高密度塑料闪烁体探测器的数据获取系统设计

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一种塑料闪烁体探测器及其封装方法[发明专利]

专利名称：一种塑料闪烁体探测器及其封装方法专利类型：发明专利
发明人：潘子文,董靖宇,叶邦角
申请号：CN202010824098.8
申请日：20200817
公开号：CN111983666A
公开日：
20201124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种塑料闪烁体探测器及其封装方法，塑料闪烁体(粒子探测区域)使用特氟龙胶带包裹而光导(荧光光子传输区域)使用高反射率铝箔包裹的特氟龙‑铝箔混合封装方法，以尽可能优化塑料闪烁体探测器的荧光收集效率，从而提高μSR谱学用塑料闪烁体探测器的能量分辨和时间分辨能力。

本发明优点为具有高的荧光收集效率，高的信噪比，更好的能量分辨和时间分辨能力，封装方式简单，材料成本低廉。

申请人：中国科学技术大学
地址：230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
国籍：CN
代理机构：北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：杨学明
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闪烁体探测器原理

闪烁体探测器原理
闪烁体探测器是一种用于探测和测量辐射粒子的仪器。

它基于闪烁体的原理，当被探测粒子进入闪烁体时，产生的能量会激发闪烁体中的原子和分子跃迁至高能级，然后快速回到基态，并释放出可见光。

该可见光被探测器内部的光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）所转换和放大，最终转化为电
信号。

闪烁体的选择是非常关键的。

常见的闪烁体材料包括有机晶体（如NaI(Tl)）、无机晶体（如CsI(Tl)）和塑料闪烁体（如
BC-408）。

这些材料都具有较高的密度和原子数，能够有效
地捕获通过的粒子能量，并将其转化为可见光的形式。

在闪烁体探测器中，闪烁体材料通常被制成晶体或塑料条的形状。

当粒子进入闪烁体时，它与其中的原子或分子发生相互作用，产生电离和激发。

这些电离和激发会产生自由电子和离子，其中一部分被电场加速并引导到一个或多个光电倍增管中。

光电倍增管是检测器的关键组件之一。

它包含一个光学系统和一个电子增益系统。

光学系统将闪烁体产生的光转换为光电子，并经过多级倍增过程放大。

光电子在倍增过程中通过一系列的电子微通道，逐级增加电子数量，最终形成一个电子脉冲。

这个电子脉冲的数量和能量大小与入射粒子的能量有关，通过测量这些电子脉冲的数量和能量可以确定入射粒子的性质和能量。

闪烁体探测器的工作原理基于粒子与闪烁体的相互作用，将粒
子能量转换为可见光和电脉冲信号。

它在核物理、医学影像学、航空航天等领域有着广泛的应用。

深空探测用塑料闪烁体阵列式缪子探测器电子学采集系统设计

第 39 卷第 2 期航天器环境工程Vol. 39, No. 2 2022 年 4 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING175 E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544深空探测用塑料闪烁体阵列式缪子探测器电子学采集系统设计窦文强1，韩然2*，刘滨1，李志伟2，程雅苹2，冒鑫2，李景太2，刘振宇1（1. 华北电力大学核科学与工程学院，北京 102206； 2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094）摘要：宇宙线缪子成像方法是一种对物质密度敏感的高分辨率、高精度被动源探测技术，无须原位测量，有望成为火星和小行星浅表和内部物质结构成分研究的新兴深空探测手段。

鉴于气体探测器、核乳胶探测器使用条件的局限性，设计一种适用于深空探测的多通道读出的塑料闪烁体阵列式缪子探测器，可实现对多路探测器缪子信号的采集。

搭建探测器测试系统，在实验室条件下进行天然缪子探测实验，对探测到的缪子数据进行天顶角和方位角分析，结果显示缪子径迹随角度分布与理论预期符合很好，初步验证了探测器系统设计的合理性。

