革命性的检测技术

闪烁探测器的设计和操作正在从传统的光电倍增管(PMT)转向硅光电倍增管(SiPM)探测器。在这次采访中，来自圣戈班晶体公司的高级首席科学家Peter R. Menge向AZoM介绍了基于SiPM的Nal探测器相对于基于PMT的探测器在国土安全和其他核探测应用中的优势。

请告诉我们圣戈班水晶公司和你的工作?

圣戈班晶体制造用于辐射探测和测量的闪烁材料、组件和仪器。欧洲杯足球竞彩这些产品被用于各种应用，包括医疗成像，健康物理，国土安全，工业传感，石油勘探、研究应用。我们在美国、法国和印度设有生产基地，并在世界各地设有销售办事处。

为什么从传统的光电倍增管（PMT）转变为硅光电倍增器（SIPM）探测器？您能否解释基于PMT的探测器的Saint Gobain基于SIPM的SIPM的NAR探测器的区别？

从ppm到sipm的转变，是因为与ppm相比，sipm提供了几个主要优势，同时保持了类似的增益和速度:

1. sipm所需的功率比ppm少得多，通常是ppm的20 - 30倍。这使得商用货架(COTS)锂离子电池能够使用。pmt需要电网供电或特殊的高容量电池。

2. 与pmt相比，sipm要小得多，需要的体积也要小得多，通常是1000倍的体积和长度。这(以及理由1)对于便携式探测器、空间有限的设计或需要将多个探测器捆绑在一起的时候是很有吸引力的。

3. 与pmt相比，sipm具有更高的闪烁光探测效率。最好的pmt检测效率为35%，而SiPMs的检测效率为50-60%。这就产生了更大的信号，同时也减少了随机和泊松噪声。

4. pmt受磁场的影响很大，因此无法在磁共振(MR)成像仪中使用，也无法在高电流或大磁场附近使用。

5. SiPM供应链的可靠性从两个主要的pmt供应商提高到至少四个SiPM供应商。我们还采购了新的电路板制造地点。这减少了交货时间损失和库存风险，并提高了设计创新和持续性能改进的潜力。

与pmt耦合的NaI探测器相比，配备sipm的NaI探测器长度约为前者的一半，功耗为后者的20倍。有一些缺点。每单位面积的sipm比ppm有更高的暗计数率(通常是5倍)。对于长脉冲长度的闪烁体，如NaI，这种噪声会使能量分辨率变差。在662 keV下，pmt的典型能量分辨率值为6.5%，SiPMs为7.5%。

请告诉我们Saint Gobain的独特综合解决方案。主要特点和优惠是什么？

圣戈班与外部合作伙伴合作开发了一种低功耗、紧凑的传感器解决方案。该模块的功耗小于50 mW，同时在各种条件下仍能取得优异的核性能。众所周知，SiPM增益受温度和计数率变化的影响很大。

我们的解决方案旨在在宽温度范围(-20℃至55℃)提供稳定的输出。此外，它能够支持和维护超过50,000 cps计数率的性能。此外，我们的设计方案为我们的客户提供的产品经过严格的测试要求，如ANSI N42.34概述的射频敏感性、热稳定性、湿度、湿度、灰尘和ESD。

SiPM检测器有各种各样的形状，并提供了许多架构上的优点。哪些应用程序将从中受益?

与传统PMT相比，SiPM探测器的一大优点是体积小。对于小封装，SiPM检测器的性能几乎与pmt相似。在开发周期的这个阶段，我们看到了一些应用的明显优势，其中移动性是关键，判断力很重要，必须考虑功耗。

今天，我们的SiPM探测器在需要电池供电的手持式和背包式放射性同位素识别设备(RIIDs)中工作得非常好。这些应用包括可穿戴设备、车载探测器和其他安全系统。

SiPM探测器可用于车载探测器等应用。图片来源:伤风/ Vilgun

辐射探测对国土安全至关重要。SiPM的定制方面将如何使国土安全应用程序受益?

为了支持各种应用，Saint-Gobain的解决方案旨在为设计师和用户提供灵活性。根据应用程序，我们能够调整和优化晶体上的SiPM数量和布局，以实现优化设计和性能的折衷。

有机械探测器封装和电气连接器的设计选项，允许与当前PMT系统即插即用兼容，以最大限度地减少当前系统的返工，以利用SiPM来取代基于PMT的探测器。有几个可供选择的电子产品。

根据客户需求，我们可以提供多种温度补偿信号选择:

1. 模拟
   1. 电荷灵敏前置放大器
   2. 电流电压前置放大器
   3. TTL脉搏了
2. 数字
   1. 多通道分析仪-基础版本
   2. 多通道分析仪-增强版本与PSD功能

准确性是核探测的一个非常重要的方面。SiPM如何确保准确的检测?

圣戈班SiPM探测器具有非常低的噪声底，并已被证明能够检测低至10 keV的信号。这意味着它们可以可靠地探测到x射线范围内的信号。Saint-Gobain设计的使用sipm的探测器预计至少与目前PMT产品的预期一样可靠。

它们已经通过稳定性和线性优化，并且已经针对“金标准”高纯度锗探测器的光谱检查，具有多个同位素，其中包括137℃，22NA，57CO和228。结果比各种同位素之间的95％线性读数更有前景。已经进行了广泛的热测试，增益补偿和降噪优化，以限定基本设计，组件和算法。

SiPM有助于核探测的准确性。图片来源:伤风/ EgoreichenkovEvgenii

圣戈班水晶公司的SiPM探测器对国土安全和其他需要核探测的行业的未来意味着什么?

SiPM已被医学成像行业采用为首选的光传感器，从PMT为基础的PET系统到SiPM为基础的系统的转变发生在几年前。在过去的几年里，SIPM设计已经被证明是可靠的，新的大型进入者，如ON Semiconductor和Broadcom已经将SIPM引入到他们各自广泛的基于硅的设备制造组合中。

太空和高能物理领域的早期用户支持sipm的新设计和使用，推动了被视为可能的边界。价格曲线急剧下降，使得SiPM基本性能成本与pmt一致。当考虑到sipm的优势时，在几乎所有的FoM(优点值)计算中，sipm都有明显的优势。

国土安全核探测设备和系统的设计未来是采用SiPMs。小型、离散的低功耗电池系统是可能的，并且可以根据需要进行优化。随着基础设计、电子和ANSI测试的完成，到2020年底，圣戈班的技术路线图将涵盖所有闪烁体材料系列和设计模式，并提供SiPM设计解决方案。

我们的读者可以去哪里了解更多?

读者可以在我们的网站上找到更多关于SiPM产品的信息

https://www.crystals.saint-gobain.com/products/scintillation-sipm-detector-integration

他们可以联系我们通过我们的网站和他们的问题。我们目前提供2“X 2”NaI - SiPM探测器，试用期30-60天。通过这种方式，他们可以测试并查看我们的SiPM解决方案如何适合他们的各种技术需求。他们还可以提供关于我们如何针对他们的应用程序定制SiPM解决方案的反馈。

关于彼得·r·门格

Peter R. Menge是Saint Gobain Crystals的高级首席科学家，并监督产品开发部门。Peter的工作主要是将新的探测技术转化为工业产品，包括用于极端环境的探测器、高分辨率医疗成像仪、LaBr3和NaIL晶体探测器。