基于正电子发射断层扫描的 SiPM 读出用于紧凑型分段中子成像器的评估

特殊核材料（SNM）的伽马射线发射相对容易使用适量高原子序数材料屏蔽而免于探测。相比之下，快中子穿透力强得多，可逃逸相对较厚的高原子序数屏蔽而不损失显著能量。此外，快中子提供了 SNM 存在的清晰且无歧义的特征，几乎没有竞争性的自然背景源。探测快中子的挑战有两方面。首先，来自 SNM 的中子通量仅为相应伽马射线通量的一小部分。其次，快中子可能难以与伽马射线区分。将伽马射线与中子鉴别能力同中子成像相结合，可带来巨大益处，以将局部 SNM 中子源从背景中隔离出来。随着近期脉冲形状敏感塑料闪烁体的发展——其提供了优异的伽马射线/中子鉴别能力——以及硅光电倍增管阵列与高度可扩展且快速的基于正电子发射断层扫描（PET）的多通道读出系统相结合，适用于 SNM 探测的现场可部署中子成像器可能已触手可及。在本文中，我们表征了近期可用的商用 PET 扫描器读出的性能，包括其对快中子与伽马射线之间脉冲形状差异的灵敏度、能量与时间分辨率，以及线性与动态范围。我们发现，尽管使用芪可实现脉冲形状鉴别，但要使用现有最佳塑料闪烁体实现该鉴别，仍需进一步改进读出。时间与能量分辨率在某些情形下似乎足以用于中子成像。