BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  21,978,154
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

45

Kỹ thuật điện và điện tử

Nguyễn Văn Sỹ(1), Đặng Quang Thiệu, Nguyễn Thanh Hùng

Thiết kế chế tạo đầu đo nhấp nháy sử dụng tinh thể CsI(Tl) ghép nối với mảng nhân quang silicon.

Design and manufacture of scintillation detector using CsI(Tl) crystal coupled with silicon photomultipliers

Khoa học & công nghệ Việt Nam

2023

01B

38 - 43

1859-4794

Đầu đo nhấp nháy, Mảng nhân quang, Silicon SiPM, Tinh thể nhấp nháy CsI(Tl)

CsI(Tl) scintillation crystal, Scintillation detector, Silicon photomultiplier (SiPM)

Trong nghiên cứu này, một đầu đo nhấp nháy đã được phát triển bằng cách sử dụng tinh thể CsI(Tl) ghép nối với mảng nhân quang silicon (SiPM - Silicon photomultiplier) nhằm thay thế cho ống nhân quang điện (PMT - Photomultiplier tube), với ưu điểm là đầu đo nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng. Tinh thể nhấp nháy CsI(Tl) dạng hình hộp chữ nhật với kích thước 50x25x25 mm của Hãng Kinheng và mô đun SiPM S13361-3050AE-08 có kích thước 25x25 mm của Hãng Hamamatsu đã được lựa chọn sử dụng. Mạch tiền khuếch đại, nguồn nuôi và ổn định nhiệt độ cũng đã được tích hợp vào trong đầu đo. Một số đặc trưng của đầu đo đã được đánh giá bằng cách sử dụng nguồn phóng xạ chuẩn 137Cs cùng với hệ thiết bị phân tích phổ gamma đa kênh của Hãng Ortec và phần mềm phân tích phổ Gamma Vision. Kết quả cho thấy, độ phân giải năng lượng đối với đỉnh 137Cs của đầu đo này là khoảng 8,03%, gần như tương đương với độ phân giải 7,87% của đầu đo sử dụng 76x76 mm tinh thể NaI(Tl) ghép nối với PMT của Hãng Canberra. Kết quả đánh giá độ ổn định theo thời gian khi nhiệt độ môi trường hoạt động của đầu đo này không thay đổi cho thấy vị trí đỉnh phổ năng lượng và độ phân giải năng lượng đối với nguồn phóng xạ 137Cs là hầu như không thay đổi theo thời gian hoạt động. Nghiên cứu cũng đã khảo sát độ ổn định của đầu đo theo nhiệt độ môi trường hoạt động và kết quả là biên độ xung ra thay đổi rất lớn theo nhiệt độ môi trường, biên độ xung ra giảm khi nhiệt độ môi trường tăng lên và ngược lại. Trong điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi từ 11 đến 50oC, vị trí đỉnh năng lượng của nguồn 137Cs thay đổi là 1762 và 167 kênh, tương ứng trong các trường hợp không có và có sự điều chỉnh của chức năng ổn định biên độ xung ra theo nhiệt độ trong bộ nguồn nuôi SiPM. Khi đã có chức năng ổn định biên độ xung ra nhưng sự thay đổi vị trí đỉnh phổ năng lượng theo nhiệt độ môi trường hoạt động vẫn còn khoảng 4,3 kênh/oC, do đó cần tiếp tục nghiên cứu hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến hoạt động của đầu đo này, nhằm cung cấp khả năng ứng dụng rộng rãi đầu đo nhấp nháy sử dụng SiPM thay thế cho PMT truyền thống trong tương lai.

In this research, a scintillation detector was developed using the CsI(Tl) scintillator crystal coupled with a silicon photomultiplier (SiPM) to replace the photomultiplier tube (PMT), resulting in a compact and energy-efficient detector. A rectangular box-shaped CsI(Tl) scintillation crystal with dimensions of 50x25x25 mm f-rom Kinheng and a SiPM module S13361-3050AE-08 with dimensions of 25x25 mm f-rom Hamamatsu were se-lected to use. The preamplifier circuit, power supply, and temperature stabiliser have also been integrated into the detector. The c-haracteristics of this detector were evaluated using a 137Cs standard radioactive source together with Ortec’s multichannel analyser device and Gamma Vision software for spectrum analysis. Results showed that the energy resolution for the 137Cs peak of this detector is about 8.03%, which is almost equivalent to the energy resolution of 7.87% of the Canberra detector using 76x76 mm NaI(Tl) crystal coupled to the PMT. The results of the evaluation of stability over time when the operating ambient temperature of this detector with no change showed that the energy peak position and the energy resolution for the 137Cs radioactive source are almost unchanged. The research also investigated the stability of the detector according to the operating ambient temperature. The results exhibited that the output pulse amplitude varies greatly with the ambient temperature, it decreases when the temperature increases and vice versa. Under the condition that the operating ambient temperature varies f-rom 11oC to 50oC, the energy peak position of 137Cs changes were 1762 and 167 channels, respectively in the cases without and with adjustment of output pulse amplitude stabilisation function in power supply for SiPM. When there is a function of output pulse amplitude stabilisation, the change in peak position according to operating ambient temperature is still about 4.3 channels/oC, so further research is needed to correct the influence of ambient temperature on the operation of this detector, to provide wide applicability of scintillation detector using SiPM to replace traditional PMT in the future.

TTKHCNQG, CVv 8

Xem toàn văn
  • [1] Z. Lin (2019), The design of a scintillation system based on SiPMs integrated with gain correction functionality.,Nuclear Engineering and Technology, 52, pp.164-169.
  • [2] V.D. Kovaltchouk (2004), Comparison of a silicon photomultiplier to a traditional vacuum photomultiplier.,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A., 538, pp.408-415.
  • [3] T. Huang (2017), NaI(Tl) scintillator read out with SiPM array for gamma spectrometer.,Nuclear Instruments and Methods in Physics., 851, pp.118-124.
  • [4] vH.M. Park; K.S. Joo (2016), Remote radiation sensing module based on a silicon photomultiplier for industrial applications.,Radiat. Isot., 115, pp.13-17.
  • [5] B. Sanaei (2015), C-haracterization of a new silicon photomultiplier in comparison with a conventional photomultiplier tube.,J. Mod. Phys., 6, pp.425-433.