口袋式伽马能谱仪研制

李钰龙， 王忠海， 高 泰， 陈 琦， 赵倩儒， 董春辉， 周 荣， 杨朝文

(四川大学辐射物理与技术教育部重点实验室， 成都 610065)

1 引 言

便携式能谱仪在环境辐射监测[1]、放射性活度鉴定[2-3]、无损检测[4-5]等领域有着重要的应用. 传统的伽马谱仪可分为两种：一种是基于独立的探测器、电子学插件和PC机组成的传统能谱测量仪，它重量大、体积大，一般放置于实验室中使用；另一种是手持式能谱测量仪，主要应用于野外环保监察和核设施设备巡查等. 但即使是手持式便携能谱仪，其常规体积也相近于一台投影仪，重约3～5 kg(例如CANBERRA InSpectorTM1000). 较大的体积和重量一定程度地影响了工作效率，限制了能谱仪的应用范围. 小体积、高性能、低功耗已经成为便携式谱仪的发展趋势. 刘毅等人[6]采用GAGG:Ce晶体耦合SiPM的方式，成功研制了一款小体积高分辨的伽马相机. 但由于其数据采集及处理系统采用ADC+FPGA的框架，未能解决低成本、低功耗等问题. 本文借鉴其GAGG:Ce闪烁晶体耦合SiPM的方式，同时利用最新的高性能ARM处理器平台，设计一套信号采集处理电路，研制一套集成度更高、成本更低、体积更小以及功耗更低的口袋式能谱测量仪.

2 晶体和探测器

2.1 闪烁晶体

近年来，高能物理、行李检测和医学成像等领域发展迅速，其中作为探测器核心部分的闪烁晶体也有了众多的研究成果. 高灵敏度、高光输出、发光衰减时间短和高能量分辨率等特性是闪烁晶体的发展目标.Gd3(Al1-xGax)5O12:Ce(简写GAGG:Ce)是基于LuAG：Ge晶体进行替代参杂Gd3+，Ga3+而生长出的多组分石榴石闪烁晶体. GAGG:Ce属于立方晶体，呈淡黄色，与其他晶体相比，具有很多优点：不易潮解，相比于NaI(Tl)，CsI(Na)等晶体长期稳定性更好；……