Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования: Бокатый И.О., Романова Г.Э., Денисов В.М., Титов А.Б., Рыжова В.А., Радилов А.В. Компьютерное моделирование детектора гамма-излучения на основе сцинтилляционного кристалла и кремниевого фотоумножителя // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 6. С. 932–938. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-932-938
Аннотация
Предмет исследования. Рассмотрены принципы построения детектора гамма-излучения на основе кремниевого фотоэлектронного умножителя и сцинтилляционного кристалла с использованием оптической схемы согласования элементов. Метод. Для исследования возможных схем построения детектора в среде ZEMAX Software созданы компьютерные модели, описывающие процесс распространения излучения сцинтилляционной вспышки в объеме кристалла с учетом основных процессов, протекающих в сцинтилляционном детекторе. При создании модели учитывались оптические характеристики материала, идентичные характеристикам йодида цезия (CsI). Основные результаты. Получены количественные параметры сигнала и потерь излучения в моделируемых системах, а также информация о распределении излучения в плоскости фотоприемника. Установлена оптимальная с точки зрения эффективности регистрации схема построения детектора, определены геометрические параметры ее оптических элементов. Практическая значимость. Развитие такого подхода позволяет создавать высокоэффективные миниатюрные сцинтилляционные детекторы за счет нового класса фотоприемников – кремниевых фотоэлектронных умножителей. Результаты исследования будут полезны при разработке сцинтилляционных гамма-спектрометров и других приборов, принцип действия которых базируется на методах сцинтилляционной спектрометрии и радиометрии.
Ключевые слова: кремниевый фотоэлектронный умножитель, сцинтилляционный кристалл, гамма-спектрометр, спектрометрия, компьютерная модель, световод
Список литературы
1. Tolstukhin I.A., Somov A.S., Somov S.V., Bolozdynya A.I. Recording of relativistic particles in thin scintillators // Instruments and Experimental Techniques. 2014. V. 57. N 6. P. 658–661. doi:
10.1134/s0020441214060153
2. Bloser P.F., Legere J., Bancroft C., McConnell M.L., Ryan J.M., Schwadron N. Scintillator gamma-ray detectors with silicon photomultiplier readouts for high-energy astronomy // Proc. SPIE. 2013. V. 8859. doi:
10.1117/12.2024411
3. Uhov A.A., Gerasimov V.A., Kostrin D.K., Selivanov L.M. Use of compact spectrometer for plasma emission qualitative analysis // Journal of Physics: Conference Series. 2014. V. 567. N 012039. doi:
10.1088/1742-6596/567/1/012039
4. Qiang Yi, Smith E., Tolstukhin I., Brooks W., Hakobyan H., Kuleshov S., Soto O., Toro A., Lolos G., Papandreou Z., Semenov A. Characteristics of S12045X photon sensor for GlueX // Bulletin of American Physical Society. 2013. V. 58. P. 13.
5. Клемин С., Кузнецов Ю., Филатов Л., Бужан П., Долгошеин Б., Ильин А., Попова Е. Кремниевый фотоэлектронный умножитель: новые возможности // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007. № 8. С. 80–86.
6. Levin C.S., MacDonald L.R., Tornai M.P., Hoffman E.J., Park J. Optimizing light collection from thin scintillators used in beta-ray camera for surgical // Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record. 1995. P. 1796–1800. doi:
10.1109/NSSMIC.1995.501933
7. Barbarino G., de Asmundis R., De Rosa G., Russo S., Vivolo D., Mollo C.M. Light concentrators for silicon photomultipliers // Physics Procedia. 2012. V. 37. P. 709–714. doi:
10.1016/j.phpro.2012.02.420
8. Elsey J., McKenzie D.R., Lambert J., Suchowerska N., Law S.L., Flaming S.C. Optimal coupling of light from a cylindrical scintillator into an optical fiber // Applied Optics. 2007. V. 46. N 3. P. 397–404. doi:
10.1364/ao.46.000397
9. Fujita T., Kataoka J., Nishiyama T., Ohsuka S., Nakamura S., Yamamoto S. Two-dimensional diced scintillator array for innovative, fine-resolution gamma camera // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 2014. V. 765. P. 262–268. doi:
10.1016/j.nima.2014.04.060
10. ZEMAX 13 SP4 Optical Design Program. User's Manual. Radiant Zemax LLC, 2015. 859 p.
11. Ghal-Eh N., Etaati G.R. On the necessity of light transport simulation in scintillators // Journal of Luminescence. 2009. V. 129. P. 95–99. doi:
10.1016/j.jlumin.2008.09.001
12. Struth J. Muon detection with scintillation detectors using indirect SiPM readout. Bachelor Thesis. Aachen, Tech. Hochsch, 2010. P. 4–19.
13. Wagner A., Tan W.P., Chalut K., Charity R.J., Davin B., Larochelle Y., Lennek M.D., Liu T.X., Liu X.D., Lynch W.G., Ramos A.M., Shomin R., Sobotka L.G., de Souza R.T., Tsang M.B., Verde G., Xu H.S. Energy resolution and energy-light response of CsI(Tl) scintillators for charged particle detection // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 2001. V. 456. P. 290–299. doi:
10.1016/S0168-9002(00)00542-8
14. Kinney E.R., Matthews J.L., Sapp W.W., Schumacher R.A., Owens R.O. A simple light guide for coupling to thin scintillator sheets // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1981. V. 185. P. 189–193. doi:
10.1016/0029-554X(81)91211-8
15. Galloway R.B., Vass D.G. A light guide design for uniform sensitivity over a large diameter scintillator coupled to a single photomultiplier // Nuclear Instruments and Methods
