用APD制作闪烁体探测器的设想

  (提示,这些仅仅是我的一个疯狂的(指穷疯了)想法,没有经过试验和严密论证,希望大佬们指点和包涵)

  论坛里的许多大佬都在DIY闪烁体探测器/能谱仪,不过目前为止基本上都是使用光电倍增管来制作。

  但在相关的资料里,很容易得知闪烁体探测器除了可以利用光电倍增管来进行光电信号转换,还可以利用雪崩光电二极管(APD)来进行光电转换。而且由于“具有高的量子转换效率和低功耗,便于闪烁探测器的微型化和提高空间分辨率。” 等原因,还有取代光电倍增管的趋势。

猎豹截图20200901232629.png

某宝上的此类探测器,白色晶体块为闪烁体,贴着的双引脚元件为APD

对于个人爱好者来说,好处大概就是不用担心碰碎光电管,而且省下了管座和分压电路。

  某宝上的APD价格似乎也和光电倍增管的价格差不多,甚至更低。不过在这里我只是简单的调查了一下,并没有详细调查哪些型号的APD可以用作闪烁体探测器,如果有大佬知道的话请指出,谢谢。

猎豹截图20200901230330.png

(这里展示的是价格比光电倍增管低的APD,某宝上的APD大部分都在50左右的价位)

如果可以利用APD,下一步就是选择闪烁体。爱好者手中存量最多的专业闪烁体一般是碘化钠闪烁体。这些闪烁体的直径大都是厘米数量级,而市面上的APD直径大都是毫米数量级。这样的光电转换元件贴在碘化钠闪烁体上面,显得有点大材小用。

有没有一种大小和光电二极管差不多的,发光效率高,光学性能好,可以替代闪烁体,而且容易弄到,价格较为低廉的晶体呢。

还真有,这就是激光爱好者耳熟能详的——YAG晶体

猎豹截图20200901233739.png

【1】掺杂YAG闪烁晶体研究进展 牛雪姣[1,2] 徐家跃[1,2]

专业的YAG闪烁体是掺Ce杂质的,但和大家手中的掺Nd晶体也不是天差地别,许多实例也证明YAG激光晶体也具有电离辐射下的闪烁能力。

如果手上正好有根闲置的YAG棒,可以将其一段贴在APD上,大概就能组成一个探测器系统了,如果有碎掉的YAG就更好了(错乱),可以废物利用,焕发第二春了(大嘘)


来自:核与粒子束 / 核辐射探测器生活广场 / 创意与DIY
2020-9-2 12:30:50
1楼

我也是穷疯。。。。捡垃圾闪烁探测器不香吗?

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2020-9-7 1:24:16
2楼

明显就是不行的,apd是雪崩模式的“数字”器件,只能计数没有峰高信息,楼主花那么多时间查论文居然这都没查到。。。。


能够判断峰高的是sipm,模拟器件,由带独立的quench电阻apd阵列在芯片上并联,比光电倍增管还贵所以也不用考虑了。

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2020-09-12 16:11:19
2020-9-12 16:11:19
3楼

被楼上的启发,我有个想法,但也许是错的。

首先:

apd是雪崩的,光电管利用光子激发的光电子加速碰撞到另一个极板再打出更多电子,本质上也是雪崩,而光子数量加倍(如果频率都一样的话,体现为光强度),可以使初始的光电子数量加倍,最后的电流信号如果工作在不饱和区,就可以反应出光子信息。所以雪崩效应也是类似的,主要是要工作在不饱和区间。

然后:

YAG晶体受电场激发,由光子作为trigger可以引发也是雪崩式的光子发射,那么不用光子激发,直接作为闪烁体来检测辐射粒子可不可行?从能量上看应该没问题,辐射粒子的能量可比一般光子的能量大得多。是否电子跃迁只能吸收一整份的能量而无法单纯由能量加和来看?这是待验证点一。

想法:

控制YAG晶体两侧电场强度,使YAG晶体不完全处于激发态而引发饱和一次的激光发射,而入射粒子的能量加上电场能量又足够激发电子跃迁,但这个过程是消耗入射光子能量的,也可认为是工作在不饱和状态,最后产生光信号再由光电二极管获取,可以得到于入射粒子能量正相关的信号了。但,电场改变了电子能级,从而使本身不易发生的跃迁更加容易发生?是待验证点二。


推翻以上两个待验证点,我的想法就不成立。我也很想知道能否成立,期待大神的回答。

[修改于 11 天前 - 2020-09-12 16:14:36]

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4楼

似乎黄色YAG是掺杂Nd和Ce的

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