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基于SiPM读出的塑料闪烁体探测器时间性能研究
基于SiPM读出的塑料闪烁体探测器时间性能研究
摘要：
塑料闪烁体作为一种常用的探测器材料，被广泛应用于核物理、医学成像以及高能物理等领域。本文使用硅光电倍增管（SiPM）作为光电转换器件，对塑料闪烁体探测器的时间性能进行了研究。通过实验测试和数据分析，我们研究了SiPM读出的塑料闪烁体探测器的时间分辨率、时间闪烁光输出以及时间接收效率等性能指标，并对其原理进行了探讨。
关键词：塑料闪烁体，SiPM，时间性能，时间分辨率，时间闪烁光输出，时间接收效率
1.引言
塑料闪烁体探测器是一种常见的辐射探测器，其基本原理是通过辐射粒子与塑料闪烁体相互作用产生闪烁光信号，然后通过光电转换器件将其转换为电信号进行读出和信号处理。传统的光电转换器件如光电倍增管（PMT）存在体积大、高压需求及光电效率低等问题，无法满足现代高能物理、核物理及医学成像领域对小型、高效的探测器的需求。而硅光电倍增管（SiPM）由于其体积小、工作电压低、光电效率高等优点，逐渐成为塑料闪烁体探测器的首选光电转换器件。
本文旨在研究SiPM读出的塑料闪烁体探测器的时间性能，重点关注时间分辨率、时间闪烁光输出以及时间接收效率等指标。通过实验测试和数据分析，我们探究了SiPM对不同能量和不同入射位置的辐射粒子的时间响应特性，并对时间分辨率的影响因素进行深入研究。
2.实验方法
我们选择了一种常用的塑料闪烁体材料作为探测器材料，并使用SiPM作为光电转换器件。在实验中，我们使用了粒子源产生了一系列不同能量和入射位置的辐射粒子，并将其照射在塑料闪烁体上。通过SiPM读出闪烁体产生的光信号，并记录下对应的时间信息。通过对大量实验数据的分析，我们得到了不同能量和入射位置下的时间分辨率曲线。
3.实验结果与分析
根据实验数据，我们得到了SiPM读出的塑料闪烁体探测器在不同能量和入射位置下的时间分辨率曲线。实验结果显示，时间分辨率随能量的增加而改善，并在某一能量范围内达到最佳数值。此外，时间分辨率还与入射位置有明显的关系，具体表现为在探测器中心入射时，时间分辨率较佳，在边缘处入射时，时间分辨率较差。我们将这一现象归因于SiPM的间隙效应以及塑料闪烁体中光传输效率的空间分布。
此外，我们还研究了SiPM读出的塑料闪烁体探测器的时间闪烁光输出以及时间接收效率。实验结果显示，塑料闪烁体的闪烁光输出与其吸收辐射能量有关，随着能量的增加呈线性增加趋势。而时间接收效率则与塑料闪烁体的衰减时间有关，衰减时间越短，时间接收效率越高。这些结果为进一步优化SiPM读出的塑料闪烁体探测器的性能提供了重要参考。
4.结论
本文通过研究SiPM读出的塑料闪烁体探测器的时间性能，主要关注时间分辨率、时间闪烁光输出以及时间接收效率等指标。实验结果表明，SiPM读出的塑料闪烁体探测器具有较好的时间分辨率，并且时间分辨率随能量的增加而改善。塑料闪烁体的闪烁光输出和时间接收效率与其吸收辐射能量和衰减时间有关，这为优化探测器的设计和性能提供了理论依据。未来的研究可以进一步探究SiPM读出的塑料闪烁体探测器的其他性能指标，以进一步提高探测器的性能。
参考文献：
[1]Cwiek,A.,etal.(2014).PerformanceofMCP-PMTsintheplasticscintillatorTime-of-Flightdetector.JournalofInstrumentation,9(6),C06014.
[2]Shen,L.J.,etal.(2018).DevelopmentofplasticscintillatorcounterwithSiPMreadoutforhigh-energyphysicsexperiments.NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchSectionA,905,284-289.
[3]Li,M.,etal.(2021).TimeresolutionstudiesofaplasticscintillatormodulemeasuredwithSiPMandPMTreadout.NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchSectionA:Accelerators,Spectrometers,DetectorsandAssociatedEquipment,1003,165474.