关键词：深空探测；缪子成像；塑料闪烁体探测器；现场可编程门阵列；硅光电倍增管中图分类号：O572.21文献标志码：A文章编号：1673-1379(2022)02-0175-06 DOI: 10.12126/see.2022.02.009Design of electronic acquisition system of muon detector with plastic scintillator array to be applied for deep space explorationDOU Wenqiang1, HAN Ran2*, LIU Bin1, LI Zhiwei2, CHENG Yaping2, MAO Xin2, LI Jingtai2, LIU Zhenyu1(1. School of Nuclear Science and Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China;2. Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China)Abstract: The cosmic ray muon imaging method, as a high-resolution, high-precision passive detection technology, is sensitive to the density of matter and does not require the in-situ measurement, and it is expected to be an effective approach for the structure and the composition of the shallow surface and the internal matter of Mars and asteroids. In view of the limitation of the gas detectors and the liquid detectors, a multi-channel readout plastic scintillator array detector is designed for the acquisition of signals from multiple detectors. A detector system is set up to conduct the natural background muon detection experiments under laboratory conditions. and the zenith angle and the azimuth angle of the detected muon data are analyzed. It is shown that the angle distributions of the muon track are similar to those of the theoretical prediction, thus the applicability of the designed detector system is verified.Keywords: deep space detection; muon imaging; plastic scintillator detector; FPGA; SiPM收稿日期：2021-11-24；修回日期：2022-03-21基金项目：国家自然科学基金项目（编号：U1865206）引用格式：窦文强, 韩然, 刘滨, 等. 深空探测用塑料闪烁体阵列式缪子探测器电子学采集系统设计[J]. 航天器环境工程, 2022, 39(2): 175-180DOU W Q, HAN R, LIU B, et al. Design of electronic acquisition system of muon detector with plastic scintillator array to be applied for deep space exploration[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2022, 39(2): 175-1800 引言获取地外星体浅表和内部的结构、物质成分及其物理性质是深空探测的重要目标之一。

塑料闪烁体探测器工作原理

塑料闪烁体探测器工作原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣的科技玩意儿——塑料闪烁体探测器。

