使用双面SiPM读出的NaI(Tl)闪烁体进行全方位伽马射线成像

能够确定入射辐射方向的伽马射线成像系统对于国土安全、核不扩散、环境监测和放射紧急响应至关重要。本工作提出了一种基于单片圆柱形 2 x 2 英寸 NaI(Tl) 闪烁晶体并耦合双端 16 x 16 硅光电倍增管（SiPM）矩阵的紧凑、高效全向伽马射线成像概念。该系统利用从晶体两个面收集的闪烁光分布来重建三维相互作用位置。进行了包含完整光学光子输运的 GEANT4 蒙特卡洛模拟，针对来自 ^137Cs 源的 662 keV 伽马射线。模拟的光电峰能量分辨率为 6.69% ± 0.31% FWHM。实现了一种混合定向重建框架，结合体积自衰减（主动掩蔽）用于稳健的低能定位和晶体内康普顿成像用于更高能量。在累积约 40,000 个光电峰计数时，主动掩蔽算法实现了 FWHM_rm elev 5.7^degrees 和 FWHM_rm az 3.7^degrees 的角分辨率。该系统完全符合手持式放射性核素识别设备的 EN IEC 62327 标准。在要求的 120 秒采集窗口内，它将来自下半球的地面背景（NORM）抑制了约 320 倍，在 300 秒积分时提高到约 980 倍。这些结果表明，单片双端 NaI(Tl) 探测器可以将传统的标量光谱仪转变为适用于便携式现场使用和自动化货物检查的灵敏、实时定向成像仪器。