基于MPPC和CsI(Tl)閃爍體的小型化γ劑量率測量儀設計

周煜杰，龔春慧，周 程，朱曉翔，劉 穎，王 鵬?，楊 毅

(1. 南京理工大學 環境與生物工程學院；2. 江蘇省化工污染控制與資源化高校重點實驗室: 南京 210094;3. 江蘇省核與輻射安全監督管理中心，南京 210019)

目前已有的輻射劑量儀大部分使用GM計數管作為探頭，但GM計數管工作電壓較高，固有偏差較大，為保證劑量測量的準確率而增加了GM計數管的體積[1]。因此，本文采用閃爍體探測器代替GM計數管，同時為實現劑量率系統小型化與輕量化，選擇多像素光子計數器(multi-pixel photon counter，MPPC)，即硅光電倍增管(silicon photo multiplier，SiPM)，代替傳統的光電倍增管(photo multiplier tube，PMT)進行光電轉換設計[2]。與傳統光電倍增管相比，MPPC體積和重量大幅降低，工作電壓和功耗較低，適用于小型化便攜式設備[3-5]。此前已有國內外學者對閃爍體和MPPC探頭進行了深入研究，Berra等[6]和Moutinho等[7]分別將MPPC和閃爍光纖研制探測器，應用于高能γ放射治療的實時劑量測量；林立等[8]利用SiPM和YSO∶Ce，BGO晶體，研制了一種用于場所的便攜式γ劑量儀，在5～100 μSv ·h-1范圍內具有較好的線性特性；李晨等[9]使用塑料閃爍體和MPPC制作劑量率監測儀，在小型化方面取得了較好的效果，高劑量下較為穩定，但在低劑量時偏差較大。本文旨在保持儀器小型化和低功耗的同時，使測量儀在低劑量γ輻射條件下仍具有較高的測量精度。

為減小低劑量時的測量偏差，本文使用探測效率較高的CsI(Tl)閃爍體作為輻射探測材料，針對小型化劑量率測量儀的設計要求，采用MPPC與CsI(Tl)閃爍體耦合制作劑量率測量儀的探頭，設計探頭的配套硬件電路，并對設計的硬件電路進行實際測試，最終通過Arduino單片機處理后得到實時劑量率?！?br>