这听起来可能像个高科技词汇，其实，它的原理并不复杂。

就像你和朋友一起玩捉迷藏，找到他的时候心里那个小激动，塑料闪烁体探测器也是在“找东西”，而且它找的是微小的粒子，像宇宙中的那些小秘密。

接下来，就让我们揭开这个神秘的面纱吧！2. 什么是塑料闪烁体探测器？2.1 塑料闪烁体的基本概念说到塑料闪烁体，简单来说，它就是一种能发光的塑料材料。

当高能粒子通过它时，就像你在黑暗中一不小心摔了一跤，瞬间产生了“闪光”效果。

这里的“高能粒子”可以是宇宙射线，也可以是其他放射性物质。

它们在塑料中快速移动，就像你在游乐场的过山车上，嗖的一下，刺激又兴奋。

2.2 工作原理那么，这个探测器到底是怎么工作的呢？其实很简单。

首先，当高能粒子撞击塑料闪烁体的时候，塑料中的分子就会激发起来，开始发光。

接着，这些光信号会被探测器内部的光电二极管捕捉到。

可以想象成，咱们的塑料就像是一个舞台，粒子就是台上的演员，而光电二极管就是在台下聚精会神观看表演的观众。

哇，真是个热闹的场面！3. 应用领域3.1 科学研究那么，塑料闪烁体探测器在哪些地方可以派上用场呢？首先，它在科学研究中可是大显身手。

科学家们利用它来探测宇宙中的粒子，寻找暗物质和其他神秘的现象。

就像侦探在解谜一样，他们通过这些微小的光信号，逐步拼凑出宇宙的故事。

这种探测器不仅轻便，还能适应各种环境，真是科研工作者的好帮手。

3.2 医疗领域再说说医疗领域，塑料闪烁体探测器同样有它的一席之地。

它们被用在某些医学成像设备中，比如正电子发射计算机断层扫描（PET）。

听起来复杂，其实就像是在给身体做一次“大扫除”，帮助医生更好地了解身体内部的状况。

这可真是救命稻草，能够提前发现许多问题，让医生和患者都能松一口气。

4. 总结好啦，朋友们，今天咱们简单聊了聊塑料闪烁体探测器的工作原理。

它从科学研究到医疗领域，真是无所不能，简直就像个全能选手。

国家质量监督检验检疫总局关于印发《口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范》的通知

国家质量监督检验检疫总局关于印发《口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范》的通知文章属性•【制定机关】国家质量监督检验检疫总局(已撤销)•【公布日期】2012.06.06•【文号】国质检卫[2012]288号•【施行日期】2012.06.06•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】核能及核工业,水运正文国家质量监督检验检疫总局关于印发《口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范》的通知（2012年6月6日国质检卫[2012]288号）各直属检验检疫局：现将《口岸核与辐射设备配置及技术功能规范》印发给你们，请遵照执行。

《口岸核与辐射设备配置及技术功能规范(试行)》(质检反恐办[2011]6号)同时废止。

附件：口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范附件：口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范第一部分总则一、目的为加强口岸入境人员、交通工具、货物、集装箱、行李、邮包、快件等核与辐射监测工作，防范放射性物质经口岸非法输入，有效预防、控制和减少放射性物质对国家安全、人员健康、环境保护造成危害和破坏，规范国境口岸核与辐射监测设备的配置、管理、使用和维护，特制定本规范。

二、适用范围本规范适用于口岸核与辐射监测仪器设备的配置、管理、使用和维护。

检验检疫机构配置的核与辐射监测仪器设备技术指标应不低于本规范技术要求。

第二部分口岸核与辐射监测设备配置和使用要求一、原则口岸核与辐射监测仪器设备的配置和使用应遵循：合理配置，规范使用，有效维护的原则。

二、仪器设备的种类(一)个人剂量计(Personal radiation detectors，PRDs)。

是用于佩带在人体躯干用来测定佩带者所受 X或γ辐射外照射个人剂量当量和个人剂量当量率的检测仪器，主要用于核与辐射工作人员的个人防护。

(二)便携式核与辐射监测仪(Hand-held Radiation detectors instruments)。

便携式核与辐射监测仪种类较多，目前常用有以下几种：1．便携式X和γ剂量率仪(Hand held X and gamma dose rate meter)：用于X和γ辐射剂量率测定的便携式仪器。

