大尺寸BGO-SiPM探测器温度效应及能量分辨研究

作     者：宋路洋 苏俊 张立勇 陈俊锋 刘峰成 覃之巍 盛耀德 江信之 陈鑫 林棽 黄羿彤 王琳 谌阳平 金仕纶 卢飞 SONG Luyang;SU Jun;ZHANG Liyong;CHEN Junfeng;LIU Fengcheng;QIN Zhiwei;SHENG Yaode;JIANG Xinzhi;CHEN Xin;LIN Shen;HUANG Yitong;WANG Lin;SHEN Yangping;JIN Shilun;LU Fei

作者机构：射线束技术教育部重点实验室北京师范大学物理与天文学院北京100875 中国科学院上海硅酸盐研究所上海201899 中国原子能科学研究院北京102413 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 中国科学院上海高等研究院上海201210 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFA1603301,2023YFA1606701) 国家自然科学基金(12275026) 

出 版 物：《原子能科学技术》 (Atomic Energy Science and Technology)

年 卷 期：2025年第59卷第2期

页      码：257-264页

摘      要：大型闪烁体γ探测阵列在核物理和核天体物理等领域的实验研究中发挥着重要作用。传统的光电倍增管(PMT)体积较大,对设计带来了诸多限制,进而影响阵列的效率、紧凑性和颗粒度等关键性能指标的提升,可采用体积更小的硅光电倍增器(SiPM)作为替代方案。然而,与PMT相比,SiPM的性能对温度的敏感性更显著,这一效应和闪烁体自身的温度效应相互叠加,进一步增加了探测器的使用复杂性。本工作将6 cm×6 cm×12 cm的大尺寸锗酸铋(BGO)闪烁体和8×8通道的SiPM阵列耦合形成BGO-SiPM探测器,并对其在不同温度下的工作条件进行了测试,确定了其最佳工作电压,得到了最佳能量分辨率。同时,还采用PMT对同一BGO闪烁体进行读出(BGO-PMT探测器)并在相同温度下进行了对比测量。实验结果显示,当温度高于20℃时,SiPM迅速上升的暗电流会导致探测器能量分辨变差;20℃以下,BGO-SiPM和BGO-PMT探测器性能接近,但BGO-SiPM探测器的能量分辨率随温度降低的提升速度略优于BGO-PMT探测器,这主要归因于SiPM暗电流随温度降低而减小。此外,本工作还研究了20℃附近BGO-SiPM探测器峰道址随温度的变化关系。研究表明,大尺寸BGO-SiPM探测器性能相较BGO-PMT探测器具有一定的优势,但峰道址的温度敏感性更强,为SiPM在BGO探测阵列的应用提供重要参考。

主 题 词：γ探测阵列 硅光电倍增器 锗酸铋闪烁体 温度效应 击穿电压 能量分辨率 

学科分类：082704[082704] 08[工学] 0827[工学-食品科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.7538/yzk.2024.youxian.0771

馆 藏 号：203157304...