ICCD在三维成像量能器读出系统中的应用
发布时间：2021-07-06 08:10
在宇宙线空间探测领域,三维成像量能器具有大几何因子和较强的粒子鉴别能力,因而具有广泛的应用前景。但是与二维量能器相比,其读出路数更多,电子学更复杂。增强电荷耦合器件（Intensified charge-coupled device,ICCD）比传统的光电器件集成度高、体积小、功耗低、发热量低,正适合用于三维成像量能器的大规模读出,改善资源利用率。本工作主要讨论了ICCD在三维成像量能器方案中的应用,介绍了ICCD线性、光强分辨率测试结果以及对串扰进行修正的方法,最后给出使用欧洲核子中心（European Organization for Nuclear Research,CERN）提供的10 GeV电子束进行束流照射实验得到的能量重建结果,初步验证了ICCD用于三维成像量能器读出系统的可行性。
【文章来源】：核技术. 2017,40(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
典型的ICCD系统内部结构示意图
际应用，其设计目的正是为了用束流照射实验验证该方案的可行性。样机包含（图2）：1)晶体阵列：由5×5×10个3cm边长立方体形晶体组成长方体阵列，规模约为在轨方案的1/40，采用栅格状碳纤维支撑结构，栅格壁厚为1mm；相邻晶体间距在XYZ三个方向上不同，分别为0.2cm、0.3cm（束流方向）、0.5cm（竖直方向）；2)铝合金制暗箱；3)两套ICCD：低量程ICCD(ICCD_L)与高量程ICCD(ICCD_H)分别探测不同能段，二者信号大小平均相差40倍左右；4)触发系统：用PMT作为读出设备，收集所有探测单元输出的光子并产生触发信号。图2HERD原理样机Fig.2HERDprototype.样机探测单元由3cm×3cm×3cm大小的立方形硅酸钇镥(Lutetium-YttriumOxyorthosilicate,LYSO)晶体（样机使用的LYSO由苏州晶特晶体科技有限公司生产）、WLSF以及外部包裹的增强镜面反射膜(EnhancedSpecularReflector,ESR)组成。晶体产生的闪烁光子由加工成螺旋状的WLSF（型号：BCF91A，直径0.3mm）引出到阵列外，共引出三路，分别为低量程(WLSF_L)、高量程(WLSF_H)以及触发路(WLSF_T)。图3为螺旋WLSF实物照片。低量程螺旋圈数为10，引出到ICCD_L；高量程与触发路为同一根WLSF的两端，螺旋圈数为1，分别引出到ICCD_H和触发系统的PMT。WLSF可将晶体发出的蓝光转化为ICCD更灵敏的绿光（发射谱峰值波长为500nm左右），同时改善光收集均匀性。但是WLSF吸收转化效率较低，为了保证最终的光输出，需要使用高光产额的晶体。LYSO晶体密度较高，光产额与NaI(Tl)接近，同时具有快发光、不潮解、温度效应低等优点[89]，近年来得到了越来越多的关注。使用LYSO作为灵敏材料的HERD原理样机纵向厚度达到26辐射长度或1.5核相互作用长度，这种规模可实现对250GeV电子95%以上能量吸收，?
?0倍左右；4)触发系统：用PMT作为读出设备，收集所有探测单元输出的光子并产生触发信号。图2HERD原理样机Fig.2HERDprototype.样机探测单元由3cm×3cm×3cm大小的立方形硅酸钇镥(Lutetium-YttriumOxyorthosilicate,LYSO)晶体（样机使用的LYSO由苏州晶特晶体科技有限公司生产）、WLSF以及外部包裹的增强镜面反射膜(EnhancedSpecularReflector,ESR)组成。晶体产生的闪烁光子由加工成螺旋状的WLSF（型号：BCF91A，直径0.3mm）引出到阵列外，共引出三路，分别为低量程(WLSF_L)、高量程(WLSF_H)以及触发路(WLSF_T)。图3为螺旋WLSF实物照片。低量程螺旋圈数为10，引出到ICCD_L；高量程与触发路为同一根WLSF的两端，螺旋圈数为1，分别引出到ICCD_H和触发系统的PMT。WLSF可将晶体发出的蓝光转化为ICCD更灵敏的绿光（发射谱峰值波长为500nm左右），同时改善光收集均匀性。但是WLSF吸收转化效率较低，为了保证最终的光输出，需要使用高光产额的晶体。LYSO晶体密度较高，光产额与NaI(Tl)接近，同时具有快发光、不潮解、温度效应低等优点[89]，近年来得到了越来越多的关注。使用LYSO作为灵敏材料的HERD原理样机纵向厚度达到26辐射长度或1.5核相互作用长度，这种规模可实现对250GeV电子95%以上能量吸收，以及400GeV质子35%左右能量吸收[10]。图3加工成螺旋状的WLSF(a)低量程WLSF单端引出，(b)高量程、触发WLSF双端引出Fig.3SpiralWLSFs.(a)WLSF_L,singlereadout,(b)WLSF_HandWLSF_T,dualreadout从阵列引出的WLSF固定在光纤接头并以1mm的间距密排（图4），光纤接头与ICCD端窗紧贴，每个接头都汇聚了250路WLSF。图5为ICCD采集的一帧图像，包含了所有WLSF产生的光斑（已扣除背景灰度值），光源来自LYSO内部自发放射性（Lu