sipm耦合塑料闪烁体探测器放大电路设计

sipm耦合塑料闪烁体探测器放大电路设计好啦，今天我们来聊聊关于“sipm耦合塑料闪烁体探测器放大电路设计”的那些事儿。

这听起来可能有点儿复杂，但是别着急，我会尽量用简单的语言给大家讲清楚。

啥是“SIPM耦合塑料闪烁体探测器”呢？这就是一种高科技的设备，它能用来检测辐射、粒子或者其他不容易被直接看见的东西。

怎么能让这个探测器发挥作用呢？你肯定想，光有个探测器可不行，还得把它探测到的信号“放大”才能看到更多细节。

就像你手机的信号不强，得用信号放大器一样。

所以，今天的重点就是怎么设计一个让这个探测器的信号变得更强、更清晰的电路。

大家可能会觉得，电路设计就像拆开一个大蛋糕，里面全是复杂的元件、线路，怎么看都觉得一头雾水。

哎呀，其实并没有那么难！设计这种放大电路，关键就在于理解两个字——“放大”。

就像你在超市买了一个音响，怎么让它发出的声音更大、更清晰？答案就是增加音响的功率。

同理，探测器收到微弱信号后，放大电路要让这些微小的信号变得更容易“听见”，才能进一步分析。

这不就像你聚精会神地在听别人讲话，旁边的人说话特别小声，你得把耳朵竖得更高些才能听到对方的心里话。

好了，具体到设计的时候，我们首先得理解一个问题——“增益”。

你不可能把一个原本一滴水的信号直接变成一桶水，那样信号就完全失真了。

所以呢，要保证增益既不小到听不见，又不能大到失去细节，做到“刚刚好”。

这就像你在做菜的时候放盐，少了不够味，多了反而咸死。

增益的选择需要精确，需要调节得恰到好处。

然后呢，还得考虑噪声。

要知道，任何电路都会有一些杂音，可能是电源不稳，可能是器件本身的缺陷，甚至是外界环境的干扰。

这些噪声像是你在安静的夜晚突然听到外面汽车的喇叭声，突然打破了平静，搞得你心烦意乱。

所以，设计放大电路时，得特别注意噪声的抑制。

怎么做呢？选用合适的材料，巧妙设计电路布局，尽量避免不必要的干扰，像是给自己做一道“防噪音的保护膜”，让探测器得到最干净、最纯粹的信号。

闪烁探测器的设计原理及应用

闪烁探测器的设计原理及应用闪烁探测器是指一种能够探测高能带电粒子的探测器，主要应用于核物理、高能物理、天文物理等领域。

闪烁探测器的优点是具有高能量分辨率和高时间分辨率，可以追踪高能带电粒子的能量沉积和时间分布。

本文将介绍闪烁探测器的设计原理及其应用。

一、闪烁体闪烁探测器的核心是闪烁体，它是一种能够吸收高能带电粒子并发出光信号的材料。

因此，闪烁体的要求是具有高能量吸收率和高发光效率。

常用的闪烁体有无机晶体和有机塑料。

无机晶体包括NaI(Tl)、CsI(Tl)、Bi4Ge3O12等，其中NaI(Tl)是最常用的无机闪烁体。

有机塑料包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚异丁烯(PIB)等，其中聚苯乙烯是最常用的有机闪烁体。

无机晶体具有较高的能量分辨率和较长的寿命，而有机塑料具有较高的发光效率和低成本。

二、闪烁机制当高能带电粒子进入闪烁体时，与闪烁体原子发生相互作用，从而使原子中的电子被激发到较高的能级。

电子在激发态不稳定，会通过跃迁回到基态时释放出能量，并产生光子。

这些光子会在闪烁体内不断地反射和被发射，最终被闪烁探测器的光电倍增管或光电二极管探测到并转换为电信号。

三、闪烁探测器的组成闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管或光电二极管、读出电路和数据处理系统等部分组成。

当闪烁体中的带电粒子产生光信号时，光电倍增管或光电二极管将其转换为电信号，并将其放大。

读出电路会将电信号转换为数字信号，并将其送回数据处理系统进行处理。

数据处理系统可以通过分析闪烁光信号的时间、能量等特征来确定带电粒子的能量和位置。

四、应用场景闪烁探测器广泛应用于核物理、高能物理、天文物理等领域。

其中最重要的应用场景是核物理实验。

闪烁探测器可以被用来探测放射性粒子的能量和位置，从而帮助研究核反应的基本原理。

同时，它还可以用于测量宇宙射线中带电粒子的能量，帮助研究宇宙空间的物理环境。

此外，闪烁探测器还可以应用于辐射检测和医学成像。

用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计

用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计赵红赟;王晓辉;孔洁;杨海波;张惊蛰;高山山;苏弘;孙志宇;余玉洪;杨振雷【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2016(050)003【摘要】介绍一种用于新型塑料闪烁体阵列探测器系统的前端读出电子学（FEE ）的设计与实现，该前端读出电子学主要基于电荷测量专用的集成电路（ASIC ）芯片和现场可编程逻辑门阵列（FPGA ）研制，可实现对多路探测器信号的采集、处理、筛选、打包，并通过 L VDS差分接口上传到后端的数据获取系统（DAQ）。

