闪烁晶体探测器技术在正电子断层扫描中的应用

分析了晶体探测器的原理、结构和性能及其发展趋势,阐述了它在正电子断层扫描中的重要地位.在分析和比较不同类型的快闪烁晶体在PET探测器领域的发展基础上着重论述了更先进的晶体LYSO.采用通过光导将LYSO晶体耦合在位置灵敏型光电倍增管上的探头组成方式,这是一种新的闪烁晶体探测器技术,提高了探头的探测效率.     

CsI(Tl)对高能质子能量响应的蒙特卡罗研究

在放射性核束物理的实验研究中,需要对核反应产物进行测量和鉴别,以获取反应过程中的重要信息.使用GEANT4软件对CsI(Tl)闪烁体探测器对高能质子的能量响应进行了蒙特卡罗模拟,以确定这种探测器用于探测能量范围10HeV-150MeV质子的能量响应.通过对晶体外表面包覆材料反射率、耦合光敏二极管面积、质子射程等条件的模拟和分析,找到了提高CsI(Tl)闪烁体探测器性能的方法.     

具有间隙反射膜的稀疏SiPM阵列PET探测器性能评估

正电子发射断层成像仪(positron emission tomography,PET)通常采用模块化闪烁探测器,由闪烁晶体阵列耦合光电传感器阵列构成。近年来硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SiPM)广泛应用于PET。虽然SiPM紧密排列可以获得较好性能,但是稀疏排列可以有效降低成本,获得较高性价比。该文采用SensL公司MicroFB-30035-SMT芯片自主拼接了一款8×8的稀疏SiPM阵列,阵列面积为33.7mm×33.7mm,SiPM芯片尺寸为3.16mm×3.16mm,即阵列间隙面积比例为44%。基于该稀疏SiPM阵列,开发了一款具有作用深度信息的双层错位LYSO晶体PET探测器模块。SiPM间隙为探测死区,将造成光损失。该文评估了在SiPM间隙粘贴增强型镜面反射膜(enhanced specular reflector,ESR)后对探测器性能的影响。在室温下采集了有无间隙反射膜2种情况下的泛场图像。开发了定量评估方法,评估了探测器的光电峰、能量分辨率和晶体响应均方根误差。结果表明:SiPM间隙粘贴反射膜提高光收集量25.5%,将探测器的能量分辨率由13.48%优化到12.80%;泛场图像质量也有了提升,即改善了探测器固有空间分辨率。     

用于提高康普顿相机探测效率的新型环状吸收体几何设计

康普顿相机成像技术在许多领域都有重要应用.通过Geant4蒙特卡罗模拟和实验，本文提出了一种新型高灵敏度环状吸收体结构康普顿相机，并对比了该结构康普顿相机与传统双层面结构康普顿相机的探测效率和角度分辨率.模拟中，双层面结构康普顿相机散射体和吸收体均包含8×8的Ce:Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂ (GAGG)闪烁体探测器.散射体探测器单元尺寸为10 mm×10 mm×5 mm，吸收体探测单元尺寸为10 mm×10 mm×10 mm.新型环状吸收体结构康普顿相机散射体与双层面结构康普顿相机散射体相同，吸收体探测器单元分布在一个内半径51.5 mm、外半径约73.9 mm的环状结构上，总探测单元数与双层面结构康普顿相机吸收体探测器数相同，每个探测器单元尺寸为10 mm×10 mm×10 mm.模拟和实验结果显示，在角度分辨率相当甚至更优的情况下，新型环状吸收体结构康普顿相机的探测效率显著优于双层面结构康普顿相机，当散射体和吸收体距离>114 mm时，探测效率提高幅度超过1倍.     

近红外光区一维光子晶体高反射镜的设计

研究设计了适用于近红外光区(1 000～2 000nm)且具有异质结构的一维光子晶体宽禁带高反射镜.选取TiO2和SiO2两种常见材料构造一维光子晶体的异质结构,采用传输矩阵的方法计算光子晶体的反射率;并通过数值模拟分析横磁波(TM)和横电波(TE)从空气介质中入射时光子晶体的反射谱.结果表明:设计的具有异质结构的一维光子晶体对TM波在0°～20°和TE波在0°～25°均有较高的反射率(大于0.999 98).设计的宽禁带高反射镜是为了适应可调红外气体激光器和半导体红外可调器谐振腔激光技术发展的需要,也可代替带宽窄、反射率低的传统反射镜应用于各种近红外光谱仪.     

