【摘要】：隨著核技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛,各類(lèi)放射源使用的安全問(wèn)題越來(lái)越受到大家的關(guān)注。加強(qiáng)對(duì)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(duì)放射性物質(zhì)的快速、準(zhǔn)確的定位,它在核物理實(shí)驗(yàn)、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(guò)程中,為了能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)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(cè)器具有好的位置分辨率、探測(cè)效率和靈敏度。因此,有必要對(duì)探測(cè)器的性能進(jìn)行改進(jìn)并設(shè)計(jì)出一套具有優(yōu)越性能的探測(cè)器。本文針對(duì)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(cè)器。編碼準(zhǔn)直器和大面積位置靈敏探測(cè)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(cè)器是采用四個(gè)大體積的探測(cè)器模塊組成,每個(gè)探測(cè)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(dòng)的平臺(tái)上,要完成對(duì)放射性物質(zhì)的準(zhǔn)確定位,4個(gè)探測(cè)器模塊組成陣列可以提高探測(cè)效率。同時(shí)對(duì)每個(gè)探測(cè)器模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使模塊拼接時(shí)能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接,整個(gè)探測(cè)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(duì)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(diǎn),綜合考慮各項(xiàng)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(gè)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(duì)伽瑪射線的阻擋能力,通過(guò)鎢粉的實(shí)驗(yàn)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(duì)伽瑪射線阻擋率的設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)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(cè)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(shí)電路)組成。閃爍體陣列采用11×11的Cs I(Tl)閃爍體,單個(gè)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(guò)不同類(lèi)型和厚度的光導(dǎo)實(shí)驗(yàn)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(jì)。位置讀出電路選擇DPC電路,將9路光電倍增管引出信號(hào)通過(guò)編碼后變成4路信號(hào)。前置放大和定時(shí)電路主要采用美國(guó)AD公司的AD8042、MAX942等芯片設(shè)計(jì)而成。本文先進(jìn)行了光電倍增管性能測(cè)試、光電倍增管一致性校正等實(shí)驗(yàn)。后搭建了探測(cè)器模塊測(cè)試平臺(tái),對(duì)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(shí)驗(yàn)研究,對(duì)探測(cè)器模塊的各組成部分進(jìn)行了優(yōu)化。完成單個(gè)探測(cè)器模塊的研制,從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可靠性。后將4個(gè)相同的探測(cè)器模塊組裝在一起,完成了整個(gè)探測(cè)器的研制。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TL81

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