第二十三届全国核电子学与核探测技术学术年会（NED2026）

同步辐射光源能够为多个学科领域的研究提供先进的实验手段。各学科领域的需求多种多样，意味着需要探测的信号，以及探测的条件也是多种多样的，故而同步辐射上使用的探测器类型非常多。同步辐射实验探测的粒子，大部分是在X射线、真空紫外波段的光子，也有一些探测电子或者其它粒子的需求。随着同步辐射光源的发展，能够实现二维信号采集的阵列探测器使用的范围迅速增加，逐步成为同步辐射上使用的主流探测器。
同时，同步辐射光源是用户装置，这意味着探测器的使用者大多数并非探测器的专业人员，因此需要的探测器是一种相对成熟的产品，而不是简单的样机。由于种类繁多，技术状态要求成熟，因此研发的难度高，需求的资源都很大，相对市场也较小。长期以来，同步辐射光源的探测器是自主化、国产化程度最低的设备之一，对于我国光源的可持续发展是一个严重的隐患。
在十二五期间的“高能同步辐射光源验证装置”和十三五期间的“高能同步辐射光源”...

近年来，核医疗得到了党和国家的高度重视，2021年6月，国家原子能机构等8部门联合印发《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》，重点强调要充分挖掘核医疗健康的潜在需求和应用前景，推动核医疗在重大疾病诊断治疗中发挥更大作用；要求推动实现核医学“一县一科”。今年10月，国家原子能机构等12部门联合印发《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024—2026年）》，要求“到2026年，围绕核技术在医学诊疗等重点方向或领域的应用，突破一批关键技术，建设一批创新平台，培育一批专精特新企业”。我国核医疗事业发展迎来了历史机遇期，核医疗健康产业的发展前景广阔。
长期以来，我国大型医疗设备主要依赖进口，近年来，核医疗主要大型设备，包括PET/CT、PET/MR、SPECT/CT等已初步实现了国产替代。大型医疗设备还不能满足核医疗发展的需要，核医疗产业的创新不够，核心技术、关键元器件面...

激光核聚变研究从物理概念的提出到研究技术体系的建立、点火攻关研究已有60余年，其研究目的已从最初的聚变能源扩展到核武库维护和高能量密度科学前沿探索等领域，现已成为大国竞争的战略性科技方向之一。美国是这项研究的先驱，经60余年的持续努力，于2022年底在其国家点火装置上实现了人类历史上首次实验室聚变点火与自持燃烧，聚变放能超过驱动的激光能量，验证了非裂变核能驱动实现聚变点火和能量增益的科学与技术可行性，为后续高增益聚变和能源的开发带来了巨大鼓舞。本报告简要介绍激光聚变特别美国实现点火的过程所取得的主要进展，分析未来聚变能源和核诊断技术面临的主要挑战与发展机遇。

加速全球能源转型和严苛的双碳目标，亟需一种可规模化、安全且可持续的核裂变技术路径。加速器驱动系统（ADS）通过实现次临界运行、长寿命锕系元素及裂变产物的嬗变，以及铀利用率超过90%的闭式燃料循环，提供了一种变革性解决方案。本报告介绍了以CiADS实验设施为核心的加速器驱动先进核能系统（ADANES）的工程进展，并将详细介绍CiADS相关核测量和核电子学的进展。关键里程碑包括：大功率超导质子直线加速器（600 MeV、5 mA，束流功率>2.5 MW，束流损失控制<10⁻⁶）的成功调试、3 MW液态铅铋（Pb-Bi）散裂靶热工水力学验证的顺利完成，以及10 MWt次临界反应堆设计的完成。ADANES使ADS技术成为下一代核能系统和闭环燃料管理中技术稳健、经济可持续且防扩散性能卓越的基石性方案。