基于GAGG闪烁体探测器卫星小载荷的组装与测试

介绍北京师范大学天格计划团队研制的以Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet (GAGG)闪烁体探测器为核心的卫星小载荷（BNU-120）的组装与测试工作．组装中,4个GAGG晶体（每个3.8 cm×3.8 cm×1.0 cm）通过硅胶与64个SiPM (Silicon Photomultiplier, Sensl MicroFJ-60035-TSV)耦合．实验在15 ～1330 keV范围内标定和测试了温度和偏压对探测器信号幅度的影响、探测器的能量与道址关系、探测器的能量分辨率与能量的关系,以及探测器的探测效率与能量的关系．标定测试结果与天格计划团队先期研发载荷标定数据一致,且探测器探测效率实验测量数据与基于Geant4的蒙特卡罗模拟数据相符．标定数据将用于未来BNU-120发射后在轨探测数据的修正．      

闪烁晶体阵列中光子输运过程的Monte Carlo模拟

为了验证MicroSPECT系统的探测器的设计方案,使用DETECT2000进行闪烁晶体内光子输运过程的Monte Carlo模拟。MicroSPECT系统探测器部分使用4个探测面积为49 mm×49 mm的位置灵敏光电倍增管H8500拼接组成。与之配合的闪烁晶体阵列的面积为103.75mm×103.75mm,像素大小为1.45mm×1.45mm。电子学电路通过位置权重法计算闪烁事件发生的位置。结果表明,闪烁晶体阵列中有效成像像素为55×55,且光电倍增管的拼接部分仍然具有探测能力,初步证明了该系统设计的可行性。     

高能X射线成像系统固体探测器模块的设计

常规的阵列探测器用于高能X射线成像系统时,由于射线能量的增大会出现许多新的问题,设计时必须综合考虑多个方面的要求。在MonteCarlo估算的基础上,设计了若干由CdWO4晶体耦合光电二极管形成的线性阵列探测器模块。射线源采用直线加速器,最大能量9MeV。探测器呈模块化结构,每个模块16个通道,通道间距1.3mm。CdWO4晶体尺寸0.8mm×5mm×30mm,晶体间放置铅隔离层以减小串扰。模拟得其探测效率达70%,能量沉积率30%,而串扰率小于5%。模块加工完成后,分别在60Co、6MeV和9MeV加速器下进行了测试,证明其满足成像系统的要求。     

非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射-透射研究

通过对非寻常光在光轴平行于入射面的单轴晶体中传播情况的分析,研究了光轴平行于入射面时,非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射与透射特性.根据入射光、反射光和折射光之间的相位匹配条件,利用单轴晶体的折射率面和非寻常光光线与光波法线的关系,得到单轴晶体光轴平行于入射面时其表面的边界条件.然后根据晶体内部前后表面处电场量的相位关系,联系两表面处的边界条件,计算了单轴晶体薄膜的反射率与透射率.应用得出的计算方法,计算了石英(正晶体)薄膜和铌酸锂(负晶体)薄膜的透射率和折射率随光轴角度的变化关系.结果表明,计算方法正确,不仅适合正晶体对负晶体也适用,求解方法简单实用,所给的表达式具有一般性,可以直接使用.     

共振吸收介质中含时间的简并四波混频理论

本文理论分析了在共振吸收介质中光波电场(振幅)与时间有关的简并四波混频,得到了耦合波方程的精确解。发现在介质中,信号光和探测光的光波电场不仅是时间的函数,而且其空间分布也发生了变化,进而得到在介质入射面处的反射率R和在出射面处的透射率T的表达式。     

表面形貌对沸腾换热影响的实验研究

以去离子水为工质,通过实验研究了外形尺寸为16 mm×24 mm,表面为紫铜光面、120目砂纸打磨表面、腐蚀表面及槽道表面上的池沸腾换热现象。结果表明,4个换热面上的换热热流密度随着ΔT的增大而增大,腐蚀表面、砂纸打磨表面及槽道表面的沸腾换热均强于光滑面,轻微腐蚀更有利于沸腾换热;当ΔT<4 ℃时,4个换热面均无气泡产生;当ΔT=6 ℃时,120目砂纸打磨面具有比槽道面更好的沸腾换热效果。     

籽晶保护条件下铈掺杂溴化镧晶体生长及其性能

为定向生长出铈掺杂溴化镧（LaBr3:Ce）晶体,改进了坩埚下降法,并在籽晶接种过程引进冷却气体的保护装置。生长出的LaBr3:Ce晶体在137Cs放射源辐照下,其能量分辨率为3.08%,衰减时间为20.1 ns。采用多通道DRS4采集系统,以XP20D0型光电倍增管耦合 Ф 20 mm×5 mm 溴化镧器件作为开始道探测器,H8500型光电倍增管耦合LaBr3:Ce阵列作为被测停止道探测器,放射源为22Na（511 keV）。制备了6×6的LaBr3:Ce阵列,单根晶体条的尺寸为2 mm×2 mm×15 mm。利用数字化波形分析法,获得阵列的清晰二维散点图和一维位置谱,阵列x和y方向的位置分辨率分别为1.01 mm和0.89 mm。制备出的LaBr3:Ce晶体具有优异的能量分辨率和位置分辨率,可以应用于PET等医学成像技术领域。     

