CsI(Tl)X射线探测组件设计及关键技术研究

摘要

随着X射线探测技术的发展，闪烁体探测器成为目前研究最热、应用最好的一类X射线图像探测器。其中基于掺铊碘化铯的X射线探测器由于它低廉的制备成本及优秀的探测性能受到关注。掺铊碘化铯薄膜作为X射线探测器中的核心部件，其光转换性能及与其他探测部件的结构匹配设计，是提升探测器成像质量的重要因素。本文从提升探测组件光转换效率的角度出发，对掺铊碘化铯薄膜从微观成膜结构到宏观薄膜厚度进行了研究，对探测组件的结构匹配进行了设计。具体工作如下： 首先通过使用Geant4软件仿真的手段，对掺铊碘化铯X射线直接探测组件进行了模型构建和仿真。通过从薄膜厚度、X射线源大小及探测距离的角度出发探究其对于光产额提升影响。仿真结果显示，薄膜的吸收率及传输损耗是薄膜厚度影响光光转换的重要原因，当探测源一定时，随着薄膜厚度的增加荧光光子产额先增高后降低；X射线源越大，穿透性越强，空间传输损失越小，光产额越高，但过高的X射线源容易对后续探测器产生辐射损伤，影响其寿命；而X射线探测器光产额与探测距离在软X射线范围内呈反比关系，在硬X射线范围内光产额与探测距离呈线性递减关系。 其次，对掺铊碘化铯薄膜进行了实验室工艺制备，对其晶柱结构的生长进行了具体的研究，发现了掺铊碘化铯薄膜聚岛成膜的生长特性及其沿原始生长晶向生长的特点。通过实验发现了CsI:Tl薄膜的微柱结构的质量与其生长择优取向有重要的关系，研究了择优取向对与晶柱结构、晶粒形貌、光光转换的影响。具体表现在高强度单一择优取向下的薄膜具有规整晶柱结构、均匀饱满的晶粒及很高的光光转换性能。随后从薄膜沉积速率的角度对薄膜柱状生长进行了工艺优化，给出了当前实验室最优工艺制备情况下掺铊碘化铯薄膜的性能参数。 最后，对薄膜的包裹与反射层及CCD阵列化进行了探究，在实验制备掺铊碘化铯薄膜的基础上，进行了包裹反射层的镀制并进行了稳态荧光光谱测试。对CCD阵列匹配进行了具体研究，对探测组件进行了结构优化。最终设计了X射线探测组件的相关结构参数并进行了成像测试。

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