中国科大成功建成基于硅光电倍增器（SiPM）的正电子湮没寿命谱仪
正电子湮没谱学是研究凝聚态缺陷和相变的重要实验技术，常用于表征材料的原子级微观结构（尤其是空
位型缺陷）。正电子湮没寿命谱仪用来测量正电子在材料中湮没寿命信息，其最重要的两个性能指标是时间分辨率和计数率。
硅光电倍增器（SiPM）具有增益高、单光子灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑等特点。近几年来，SiPM作为一种新型的光电探测器件，已经逐渐应用于高能物理，医疗设备，激光雷达等领域。
图 1 SiPM-PAL谱仪测量装置简图
本实验室的博士生王海波用SiPM、LYSO和LFS-3两种闪烁晶体以及数字示波器（如图 1）成功搭建了正电子湮没寿命谱仪（SiPM-PAL谱仪）。通过研究SiPM偏压、定时阈值和闪烁体长度对探测器时间分辨的影响，确定了SiPM-PAL谱仪的最佳工作条件。
图 2 GaN样品的正电子湮没寿命谱
通过采集GaN样品的正电子湮没寿命谱（如图2），对比了不同长度的闪烁体下SiPM-PAL谱仪的性能。谱仪在3×3×5 mm3 尺寸闪烁体下，时间分辨（FWHM）可以达到~137 ps（如图3），大大优于用电子学NIM插件和光电倍增管搭建的常规寿命谱仪（约220 ps）。利用SiPM探测器搭建的寿命谱仪，具有体积小、成本低、性能好、扩展性强等优点，未来有希望可用于正电子束流装置和正电子湮没辐射角关联测量。
图 3 SiPM-PAL谱仪时间分辨率与晶体长度的关系
本工作以“A new SiPM-based positron annihilation lifetime spectrometer using LYSO and LFS-3 scintillators”为题于2020年2月15日在Nucl. Instrum. Methods A上发表，文章第一作者为实验室博士研究生王海波。本研究受到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金面上项目、科技部国家重点实验室平台升级项目等资助。
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163662