Ir（110）表面原子结构、氧原子吸附和STM图像的第一性原理研究

用密度泛函理论（DFT）的总能计算研究了金属Ir（110）表面结构以及氧原子的吸附状态.计算得到Ir（110）-（1×1）的外层表面间的弛豫分别是-13.3%（△d12/d0）和＋6.1%（△d23/d0）,表面能σ=175meV-2,功函数Φ=5.22eV;相应的Ir（110）-（1×2）缺列再构表面的△d12/d0=-9.7%,△d23/d0=-2.4%,表面能为169meV/2,Φ=5.33eV.研究Ir（110）-（1×1）和（1×2）再构表面氧吸附,发现各吸附位置的吸附能值均为正值,表明吸附为放热反应,且氧原子最有可能吸附在短桥位（shortbridgesite,SB）.同时我们还模拟计算Ir（110）-（1×2））缺列再构表面和氧吸附再构表面的扫描隧道显微镜（STM）图像并记录STM针尖的起伏变化,结果显示表面吸附氧的位置远高于{001}方向的铱原子列,但是在STM形貌图上氧原子基本上没有凸起.     

毛细管气相色谱法测定辣椒粉中毒死蜱、对硫磷残留量

采用丙酮直接浸提法提取辣椒粉中的毒死蜱、对硫磷,采用Rtx-1701型（30m×0.25mm×0.25μm）毛细管色谱柱与火焰光度检测器（加硫滤光片）.检测结果显示：当载气流速为1.47mL/min,程序升温速率为30℃/min时,2种有机磷农药在15min内获得有效分离;方法测定结果的相对标准偏差小于6%（n=6）,平均回收率大于85%.     

Nd^3＋：Li3Ba2Re3（MoO4）8（Re=Y，Gd，La）晶体的生长、结构和光谱性能研究

采用顶部籽晶法生长了Nd^3＋：Li3Ba2Re3（MoO4）8（Re=Y,Gd,La）晶体。利用X射线单晶衍射仪证实了其结构,并得到了其晶胞参数。测量了这三种晶体的室温吸收谱和荧光光谱,并计算了吸收光谱和荧光光谱中的相关参数。吸收光谱表明,这三种晶体在805nm处均有较强的吸收,其吸收半峰宽分别为6nm、6nm、7nm,非常适合于LD泵浦。同时根据这三种晶体的荧光光谱计算了其在1．06μm处的发射截面,其峰值分别为：11．6×10-20cm2（Nd3＋：Li3Ba2Y3（MoO4）8）,8．7×10-20cm2（Nd3＋：Li3Ba2Y3（MoO4）8）,6．2×10-20cm2（Nd3＋：Li3Ba2Y3（MoO4）8）。最后,本文将这三种晶体的相关光谱参数与其它一些掺Nd离子的激光晶体进行了对比。结果显示,Nd^3＋：Li3Ba2Re3（MoO4）8（Re=Y,Gd,La）晶体是一种有潜力的固体激光材料。     

高效液相色谱法快速测定糠醛废水中的乙酸含量

采用HPLC方法, 以Symmetry 5 μm C_１８（4.6 mm×150 mm）为色谱柱, 0.002　0 mol/L的H_２ＳＯ₄为流动相, 流速为1.0 mL/min, 采用 双波长紫外检测器,利用外标法测定糠醛废水中乙酸的含量. 此法检测的线性范围是0.040～0.400 g/L, r=0.999　8, 相对标准偏差RSD为0.536%（n=6）, 实际样品的加标回收率为105.5%～115.7%.     

反相高效液相色谱法测定盐酸阿朴吗啡

建立了用反相高效液相色谱测定盐酸阿朴吗啡片剂中盐酸阿朴吗啡含量的方法.用C18(4.6mm×250mm,5μm)柱,甲醇∶0.02mol/LKH     

高效液相色谱法分析聚甘油乳酸酯的组成

建立了HPLC-ELSD法测定聚甘油乳酸酯组成的方法.采用Agilent DZORBAX NH2色谱柱（4．6 mm×250 mm）,确定了最佳色谱条件：流动相为乙腈和水（体积比为90∶10）,蒸发光散射检测器（ELSD）,流速为1．2 mL/min,柱温40℃,进样量4μL .结果表明,在0．1～0．5 mg/mL范围内线性关系良好,相关系数为0．9986,在信噪比（S/N）为3时,检出限为0．020 mg/mL .回收率为98％～102％,相对标准偏差（RSD）为1．2％～1．4％.     

BGO晶体的性能研究

利用蒙特卡罗方法,模拟不同能量的γ射线在BGO晶体中的闪烁过程及不同厚度不同包装下闪烁光的空间分布,发现点光源模型对于晶体出光平面上闪烁光强分布是适用的.模拟表明：BGO与包装之间的界面粗糙时比光滑时空间分辨更好;闪烁中心离出光面越近位置分布越窄,且晶体厚度为4 mm时光产额最大.