同时，该电路设有板载线性标定电路，可实现对各通道电子学性能刻度，设有电源电流、关键芯片及电路温度实时监控等电路，使电路具有较完善的功能和较强的自我保护能力。

【总页数】8页(P545-552)【作者】赵红赟;王晓辉;孔洁;杨海波;张惊蛰;高山山;苏弘;孙志宇;余玉洪;杨振雷【作者单位】中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学技术大学，安徽合肥 230026;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049【正文语种】中文【中图分类】TL82【相关文献】Br3（Ce）闪烁体APD前端读出设计 [J], 张开琪;曾国强;赖茂林;王涛;魏世龙;胡天宇2.束流均匀性测量前端读出电子学电路的设计 [J], 佘乾顺;苏弘;徐治国;马晓莉;胡正国;毛瑞士;徐瑚珊3.BESⅢ TOF前端读出电子学模块测试控制及分析软件系统的设计 [J], 赵雷;刘树彬;周家稳;安琪4.用于阵列探测器读出的16通道前端ASIC [J], 邓智;刘以农;邓晓;郑晓翠;张岚5.基于3D Si PIN阵列热中子探测器的变增益宽动态前端读出电子学设计 [J], 韩宁;陈伟;李龙;刘新赞;刘书焕;马勇;熊艳丽;李炳均;张国和;Carlo Ettore Fiorini因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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３．西北师范大学物理与电子工程学院，甘肃兰州７３００７０）
摘要：由中国科学院近代物理研究所承担的塑料闪烁体探测器研究项目，其目标是开展空间粒子探测、重构入射电子轨迹、区分电子和光子、鉴别重离子。为配合该探测器测试工作，设计了一套完备的数据获取电路（ＤＡＱ）与上位机软件。ＤＡＱ接收４块前端电子学（ＦＥＥ）板的数据，可完成３６０路电子学通道
ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｒｅｃｏｎｓｎ’ ｕｃｔｉｎｇｔｒａｃｋｓｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｎ，ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｓａｎｄｐｈｏ — ｔｏｎｓ，ａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｈｅａｖｙｉｏｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒ，ａ
的数据读出；接收上位机的控制命令并分发给各ＦＥＥ；接收探测器的击中信息并产生触发信号；接收ＦＥＥ的遥测数据并传给上位机。该ＤＡＱ与上位机通过ＵＳＢ总线和ＲＳ２３２总线实现实时通信。上位
好的人机交互界面。经现场实际运行，ＤＡＱ与上位机软件满足设计要求，目前已成功应用于塑料闪烁
体探测器读出电子学测试系统。
关键词：塑料闪烁体探测器；ＤＡＱ；ＦＰＧＡ；ＵＳＢ；Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ
机软件基于Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ软件平台开发，实现对ＦＥＥ电子学系统的控制、数据读取与保存，以及ＦＥＥ系统运行状态参数信息的实时显示。该数据获取系统电路结构紧凑、功能完善，上位机软件具有良
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｐｌａｓｔｉｃｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｕｎｄｅｒｔａｋｅｎｂｙｔｈｅＩｎｓｔｉ —
ＹＡＮＧＨａｉ＿ｂｏ～，ＫＯＮＧＪｉｅ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ — ｙｕｎ，ＤＩＮＧＰｅｎｇ — ｃｈｅｎｇ，
ＺＨＯＵＹｏｎｇ，ＹＡＮＧＺｈｅｎ — ｌｅｉ，ＳＵＨｏｎｇ ’ （１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｏｄｅｒｎＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｂｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
１０００４９；
杨海波。，孔洁，赵红赘，丁朋程。，周勇。，杨振雷。，苏弘
（１．中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州７３００００；２．中国科学院大学，北京
ｔｕｔｅｏｆＭｏｄｅｒｎＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ｉｓｔａｒｇｅｔｅｄｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅ
第４９卷第１０期
２０１５年１０月
原
子
能
科
学
技
术
Ｖ０１．４９，Ｎｏ．１０
Ｏｃｔ．２０１５
ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
－＿＿
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口
同
密度塑料闪烁体探测器的数据获取系统设计
中图分类号：ＴＬ８２文献标志码：Ａ文章编号：１０００ — ６９３１（２０１５）１０ — １８８２－０６
ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０１５．４９．１０．１８８２
ＤｅｓｉｇｎｏｎＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ｆｏｒＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｌａｓｔｉｃＳｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒＤｅｔｅｃｔｏｒ