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半导体辐射探测器应用
- 宏博 朱
- 建华 郭
MASS-Cube是面向高能天体物理研究的创新性技术验证卫星，旨在为下一代大型伽马康普顿望远镜（如MASS and MeVGRO）提供关键技术支持。该载荷搭载了四个三维位置灵敏碲锌镉（3D-CZT）探测器，在立方星平台实现100 keV–3 MeV能段的伽马射线探测，其能量分辨率高达0.8%@662 keV。计划于2025年5月部署至550km低地球轨道，聚焦银河系中心511 keV正电子湮灭线辐射测量。目前，对MASS-Cube的各项性能指标进行了完备的地面标定实验和模拟研究，探测器DOI分辨率优于1.2mm。对于1m外的Na22点源进行了康普顿成像，其511...
目前国内规划和正在建设的同步辐射光源对探测器性能要求越来越高，半导体X射线探测器作为目前最先进的探测设备被广泛应用在同步辐射实验中。一般描述X射线光子的物理量包括X光子能量、时间、位置和通量等，按照以上对不同物理量的探测，X射线探测器分为能谱探测器，时间分辨探测器，位置分辨探测器。HEPS光源探测器组针对实验需求，开展了以上几类探测器的国产化研制，部分实现了探测器的全部国产化研制和工程应用，第一次将国产化探测器应用在同步辐射大科学工程中。报告主要介绍像素阵列探测器的工程化研制和测试结果、硅漂移探测器的研制进展和金刚石位置灵敏探测器的研制和工程化应用。最后介绍课题组在未来针对新型实验需求，计划开展的其他新型探测器的研制计划。
空间带电粒子探测是空间科学研究的主要手段之一,在太阳活动与空间灾害天气监测,雷暴活动与地球空间辐射环境耦合机制研究等领域具有重要意义。金硅面垒型探测器在核物理实验以及空间辐射环境中的应用有诸多方面，其耗尽层厚度从10微米到几个毫米厚不等，探测器能量范围也可以覆盖几十keV到几MeV的电子。半导体探测器测试一般只能使用放射源源进行，能点偏少，测试能量也偏低。为了测试带电粒子半导体探测更高能量的响应，我们利用高能所0.1keV-50MeV电子标定束线对探测器进行了能量响应测试。测试结果也与放射源进行了对比。本文介绍了半导体探测器电子测试的过程和结果。通过测试验证了半导体的性能，电子束流测试结果也显示与放射源测试结果一致。
基于碲锌镉探测器的编码、康普顿相机在天体物理、核安保、辐射监测等领域有着广泛的应用。像素型碲锌镉探测器可通过对阴极与阳极信号的解析，获取射线作用三维位置，实现编码或康普顿成像功能。本研究基于4块22mm22mm15mm的像素型碲锌镉探测器，耦合16片CPRE32芯片，开发了CZT探测器成像模块。该模块包含484路阳极通道与4路阴极通道，芯片间通过串行菊花链式互联，信号串行读出。经测试，探测器模块水平位置分辨2mm，深度分辨2.6mm，测量能量范围覆盖60keV-2MeV，能量分辨小于2%@662keV。基于该探测器模块开发了便携式编码/康普顿双模相机，实现了40°视野编码与图像融合成像，且初步开展了全空间方位角的康普顿成像功能验证。
