揭示空间辐照环境下生命活动的应激反应机制是未来太空安全探索开展的重要科学基础。微束辐照显微镜是开展地面模拟空间辐射环境生命科学研究的核心仪器,其中微束辐照剂量监测装置是该仪器能否准确实现辐照环境模拟的关键。其难点一在于粒子微束在空气中传播距离极短,而生物样品只有在空气中才存活,粒子束流在真空窗末端出射无法满足辐照生物样品与粒子剂量监测同时进行;难点二在于通过在生物细胞培养皿与粒子真空窗缝隙间使用塑料闪烁体将辐照粒子部分能量转换成可探测的光子信号间接进行粒子剂量监测克服难点一的同时,为获得高探测效率闪烁体厚度应尽量大,但与此同时导致辐射生物样品粒子大部分能量沉积在闪烁体内部,无法准确观察生物细胞对粒子辐射的响应机制。针对上述问题,本课题“基于闪烁体的微束辐照粒子计数探测技术研究”利用辐射粒子作用闪烁体激发荧光特性,将粒子部分能量用于辐照生命体进行在线实验分析;另一部分激发闪烁体产生荧光,对产生的光子探测实现原位剂量监测。利用Geant4仿真软件,建立微束粒子辐照闪烁体激发荧光探测模型,获得闪烁体厚度与粒子能量沉积、激发响应产生光子数以及出射束斑直径特性,揭示闪烁体荧光效应的光子探测响应规律,克服粒子辐射生物体在线实验分析原位剂量监测的困难,实现粒子辐照生物体剂量监测与控制,完成粒子辐照剂量监测误差<3%,辐射同步误差<1μs计数指标。具体开展以下工作:首先,针对单一粒子入射闪烁体激发荧光过程,基于蒙特卡罗平台的Geant4软件构建粒子入射闪烁体激发荧光模型。通过对闪烁体探测器的材料、结构、粒子与闪烁体作用物理过程进行模拟,揭示闪烁体膜厚结构与粒子入射能量沉积、激发产生光子数以及入射粒子出射束斑直径分布的关系,完成闪烁体结构的加工设计。其次,由于微束辐照终端难以实现粒子数量的准确控制,为实现“基于闪烁体的微束辐照粒子计数探测技术研究”的校准与标定,提出一种基于脉冲激光器等效模拟原理的粒子辐照剂量方法。通过等效模拟粒子辐照剂量装置实现对光子探测过程中暗计数抑制影响因素以及多单光子、多光子的响应特性分析。第三,针对信号处理单元生成的方波电信号设计了计数及辐射同步控制板卡,该模块用于实现粒子辐照剂量的精确计数,并根据预先设定的辐照剂量同步控制粒子束流开关的通断。最后,设计并搭建基于塑料闪烁体的粒子辐照剂量监测与控制实验装置。完成了对该系统的计数准确性、短期长期稳定性的等效验证实验,同时对粒子辐照剂量控制系统同步误差进行测试分析。实验表明粒子计数误差为<3%,辐射同步误差<1μs。本课题实现微束辐照粒子剂量的原位监测与控制,服务于双光子显微镜与微束辐照终端的联用。