本文编号：3267868
【文章来源】：核技术. 2017,40(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
典型的ICCD系统内部结构示意图
际应用，其设计目的正是为了用束流照射实验验证该方案的可行性。样机包含（图2）：1)晶体阵列：由5×5×10个3cm边长立方体形晶体组成长方体阵列，规模约为在轨方案的1/40，采用栅格状碳纤维支撑结构，栅格壁厚为1mm；相邻晶体间距在XYZ三个方向上不同，分别为0.2cm、0.3cm（束流方向）、0.5cm（竖直方向）；2)铝合金制暗箱；3)两套ICCD：低量程ICCD(ICCD_L)与高量程ICCD(ICCD_H)分别探测不同能段，二者信号大小平均相差40倍左右；4)触发系统：用PMT作为读出设备，收集所有探测单元输出的光子并产生触发信号。图2HERD原理样机Fig.2HERDprototype.样机探测单元由3cm×3cm×3cm大小的立方形硅酸钇镥(Lutetium-YttriumOxyorthosilicate,LYSO)晶体（样机使用的LYSO由苏州晶特晶体科技有限公司生产）、WLSF以及外部包裹的增强镜面反射膜(EnhancedSpecularReflector,ESR)组成。晶体产生的闪烁光子由加工成螺旋状的WLSF（型号：BCF91A，直径0.3mm）引出到阵列外，共引出三路，分别为低量程(WLSF_L)、高量程(WLSF_H)以及触发路(WLSF_T)。图3为螺旋WLSF实物照片。低量程螺旋圈数为10，引出到ICCD_L；高量程与触发路为同一根WLSF的两端，螺旋圈数为1，分别引出到ICCD_H和触发系统的PMT。WLSF可将晶体发出的蓝光转化为ICCD更灵敏的绿光（发射谱峰值波长为500nm左右），同时改善光收集均匀性。但是WLSF吸收转化效率较低，为了保证最终的光输出，需要使用高光产额的晶体。LYSO晶体密度较高，光产额与NaI(Tl)接近，同时具有快发光、不潮解、温度效应低等优点[89]，近年来得到了越来越多的关注。使用LYSO作为灵敏材料的HERD原理样机纵向厚度达到26辐射长度或1.5核相互作用长度，这种规模可实现对250GeV电子95%以上能量吸收，?
?0倍左右；4)触发系统：用PMT作为读出设备，收集所有探测单元输出的光子并产生触发信号。图2HERD原理样机Fig.2HERDprototype.样机探测单元由3cm×3cm×3cm大小的立方形硅酸钇镥(Lutetium-YttriumOxyorthosilicate,LYSO)晶体（样机使用的LYSO由苏州晶特晶体科技有限公司生产）、WLSF以及外部包裹的增强镜面反射膜(EnhancedSpecularReflector,ESR)组成。晶体产生的闪烁光子由加工成螺旋状的WLSF（型号：BCF91A，直径0.3mm）引出到阵列外，共引出三路，分别为低量程(WLSF_L)、高量程(WLSF_H)以及触发路(WLSF_T)。图3为螺旋WLSF实物照片。低量程螺旋圈数为10，引出到ICCD_L；高量程与触发路为同一根WLSF的两端，螺旋圈数为1，分别引出到ICCD_H和触发系统的PMT。WLSF可将晶体发出的蓝光转化为ICCD更灵敏的绿光（发射谱峰值波长为500nm左右），同时改善光收集均匀性。但是WLSF吸收转化效率较低，为了保证最终的光输出，需要使用高光产额的晶体。LYSO晶体密度较高，光产额与NaI(Tl)接近，同时具有快发光、不潮解、温度效应低等优点[89]，近年来得到了越来越多的关注。使用LYSO作为灵敏材料的HERD原理样机纵向厚度达到26辐射长度或1.5核相互作用长度，这种规模可实现对250GeV电子95%以上能量吸收，以及400GeV质子35%左右能量吸收[10]。图3加工成螺旋状的WLSF(a)低量程WLSF单端引出，(b)高量程、触发WLSF双端引出Fig.3SpiralWLSFs.(a)WLSF_L,singlereadout,(b)WLSF_HandWLSF_T,dualreadout从阵列引出的WLSF固定在光纤接头并以1mm的间距密排（图4），光纤接头与ICCD端窗紧贴，每个接头都汇聚了250路WLSF。图5为ICCD采集的一帧图像，包含了所有WLSF产生的光斑（已扣除背景灰度值），光源来自LYSO内部自发放射性（Lu
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