基于双模块单晶闪烁体的独立交互式康普顿相机系统研发与性能优化

为解决传统康普顿相机视野受限(FOV)和本征探测效率低的问题，研究人员开发了集成双模块康普顿相机系统(IDM-CCS)。该系统通过双单晶闪烁体模块的独立与协同工作，结合加权列表模式最大似然期望最大化(LM-MLEM)算法，实现了24°分辨角提升和轴向1.3%-2.1%的成像效率，为无人机辐射监测等应用提供了优化方案。

　　

在福岛核事故后，辐射监测技术面临两大核心挑战：传统康普顿相机因机械准直器和分体式结构导致的视野局限（约90°）和低探测效率，而单晶4π康普顿相机虽提升性能却受限于小截面尺寸。这一矛盾在无人机(UAV)载具等便携式应用中尤为突出。韩国研究团队为此提出创新性解决方案——集成双模块康普顿相机系统(IDM-CCS)，相关成果发表于《Radiation Measurements》。

研究采用双钆铝镓石榴石(GAGG)闪烁体模块，通过硅光电倍增管(SiPM)双面信号采集实现深度解析。关键技术包括：1) 多系统加权列表模式最大似然期望最大化(LM-MLEM)算法融合独立/协同模式数据；2) 可调杠杆臂距离（散射与光电效应间距）实验设计；3) 智能手机级像素分辨率匹配的现场验证。

结果部分

1. 材料与方法：GAGG晶体（Z_eff
   =54.4，密度6.63 g/cm³
   ）模块能量分辨率达25.4%@662 keV，通过SiPM双面信号实现深度离散化解析。
2. 性能验证：杠杆臂距离实验显示，短/中/长距离下轴向效率分别为2.1%、1.3%、0.8%，而横向效率稳定在1.3%。最小分辨角达24°，优于单模块系统。
3. 现场应用：当IDM-CCS像素分辨率与智能手机相机匹配时，可精确定位双放射源位置，验证了实用化潜力。

结论与意义
该研究通过模块化设计突破了单晶康普顿相机的尺寸瓶颈：1) 交互模式下的可调杠杆臂显著提升角度分辨率；2) 加权LM-MLEM算法使融合图像信噪比(SNR)提升37%；3) 轴向效率随距离增加而降低的规律为同类探测器优化提供依据。值得注意的是，虽然长杠杆臂会因康普顿散射角限制降低计数率，但模块化架构为未来多模块扩展奠定了基础。研究获得韩国国家研究基金会(NRF)等支持，其成果对核应急响应、环境辐射测绘等领域具有重要实践价值，特别是为无人机载微型化辐射探测系统提供了新的技术路径。