【摘要】：隨著核技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛,各類放射源使用的安全問題越來越受到大家的關(guān)注。加強(qiáng)對放射性物質(zhì)的安全監(jiān)管需要大量使用核技術(shù)方法及設(shè)備,伽瑪射線成像儀,能夠?qū)崿F(xiàn)對放射性物質(zhì)的快速、準(zhǔn)確的定位,它在核物理實驗、粒子物理學(xué)、天文物理學(xué)、地質(zhì)勘探、核醫(yī)學(xué)、核安全等領(lǐng)域扮演了重要的角色。在放射性物質(zhì)搜尋過程中,為了能夠快速、準(zhǔn)確的對放射性物質(zhì)成像,確定放射性物質(zhì)位置,就需要所用的探測器具有好的位置分辨率、探測效率和靈敏度。因此,有必要對探測器的性能進(jìn)行改進(jìn)并設(shè)計出一套具有優(yōu)越性能的探測器。本文針對放射性物質(zhì)快速、準(zhǔn)確定位,為超高靈敏度伽瑪射線成像儀研制了一套基于編碼孔徑技術(shù)的大面積位置靈敏探測器。編碼準(zhǔn)直器和大面積位置靈敏探測器是超高靈敏度伽瑪射線成像儀的核心部件。編碼準(zhǔn)直器由碼板固定板和編碼碼板組成,探測器是采用四個大體積的探測器模塊組成,每個探測器模塊的靈敏面積為165 mm×165 mm。這是由于超高靈敏度伽瑪射線成像儀主要應(yīng)用在移動的平臺上,要完成對放射性物質(zhì)的準(zhǔn)確定位,4個探測器模塊組成陣列可以提高探測效率。同時對每個探測器模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,使模塊拼接時能實現(xiàn)無縫拼接,整個探測器的靈敏面積為330 mm×330mm。編碼準(zhǔn)直器的研制主要包括編碼方式的選擇、碼板及基本單元尺寸的確定、碼板材料、碼板及固定板的加工等。論文中對編碼孔徑成像的原理進(jìn)行了介紹,并根據(jù)不同的編碼孔徑成像特點,綜合考慮各項技術(shù)指標(biāo),選擇了修正均勻冗余陣列編碼方式。根據(jù)編碼方式及閃爍體的尺寸確定了碼板的基本單元尺寸確定為30 mm×30 mm,共有21×21個基本單元,碼板的整體尺寸為610 mm×610 mm。碼板材料的選擇主要考慮材料的密度和對伽瑪射線的阻擋能力,通過鎢粉的實驗發(fā)現(xiàn)鎢粉的填充密度達(dá)不到要求,最后確定碼板材料為99%鎢含量的鎢鎳銅合金塊。根據(jù)對伽瑪射線阻擋率的設(shè)計要求,設(shè)計碼板厚度為15 mm,碼板的加工采用機(jī)械加工的方式將鎢鎳銅合金加工成金屬條。碼板固定板采用尼龍材料,尺寸為710 mm×710 mm×30 mm,采用機(jī)械加工的方式。探測器模塊主要由閃爍體陣列、光電倍增管陣列、光導(dǎo)、反射層和前端電子學(xué)(包括光電倍增管分壓電路、位置讀出電路、前置放大和定時電路)組成。閃爍體陣列采用11×11的Cs I(Tl)閃爍體,單個閃爍體的體積為14.9 mm×14.9 mm×14.9 mm,六面拋光,閃爍體之間使用0.065 mm厚度的高反膜。光電倍增管陣列由北京濱松的CR173光電倍增管組成3×3光電倍增管陣列,光電倍增管入射窗的尺寸為φ51 mm,光陰極有效尺寸為φ46 mm。通過不同類型和厚度的光導(dǎo)實驗后選擇20 mm厚度的井行光導(dǎo)。光電倍增管分壓電路根據(jù)CR173推薦分壓配比完成設(shè)計。位置讀出電路選擇DPC電路,將9路光電倍增管引出信號通過編碼后變成4路信號。前置放大和定時電路主要采用美國AD公司的AD8042、MAX942等芯片設(shè)計而成。本文先進(jìn)行了光電倍增管性能測試、光電倍增管一致性校正等實驗。后搭建了探測器模塊測試平臺,對光電倍增管供電電壓、DPC電路、光電倍增管陣列、閃爍體陣列、光導(dǎo)等進(jìn)行了實驗研究,對探測器模塊的各組成部分進(jìn)行了優(yōu)化。完成單個探測器模塊的研制,從實驗上驗證了設(shè)計方案的可靠性。后將4個相同的探測器模塊組裝在一起,完成了整個探測器的研制。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL81

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本文編號：2781430