放射线检测电路设计

放射线检测电路设计

李凡王雷张雪松周文平李伟哲

（沈阳工程学院）

摘要：放射线检测电路设计作为一种实用检测技术，在科研、医学、工业、地质、国防等领域已经得到了广泛应用。检测电路设计主要检测放射线强度和能量，γ辐射检测仪是一种最有效、使用最方便的专业检测仪器。而其中晶体探测器作为载体对于射线的检测具有不可替代的作用。那些密度大、有效原子序数高，可吸收γ射线能量将之转换为可见光的“闪烁晶体”与光电倍增管等高效率“光电转换器件”耦合而成的探测器，成为使用最多的放射线射线检测电路的设计的主要手段。

关键词：放射线；探测器；电路设计

一、探测器设计的基本思路

基于NaI（Tl）晶体的闪烁探测器的基本特点。在本研究中，设计了一款基于晶体探测器作为感应介质对放射线检测电路的设计。该仪器所能探测射线能量范围从50keV至3MeV，设计思路主要由晶体探测器、前置放大器、滤波整形电路、线性放大器、鉴别器、中央控制处理单元和电源供应模块等部分构成。

首先，纹设计选用的晶体探测器由光敏面大小为10×10mm2硅PIN光电二极管和Φ30×25mm3NaI（Tl）闪烁晶体组成。其中由于NaI晶体探测器具有最高的光产额的优点，其发射光谱分布在320nm到540nm的波长范围内。晶体探测器的主要功能即放射线与高纯度晶体相互作用提供，释放出大量次级光子，次级光子进入前置前置放大器产生脉冲转换成相应的电信号，并提供给后续的脉冲整形与放大电路模块。

二、光电器件选择

光电器件的选择，其收集光子的效率是考虑的主要因素。只有足够大的面积才有利于次级光子的吸收。通过各种PIN型器件的对比，我们发现由日本滨松企业生产的S3590-08符合我们的设计要求。其特点具有更高的灵敏度，暗电流比传统型低，高量子率：QE=85%，高速响应，高稳定性等优点。

三、前置放大器的设计

当所有次级光子都被收集到光敏区，探测器输出信号的电量Q与射线在晶体中沉积能量成正比，其输出电量Q反映了射线能量高低。但是，探测器输出的电荷数较少，信号十分微弱，必须对其进行放大。前置放大器的主要作用是：

预放大探测器的输出信号，以获得较好的信号噪声比；进行阻抗变换，减少信号传输中的干扰。

本设计中采用美国ADI生产的双轨-轨输入输出单电源供电放大器AD8606元件，该放大器具有低失调电压、低输入电压、低电流噪声、低失真和宽带宽等特性。该芯片使用ADI公司获得专利的DigiTrimTM数字微调技术，在没有激光微调的情况下也能获得出众的精度。

四、整形放大电路设计

由前置放大电路输出的电信号必须经过整流放大才能进入下一单元。

本设计中采用的放大电路，为美信公司的MAX4477型元件。为宽带、低噪声、低失真运算放大器，提供满摆幅输出，工作电压可低至2.7V。每路运放仅消耗2.2mA的静态电流，并具有超低失真度（0.0002%THD+N）、低输入电压噪声密度（4.5nV每）和低输入电流噪声密度（0.5fA每）。非常适合要求低失真和/或低噪声的应用。

闪烁晶体探测器是一种性能优良的传统的无机闪烁晶体，对x射线和Y射线均有良好的分辨能力，可探测x、v射线的能量和强度。NaI晶体探测器的发光效率在所有与光电倍增管耦合的闪烁晶体中是最高的，通常被定义为lOO％，其他闪烁晶体的发光效率则以其相对于NaI（-n）发光效率的百分数来表示，其抗温度冲击和机械震动的能力，应用前景广阔，经济效益较为明显。