在射线成像，剂量场测量等方面的研究很有价值。     

HPGe 探测器晶体尺寸及效率的研究

采用蒙特卡罗方法模拟计算光子的探测效率需对高纯锗( HPGe ) 探测器进行准确的建模。模拟计算研究了HPGe 晶体长度对探测效率的影响,并在空间不同的测量位置对放射源进行测量,将模拟计算与实验测量相结合,对探测器晶体的尺寸进行调整,获得了HPGe 探测器晶体的模拟计算的准确尺寸,并在122s1 332 keV 能量范围内对模拟结果进行了验证。结果表明,在此能量范围内HPGe 探测器的探测效率的模拟计算值与实验测量值的相对偏差大多数在5% 内,并建立点源探测效率与探测器轴向距离的关系。The accurate shape of HPGe detector is needed in order to calculate its detection efficiency with Monte Carlo methods. In our calculation, the influence of the HPGe crystal size on efficiency has been investigated; the final crystal sizes were determined by comparison with experiments and were validated by the experimental efficiency obtained at several source-to-detector positions. The results show that when the crystal dimensions determined are used to calculate the detection efficiency in the energy range 122s1 332 keV, the relative deviations between simulated and most experimental results were within 5%. In addition, the relationship between detection efficiency and axial distance to detector was established.     

发散X射线晶体衍射模拟研究

根据晶体的对称性、衍射几何和衍射规律,研究了复杂的发散X射线晶体衍射。描述了模拟这种衍射的方法。由计算机产生的背射赝Kossel线花样与实验结果完全相符,并能识别出衍射图中所有线条的衍射指数。完成了一套由计算机绘制的〈100〉,〈110〉和〈111〉取向的Si单晶的发散衍射标准图谱。 关键词：     

高能伽玛相机探测量子效率的蒙特卡罗模拟

探测量子效率（DQE）可被用来精确描述图像噪声通过成像系统的传播特性。根据级联理论,简洁得出了零频噪声传播情况下成像系统的DQE 表达式。采用蒙特卡罗程序MCNP 计算了高能X射线的硬化能谱在六种常用闪烁晶体中的能量沉积分布以及高能伽玛相机的DQE,分析了闪烁晶体的材料和厚度对DQE的影响。模拟结果表明,高密度、高原子序数是影响DQE的主要因素,在同样厚度下,LuAP和LSO转换屏的探测量子效率最高。     

晶体光收集特性的M.C.模拟研究

用蒙特卡罗方法实现了对各种不同条件下晶体光输出特性的模拟研究，和实验结果比较符合得足够好，因而可用以预言新的现象和实验结果。结合光输出的实验测量，可以确定绝对的光子产额。研究还表明，封装材料和耦合剂对光收集效率影响很大，选用具有漫反射性的封装材料将有利于光的收集效率     

X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种基于CsI(Tl)闪烁晶体和面阵CCD器件、采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输、以扇形束线阵扫描方式实现对X光高分辨探测的方案。CsI(Tl)晶体的尺寸大小将直接影响到晶体的发光效率及X光的高分辨探测,据此开展了蒙特卡罗模拟研究。模拟研究了X射线能量、X射线源到探测晶体的距离(源距)、CsI(Tl)晶体的厚度与X射线能量分布、全能峰效率与CsI(Tl)闪烁晶体转换效率之间的关系。结果表明,当X射线能量为120~450 keV,CsI(Tl)晶体尺寸厚度为0~1.5 cm变化时,全能峰效率的变化范围为31.34~96.74%,CsI(Tl)闪烁晶体的转换效率的变化范围为12.8~97.43%。可见,X射线的能量及CsI(Tl)闪烁晶体尺寸的厚度,是决定X光高分辨探测的重要参量,这对优化X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的尺寸设计具有一定的参考价值。     

