物理学院高能粒子探测与成像团队，针对核物理-高能粒子探测与辐射成像的实际需求，专注研发针对各类高能辐射的剂量测定、能谱甄别探测器，以及在大通量高能辐射下的光子计数成像系统。团队由王昕与张余炼博士组成，团队近五年承担国家自然科学基金3项，各类省部级项目6项。相关领域发表高水平SCI论文20多篇，授权专利10项，多次在国际辐射防护大会，IEEE核技术-室温半导体技术等国际顶尖会议做口头报告。
1.1闪烁体探测器的多模态探测与功能集成
基于闪烁体探测器和脉冲形状甄别技术，开展阵列探测器在反应堆中微子测量和多单元的中子伽马双模态成像研究。通过多单元的阵列探测器多变量分析方法结合中子伽马鉴别提高中微子测量的信噪比；具有中子伽马鉴别能力的闪烁体使得成像应用实现中子和伽马的优势互补。
图1. 中微子阵列探测器样机及信号本底的多变量分析结果
图2. 中子伽马源的阵列探测器样机及成像结果
1.2结构气体探测器径迹测量研究
高能物理实验中的微结构气体探测器读出时间投影室是径迹测量的核心探测器，而正离子反馈成为高亮度下影响径迹测量精度的关键问题。开展了基于UV光电效应的正离子反馈精确测量研究。
图3. 正离子反馈测量探测器样机及5.9 keV X射线能谱
1.3 针对伽马光子的半导体型剂量以及能谱探测器
针对核武/核电相关同位素放射源以及各类天然同位素放射源，尽早尽远实现发现与识别，对于监测环境核安全，防止放射性核素沾染等重要安全问题有着重要的意义。本团队聚焦研究基于半导体晶体的高能量分辨率伽马射线能谱探测器。对于662keV的光子，能量分辨率优于2%，对于1uCi活度的137Cs放射源，能够在10m范围外，快速精准识别与报警。本团队具备探测半导体晶体生长，器件制备，电子电路设计，抗电磁干扰封装等全套工艺流程。
图4. 针对伽马射线能谱探测，研究团队从晶体生长，到器件封装，到系统搭建，以及最终能谱分辨能力
主攻方向：X射线光子计数成像探测器
光子计数X射线探测器作为下一代辐射无损探伤，医疗检测等领域的核心器件，能够在极低的剂量下实现高动态范围成像。本研究团队生长高品质半导体晶体，利用半导体工艺制备出单像素光子计数率>100 Ms-1的光子计数X射线探测器，在阵列化后，可应用于高端X射线无损探伤领域。
图5. X射线光子计数探测器的成像原理，已经各类已制备的单像素光子计数探测器。
负责人：王昕
邮箱：xin-wang@nuaa.edu.cn；zhangyulian@nuaa.edu.cn
团队成员：王昕副研究员、张余炼讲师
1.国家自然科学基金面上项目：基于级联式卤素离子梯度钙钛矿单晶的PIN结型高能量分辨率伽马射线探测器（2024.01-2027.12）
2.国家自然基金青年科学基金项目：溶液法外延-掺杂生长钙钛矿单晶PIN型伽马射线探测器的研究（2021.01-2023.12）
3.中国博士后基金会第16批站中特别资助 （2023.01-2025.03）
1.国家自然基金青年科学基金项目：基于UV光源的时间投影室正离子反馈和电透过率测量方法研究（2023.01-2026.12）
2.先进核能技术设计与安全教育部重点实验室开放课题：基于中微子探测的反应堆监测方法研究（2024.01-2025.12）
3.装备发展部快速扶持项目：用于中微子探测的阵列探测器（2021.05-2022.05）
低剂量，高空间分辨率是未来X射线探测平板的发展方向。基于光子计数模式的X射线探测器相比与现在广泛使用的电荷积分式X射线探测平板减少80%的剂量。因此，开发基于半导体晶体的X射线光子计数探测平板有着重要的意义。本团队将聚焦研发阵列化，高空间分辨率光子计数X射线探测器。利用半导体光刻工艺，实现电极结构的像素化，借鉴Bump-Bonding工艺将像素化的探测晶体与外围读出电路的耦合。实现像素尺寸小于100μm，高空间分辨光子计数X射线探测器。
图6. X射线光子计数探测器的像素化的原理，封装办法。
开发出同时检测中子/α粒子/γ射线/X射线的集成化多粒子核探测器，在剂量精确测量的同时，实现放射源的种类甄别。
图7. 针对多种高能辐射粒子的集成化核探测器
