闪烁探测器中粒子相互作用的全光成像

在闪烁探测器中精确三维定位辐射相互作用对于核物理与粒子物理、核保障和医学成像至关重要,但在光子统计有限的光子匮乏条件下仍然困难。我们提出了PRISM,一种多焦点全光成像系统,用于在单体积闪烁体中实现毫米级三维位置重建。PRISM采用具有不同焦距和高有效数值孔径的多焦点微透镜阵列,以平衡光子收集与空间和深度编码。Cramér-Rao下界分析表明,在光子受限条件下,多焦点设计比传统的单焦点全光系统提高了轴向灵敏度。我们构建了原型系统,用可调光源校准其光学响应,并形成约$\mathcal{O}(100)$个探测光子的光子受限测量。对于稀疏单顶点事件,我们使用交替下降条件梯度启发式算法重建相互作用位置,并展示了平均三维定位误差约为1毫米。我们还对双顶点事件进行了初步评估,表明随着相互作用之间轴向间隔的增加,定位精度得到改善。这些结果表明,多焦点全光成像可以缓解光收集与空间分辨率之间的传统权衡,为闪烁探测器中的三维重建提供了一种光子高效的方法,并为未来的多散射事件重建奠定了基础。