采用 SiPM 阵列读数改进大面积 LaBr3:Ce 探测器的时间分辨率
仪器与探测器
2023-11-29 v2
摘要
LaBr3:Ce 晶体具有良好的 X 射线能谱闪烁性能。最初,它们以光电倍增管或 SiPM 读数为手段引入医学物理的辐射成像,并在国土安全和伽马射线天文学中得到广泛应用。我们使用 1 英寸圆形 LaBr3:Ce 晶体配合 SiPM 阵列读数为手段实现紧凑型探测器。目标是获得良好的能量分辨率和快速时间响应以探测约 100 keV 的低能 X 射线。在 RIKEN RAL 的 FAMU 实验中发现了一个天然应用。其目标是通过入射缪子精确测量质子 Zemach 半径,以助解决所谓的质子半径之谜。待探测信号为约 130 KeV 的特征 X 射线。与光电倍增管读数探测器相比,此类探测器的限制在于因所用 SiPM 阵列的大电容导致其时间特性较差。特别是长信号下降时间在诸如 FAMU 的实验中是个问题,其中必须将待探测信号 X 射线中的瞬时背景成分与延迟成分(600 ns 后)分离。我们开展了专门研究以改进所用探测器的时间特性,从 SiPM 单元的混合并联起步;随后开发了带并行并联的合适零极点电路,其中使用 SiPM 阵列的增高过压来补偿信号衰减;最终设计专用电子学将 1 英寸探测器 SiPM 阵列拆分为四个象限,从而降低所涉电容。目标是在保持低能 X 射线探测良好 FWHM 能量分辨率的同时,改进探测器时间特性,尤其是下降时间。
引用
@article{arxiv.2311.15949,
title = {Improving the Time Resolution of Large-Area LaBr3:Ce Detectors with SiPM Array Readout},
author = {M. Bonesini and R. Bertoni and A. Abba and F. Caponio and M. C. Prata and M. Rossella},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.15949},
year = {2023}
}