基于SiPM和BGO的高性價比核輻射探測器的制作方法

本發明涉及核輻射探測技術領域，特別是涉及一種基于SiPM和BGO的高性價比核輻射探測器。

背景技術：

在核科學與技術的發展過程中，核輻射安全一直都受到人們的關注。為了核輻射安全防護，科學家們研制出了各種輻射探測器，其中基于閃爍晶體和光電器件的閃爍探測器被越來越廣泛地應用。

傳統的閃爍探測器所采用的光電器件是PMT(Photomultiplier Tube，光電倍增管)，PMT輸出信號小(小于5毫伏)，工作電壓高(1000-1500伏)，易受外部環境干擾(電磁場，溫濕度等)。傳統的閃爍探測器所采用的閃爍晶體主要有CsI,NaI,YSO等，這些晶體的探測效率(stopping power)普遍較低，且都有各自的缺點，如CsI探測效率低，NaI易潮解，YSO價格昂貴等。

SiPM(Silicon Photomultiplier，硅光電倍增管)被越來越多地應用在核輻射探測及核醫學成像領域。與PMT相比，SiPM擁有工作電壓低，光電探測效率高，體積小，光輸出均一性好，對電磁場不敏感，價格低(單位面積價格已降低至PMT的30％以下)等諸多優點。BGO晶體是目前應用最廣泛同時也是性價比最高的核輻射探測用晶體材料，具有探測效率高，與SiPM匹配時光電轉換效率高，無本底噪聲，便于加工，不易潮解，價格低廉(約為YSO價格的20％)等優點。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供基于SiPM和BGO的高性價比核輻射探測器，提高核輻射探測器的性能和穩定性，降低核輻射探測器的成本。

技術方案：為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

基于SiPM和BGO的高性價比核輻射探測器，包括信號讀出及供電電路、SiPM、光學膠水層、包裹漫反射材料的BGO晶體以及探測器遮光盒；所述SiPM設置在信號讀出及供電電路上，所述包裹漫反射材料的BGO晶體通過光學膠水層與SiPM上表面無縫耦合后固化，形成固化后的SiPM-BGO探測器；所述SiPM-BGO探測器外部被探測器遮光盒完整覆蓋。

進一步的，所述漫反射材料的反射率＞98％。

進一步的，所述漫反射材料為硫酸鋇混合透明硅膠。

進一步的，所述信號讀出及供電電路包括信號讀出模塊和供電電路模塊，所述SiPM 的信號輸出端與信號讀出模塊的信號輸入端連接，所述供電電路模塊分別與SiPM以及信號讀出模塊供電連接。

進一步的，所述SiPM為正方形，外圍尺寸為X mm*X mm，X<＝5,有效探測面積為Y mm*Y mm,Y<X，包含的微單元數>＝3000，工作電壓<＝36V。

進一步的，所述BGO晶體的形狀為10mm*10mm*10mm立方體，所述BGO晶體的下端與SiPM上表面接觸的端面設有導角，導角后的BGO晶體下底面尺寸與SiPM有效探測面積一致。

進一步的，所述光學膠水層的折射率約為1.7,正常工作溫度在-40攝氏度到+200攝氏度范圍內，可在紫外線照射下固化。

進一步的，所述探測器遮光盒材質為鋁合金，厚度<＝2mm,內部發黑處理，尺寸滿足緊湊扣設在SiPM-BGO探測器之上，并與信號讀出及供電電路無縫銜接。

有益效果：與現有技術相比，本發明的基于SiPM和BGO的高性價比核輻射探測器，新一代固態光電傳感器SiPM與目前應用最廣泛同時也是性價比最高的核輻射探測用晶體材料BGO相結合，借助SiPM針對BGO晶體發光波長光電探測效率較高(>30％)的特性，配合優選的光學膠水(折射率約為1.7，可在紫外光照射下固化)，有效降低SiPM與閃爍晶體耦合面的光子損失，大幅提升核輻射探測器的信號質量，從而提高核輻射探測器的性能。

與傳統的基于PMT和其他晶體(如CsI,NaI,YSO等)的核輻射探測器相比，本發明不僅提高了探測器的性能(信號輸出質量，針對低劑量的探測精度，探測靈敏度等)和安全性(工作電壓低)，還有效降低了核輻射探測器的成本和周圍環境(溫濕度，電磁場等)對探測器的影響。

附圖說明

附圖1為本發明結構示意圖。

1-信號讀出及供電電路，2-SiPM，3-光學膠水層，4-漫反射材料，5-包裹漫反射材料的BGO晶體，6-探測器遮光盒，7-螺釘

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

如附圖1所示，基于SiPM和BGO的高性價比核輻射探測器，其特征在于：包括信號讀出及供電電路、SiPM、光學膠水層、包裹反射率＞98％的漫反射材料的BGO晶體以及探測器遮光盒，所述漫反射材料為硫酸鋇混合透明硅膠；所述SiPM設置在信號讀出及供電電路上，所述包裹漫反射材料的BGO晶體通過光學膠水層與SiPM上表面無縫耦合后固化，形成固化后的SiPM-BGO探測器；所述SiPM-BGO探測器外部被探測器遮光盒完整覆蓋。

所述信號讀出及供電電路包括信號讀出模塊和供電電路模塊，所述SiPM的信號輸出端與信號讀出模塊的信號輸入端連接，所述供電電路模塊分別與SiPM以及信號讀出模塊供電連接。

所述SiPM為正方形，外圍尺寸為X mm*X mm，X<＝5,有效探測面積為Y mm*Y mm,Y<X，包含的微單元(microcell)數>＝3000，工作電壓<＝36V。

所述BGO晶體的形狀為10mm*10mm*10mm立方體，所述BGO晶體的下端與SiPM上表面接觸的端面設有導角，導角后的BGO晶體下底面尺寸與SiPM有效探測面積一致。

所述光學膠水層的折射率約為1.7,正常工作溫度在-40攝氏度到+200攝氏度范圍內，可在紫外線照射下固化。

所述探測器遮光盒材質為鋁合金，厚度<＝2mm,內部發黑處理，尺寸滿足緊湊扣設在SiPM-BGO探測器之上，并與信號讀出及供電電路無縫銜接，通過螺釘7固定。

本發明將新一代固態光電傳感器SiPM與目前應用最廣泛同時也是性價比最高的核輻射探測用晶體材料BGO相結合，借助SiPM針對BGO晶體發光波長光電轉換效率較高(>30％)的特性，配合優選的光學膠水(折射率約為1.7，可在紫外光照射下固化)，有效降低SiPM與閃爍晶體耦合面的光子損失，大幅提升核輻射探測器的信號質量，從而提高核輻射探測器的性能。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。