[发明专利]一种伽马探测系统中硅光电倍增管工作电压设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及伽马射线探测领域，特别是涉及一种伽马探测系统中硅光电倍增管工作电压设置方法

背景技术

伽马探测系统通常由闪烁晶体、光电转换器件、后续的信号处理电路三大部分组成。伽马射线首先经过闪烁晶体，在闪烁晶体中沉积能量之后，闪烁晶体发出可以被光电转换器件探测到的光信号；光信号经过光电转换器件之后被转换成相应的电信号输出；输出的电信号经过后续的信号处理电路进行去噪、平滑等处理之后，形成相应的能谱。

目前，常采用光电倍增管(PMT)作为光电转换器件，但是PMT所需的工作电压高，尺寸较大，因此PMT并不适用于便携式的伽马探测系统。除此之外，PMT对磁场敏感，工作时易受磁场干扰，因此其对工作环境也有一定的要求。

硅光电倍增管(SiPM)作为新兴的光电转换器件，其增益水平以及量子效率和PMT相当，但是其所需工作电压很低，尺寸紧凑，非常适用于便携式的伽马探测系统，同时其对磁场不敏感，对工作环境的要求较低，因此，近年来出现了利用SiPM作为光电转换器件的伽马探测系统。

通常，SiPM厂商会明确给出每种型号SiPM的击穿电压(Vbr)及过压范围(VTov-，VTov+)。所以，SiPM的工作电压是击穿电压与过压之和。改变SiPM的工作电压，即在过压范围内改变过压值，SiPM的关键特性——光子探测效率(PDE)、暗计数、增益水平都会发生改变，进而影响伽马辐射探测器的能量分辨率、灵敏度等重要性能参数。所以，在伽马探测系统中设置SiPM最佳的工作电压很关键。

目前，在已发表的文献中，未见对SiPM的最佳工作电压的设置方法。

发明内容

为了填补上述技术的空缺，本发明提供了一种伽马探测系统中硅光电倍增管工作电压的设置方法。本发明能够从SiPM厂商提供的击穿电压和过压范围中找出最佳的工作电压，为伽马探测系统提供最佳的探测能力。

本发明的技术解决方案如下：

一种伽马探测系统中硅光电倍增管工作电压设置方法，包括如下步骤：

1)将伽马探测系统置于恒温恒湿的环境下12-24小时；

2)选择一个伽马辐射源，该伽马辐射源具有确定的能谱，同时其能谱中只有一个全能峰；

3)定义工作电压数组V[V₀,V₁,V₂……V_k……V_n-1,V_n]，信噪比数组Y[Y₀,Y₁,Y₂……Y_k……Y_n-1,Y_n]，根据给定的过压范围(VTov-，VTov+)，计算工作电压V,公式如下：

其中，Vbr是击穿电压；n是细分过压的份数，可根据实际需求选取；k表示当前实验序数；

4)设k＝0，工作电压V＝V₀；

5)给硅光电倍增管加上工作电压V，V＝V_k，用伽马探测系统的多道采集系统对硅光电倍增管的输出采集m次，每次连续T分钟，共获得m个暗计数值，对这m个暗计数值取平均，得到工作电压为V时的伽马探测系统的暗计数值N_k^*；

6)将所选择的伽马辐射源置于伽马探测系统前方距离L处，用伽马探测系统的多道采集系统对硅光电倍增管的输出采集m次，每次连续T分钟，共获得m个高能粒子信号计数值，对这m个高能粒子信号计数值取平均，获得工作电压为V时的伽马探测系统的高能粒子信号计数N_k；

7)计算工作电压为V时信噪比Y_k，公式如下：

Y_k＝N_k^*/(N_k-N_k^*)；

8)当k<n时，令k＝k+1，返回步骤5)；

当k＝n时，进入步骤9)；

9)查找信噪比数组Y中的最大元素Y_max，所对应的V_max就是伽马探测系统中硅光电倍增管的最佳工作电压。

所述的L在1cm至5cm之间，m在3次至5次之间，T在2min至5min之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是能够从厂商提供的击穿电压和过压范围中找出最佳的工作电压，为伽马探测系统提供最佳的探测能力。

附图说明