【摘 要】
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核辐射存在于生活中的许多方面,而闪烁探测器作为一种被广泛使用的核辐射探测器,其在医疗、工业、科研等领域中发挥着重要的作用。虽然闪烁探测器探测效率较高且有优秀的环境适应性,但其中康普顿平台的存在仍然在很大程度上影响了其对低能、低强度放射源的测量,限制了其应用。本文介绍了一种只使用单个光电倍增管（PMT）的La Br:Ce/Na I:Tl反符合叠层（phoswich）探测器,其使用的闪烁体为复合结构的
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核辐射存在于生活中的许多方面,而闪烁探测器作为一种被广泛使用的核辐射探测器,其在医疗、工业、科研等领域中发挥着重要的作用。虽然闪烁探测器探测效率较高且有优秀的环境适应性,但其中康普顿平台的存在仍然在很大程度上影响了其对低能、低强度放射源的测量,限制了其应用。本文介绍了一种只使用单个光电倍增管（PMT）的La Br:Ce/Na I:Tl反符合叠层（phoswich）探测器,其使用的闪烁体为复合结构的叠层晶体,由La Br:Ce主晶体和Na I:Tl次晶体封装组成。探测器使用反符合算法,当在主晶体中因发生康普顿散射而逃逸出的散射光子在次晶体内发生能量沉积后,其形成的包含有次晶体特征和主晶体特征的符合信号会被辨别并去除,以此实现抑制部分康普顿事件的功能。为了得到La Br:Ce/Na I:Tl叠层晶体的具体尺寸,我们首先使用蒙特卡洛模拟软件Geant4对不同比例、尺寸下的晶体进行了模拟仿真。以能量沉积率、峰总比为优化指标得到了较为合理的叠层晶体尺寸设计方案。随后,为了验证在叠层晶体中使用脉冲波形鉴别方法（Pulse Shape Discrimination,PSD）的可行性,使用模拟光学光子输运的方法,模拟研究了所选定尺寸的叠层探测器的脉冲响应情况,并给出了脉冲信号的上升-衰减时间分布图。在决定并完成了探测器的总设计方案后,围绕实验室内搭建好的La Br:Ce/Na I:Tl反符合叠层γ探测平台开展了一系列测量。在确定了达峰时间T和半峰增率D两个特征参数后,测量了其特征分布情况,确定了20ns＜T＜459),0＜D＜0.007的脉冲波形鉴别条件值,并测试了不同的甄别条件下单T、单D和T＆D几种算法的表现,发现同时使用两种特征参数的T＆D算法表现要优于只单独使用任一特征值。相较于单La Br:Ce探测器,最终使用T＆D鉴别算法的反符合叠层探测器的康普顿抑制率I=0.177,抑制后峰总比P/T上升了21.5%（测量Cs标准源）。最后,为反符合叠层γ探测器引入了两种神经网络,分别是基于自组织映射（Self-Organization Map,SOM）的聚类神经网络（Neural Network Clustering,NNC）和模式识别神经网络（Neural network Pattern Recognition,NPR）。其中NNC是无监督训练的、基于数据间的相似性而自聚类的神经网络,很适合处理这类未先验数据。NPR是一个两层的前馈式神经网络,需要挑选预处理的训练数据和验证数据。两种神经网络在La Br:Ce/Na I:Tl叠层探测器中的表现在不同方面相较传统算法有所提升,对信号表现出了优秀的分类效果。
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