便携式中子-伽马双模态成像仪GN-Vision的首次实验验证与性能优化研究

研究人员针对核安全监测与质子治疗中放射性源定位难题，开发了便携式中子-伽马双模态成像仪GN-Vision。该设备结合康普顿成像(Compton imaging)与被动准直技术，首次实现慢中子(<100 eV)和γ射线的同步空间定位，并通过蒙特卡洛模拟优化提升了实时成像效率，为核安全巡查与医疗应用提供了创新解决方案。

　　

在核安全监管和先进医疗领域，放射性源的精准定位一直是重大技术挑战。核电站乏燃料监控需要同时探测中子与γ射线，而质子治疗中的射程验证也依赖这两种粒子的协同成像。传统设备往往体积庞大或功能单一，难以满足现场快速检测需求。西班牙瓦伦西亚大学团队在ERC项目支持下，研制出全球首款手持式中子-伽马双模态成像仪GN-Vision，其研究成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》。

研究采用蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟指导设计，核心包含两个关键技术：康普顿成像(Compton imaging)用于γ射线三维重建，⁶Li富集的聚乙烯(polyethylene)被动准直器实现慢中子(<100 eV)成像。探测器采用CLYC(Cs₂LiYCl₆:Ce)晶体与LaCl₃(Ce)晶体构成的双平面结构，兼顾中子俘获与γ射线探测能力。

实验开发与表征
通过蒙特卡洛模拟优化⁶LiPE准直器参数，证实设备可同步成像²⁵²Cf源的中子与γ射线。能量分辨率测试显示CLYC对662 keV γ射线的分辨率为4.5%，满足康普顿成像需求。

分辨率对性能的影响
LaCl₃吸收层的空间分辨率达2 mm时，1.17 MeV γ射线成像角分辨率优化至8°。CLYC晶体中子探测效率模拟表明，3 cm厚度可实现25%的热中子探测效率。

结论与展望
GN-Vision首次验证了便携设备实现中子-γ双模态成像的可行性。优化后的准直系统使热中子成像效率提升40%，成本降低30%。该技术既可用于核电站乏燃料监控，又能为质子治疗提供实时射程验证，相关成果已申请欧盟ERC概念验证基金支持。

研究团队特别指出，设备在1米距离处对²⁵²Cf源的成像时间可控制在10分钟内，未来通过机器学习算法有望进一步缩短至2分钟。这种突破性设计为放射性物质快速筛查提供了全新工具，其模块化架构还可适配不同应用场景的探测器配置需求。