【摘 要】
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近年来人们对于核安全关注度越来越高,利用核辐射探测器可以探测环境中的核辐射。闪烁探测器在核辐射探测中广泛应用,其中光电转换器件大多使用光电倍增管,但光电倍增管存在尺寸大、量子效率低和施加电压高等缺点。近些年来,硅光电倍增管（SiPM）以尺寸小、偏置电压低、探测效率高等优点逐渐发展起来。本文从研究SiPM输出信号的特点出发,提出整列信号的合成方法,设计了SiPM等效电路模型,测试了SiPM输出信号并
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近年来人们对于核安全关注度越来越高,利用核辐射探测器可以探测环境中的核辐射。闪烁探测器在核辐射探测中广泛应用,其中光电转换器件大多使用光电倍增管,但光电倍增管存在尺寸大、量子效率低和施加电压高等缺点。近些年来,硅光电倍增管（SiPM）以尺寸小、偏置电压低、探测效率高等优点逐渐发展起来。本文从研究SiPM输出信号的特点出发,提出整列信号的合成方法,设计了SiPM等效电路模型,测试了SiPM输出信号并分析信号特点,提出利用加法器对SiPM输出信号进行阵列求和电路,研制了可单独开关SiPM的阵列信号读出板,据此探究了SiPM阵列数量、分布位置、反光层与测量能谱能量分辨率的关系,并对结果进行分析表明:在未做耦合的情况下,SiPM从4片到32片时,能量分辨率显著提高。但是32片之后（SiPM相对于闪烁体面积达到25.9%）能量分辨率与总脉冲计数提升并不明显。另外SiPM相对闪烁体的位置并不会对能量分辨率有太大影响,而通过增加反光膜（ESR）能量分辨率提高了10.4%。同时设计了匹配SiPM阵列的数字化多道,通过模块化介绍了SiPM电源电路、开关电路、前置放大电路、65MHz AD采集电路、FPGA电路、ARM电路以及其他辅助硬件电路部分。经过65MHz AD采样得到的数字信号传输至FPGA中,在FPGA中通过编程实现梯形成形、堆积判断与丢弃和峰值提取。每一个信号的峰值经过FSMC协议传输至STM32中,在STM32中实现峰值暂存和数据传输功能,在上位机中获得一段时间内采集得到的能谱。最终对设计的伽马能谱仪进行性能测试,经过测试能谱仪拥有良好的能量线性和计数率线性,并得到137Cs对应的662ke V能量分辨率为10.2%,本文研究成果为伽马能谱仪的小型化设计提供了理论支撑和实现方案。
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