PbWO4闪烁晶体的辐照损伤机理研究

完成了６４０—１０４０℃温度范围内钨酸铅［ＰｂＷＯ４（ＰＷＯ）］晶体的退火实验,观察到较低温退火时晶体中本征色心吸收带（３５０ｎｍ）先是增加,其后随退火温度的升高而逐渐降低直至消除的全过程．分析了ＰＷＯ晶体的本征缺陷和电荷补偿机制．讨论了退火过程中氧进入晶体后色心的产生和转化规律,并提出可能发生Ｐｂ３＋→Ｐｂ４＋的进一步氧化过程,从而导致Ｐｂ３＋空穴中心的湮没．测量并比较了不同退火温度处理后ＰＷＯ晶体的紫外辐照诱导色心吸收谱．观察到导致辐照损伤的Ｏ－空穴中心主要来自晶体中固有的Ｐｂ３＋空穴中心向Ｏ－空穴中心的转化;同时晶体中氧空位作为电子陷阱对Ｏ－空穴中心有稳定作用．当上述两项因素得以消除,晶体辐照硬度随之提高．实验表明,在含氧气氛中高温退火可以有效地改进ＰＷＯ晶体的抗辐照损伤能力．铁杂质对ＰＷＯ的抗辐照能力十分有害     

闪烁光纤时间特性的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗模拟的方法，研究了影响闪烁光纤时间分辨的物理因素，包括光子在光纤中的发射，传输，吸收和最后在光电倍增管输出端形成电泳冲等过程，并和实验结果进行了比较。     

采用光纤和YAP晶体的小型γ相机的蒙特卡罗模拟

基于波长位移光纤(WSF)耦合YAP晶体中的光子传输特性,用GEANT4软件包建立了一个蒙特卡罗模拟程序.对采用波长位移光纤耦合平板式YAP晶体的小型单管γ相机的性能进行了计算机模拟.采用波长位移光纤耦合光电倍增管光阴极面的读出方式,和晶体直接耦合光电倍增管光阴极面相比,在相同的晶体面积大小条件下,PSPMT光阴极面积可大大缩小,使费用降低.模拟结果表明：γ射线与晶体发生作用的地方所对应的光纤输出的平均光子数最少为15个,位置灵敏光电倍增管完全可以探测到.说明采用闪烁晶体－WSF－位置灵敏光电倍增管的读出方式是可行的;在用硅油耦合波长位移光纤和YAP晶体的情况下,获得的空间分辨率为1.28 mm(FWHM).模拟结果也说明了增加平均光子数对提高空间分辨率的重要性.     

用于HIRFL重离子治癌的PET成像实验研究与蒙特卡罗模拟

为了HIRFL重离子治癌的需要,使用两个位置灵敏闪烁体探测器组成了一个简单的PET成像系统.对PET成像进行了实验研究,实验测量得到了物体成像以及γ射线能谱,对于511keV全能峰处的能量分辨率为186%,峰总比为52.4%.采用GEANT3程序对该系统进行了模拟计算,并与实验进行比较,最后对该系统进行了优化设计     

植物研究用γ射线成像系统设计

为了利用正电子发射断层成像技术在植物生理功能研究中的优势,正在开发由两个探测器相向放置构成的γ射线成像系统.系统中采用的探测器是由10×10的氧正硅酸镥(LSO)晶体阵列与滨松R5900-C12耦合组成.单个LSO尺寸为1.8mm×1.8mm×10mm.根据PET应用的特点,测试了该探测器的性能.所有闪烁晶体的图像在位置图谱中清楚可见;511keV全能峰处的能量分辨率位于14.5%—22%之间;符合时间分辨率随着位置灵敏光电倍增管的供给电压的增加而得到改善.这些实验结果表明,该LSO探测器适于构造高分辨率的双探测器成像系统.     

X射线增感屏的图象信息传输特性分析

本文采用Monte Carlo方法详细模拟了不同能量光子与增感屏的作用过程,对于一种稀土(Gd₂O₂S:Tb)增感屏,计算了出射可见光子数的概率分布、平均出射光子数、统计因子、X射线检测效率以及DQE等.增感屏出射可见光子数的概率分布曲线均有三个峰,随着入射X射线能量的增加,各峰之间距离增大,相对强弱对比增大;其余各曲线在Gd原子K壳层结合能(50.24keV)附近,均有突变.这些结果提供了增感屏图象信息传输性能的基本参数,为深入研究增感屏及成象系统的量子噪音传输特性提供指导.