我国首个原初引力波探测实验--阿里原初引力波探测一期（AliCPT-1）已建成并实现初光，在2025-2026观测季开始开展科学观测并取得了初步结果，我国首次实验探测到宇宙微波背景辐射的温度功率谱。AliCPT-1采用基于低温超导转变边沿探测器（TES）阵列作为焦平面探测器，其未来性能的持续提升依赖于探测器数量和读出电子学技术的国产化进步。高能所近年来围绕此需求开展了全面的自主化技术攻关，开展了基于铝锰合金的TES探测器芯片及基于超导量子干涉器件（SQUID）的读出芯片研制，开发了适用于不同场景的时分复用（TDM）读出电子学系统和微波复用（μMux）读出电子学系统，可用于高灵敏度的毫米波探测和X射线探测。在X射线探测方面，团队近期基于铝锰合金薄膜开发的具有独特结构的TES探测器在17.48keV处能量分辨率达到12.1eV，显示出了优异的性能，这在国际上是首次报道铝锰合金TES能量分...

米格达尔效应是轻暗物质探测领域突破信号阈值瓶颈的核心物理机制，该效应自 1939 年被理论预言后，近九十年间中性粒子碰撞过程中的米格达尔效应始终未获直接实验证实，这一空白不仅制约了轻暗物质探测的研究进展，也让依托该效应的相关实验长期缺乏实证支撑。本研究团队率先完成对该效应的直接实验观测，填补了这一领域的关键实验空白，为轻暗物质探测研究奠定了重要实验基础。本次报告将系统阐释该研究的核心思路，剖析其中的关键技术创新，并结合暗物质探测的国际研究前沿，全面阐述这一发现对推动轻质量暗物质探测、破解宇宙暗物质之谜的重大科学意义。

离子加速器不仅是开展基础前沿的科学重器，更是引领技术变革的战略平台。面对新一轮科技革命和产业变革，美国、德国、日本等科技强国正围绕这一制高点展开激烈博弈，力争在下一个核科学前沿领域率先取得突破。报告主要介绍重离子加速器的前沿发展和国际现状，重点聚焦我国在强流重离子加速器领域的创新突破和国家重大科技基础设施-强流重离子加速器（HIAF）工程建设。HIAF位于广东大亚湾国际科创中心，可提供国际上脉冲流强最高的重离子束流，使我国重离子加速器走在了国际前列，为核物理基础前沿和重大应用研究提供国际领先平台。此外，报告还将介绍离子加速器在肿瘤精准放射治疗、航天空间辐照、生物基因定向改良等国家重大需求方面的应用和新质生产力发展。

在相同温度下，DT聚变具有最高的反应截面，是地球上最容易实现的聚变反应。海水中的氘含量约为150ppm，可供人类能源需求数十亿年。然而，氚是氢的唯一放射性同位素，半衰期仅为12.33年，自然界中无天然存在的氚。因此，聚变能源实现面临的一大难题即是氚的生产/增殖，这也是聚变堆从物理可行走向能源的三大核心挑战之一。相比于磁约束聚变中仅有约1%的燃烧份额，惯性约束聚变虽燃烧份额远高于磁约束聚变，但燃烧率也仅为30%左右。未燃烧的氚以及通过聚变中子与6Li/7Li作用产生的氚需高效循环利用，如何在复杂环境下实现氚的高精度分析测量是氚问题研究的核心。本报告针对聚变堆中氚存在的“固、液、气”三态所面临的测量问题，详细介绍了当前进展及面临的挑战。

江门中微子实验（JUNO）旨在确定中微子质量顺序和精确测量中微子振荡参数，并同时开展太阳中微子、地球中微子、超新星爆发中微子等多项物理研究。实验位于广东江门地下 700 m，整套探测器系统由中心探测器与反符合探测器构成。中心探测器以 35.4 m 直径有机玻璃球承载 2 万吨液体闪烁体，外部 41.1 m 不锈钢网壳搭载约 1.76 万支 20 英寸以及2.56 万支 3 英寸光电倍增管，以实现 3%@1 MeV 的能量分辨率。反符合探测器包括水切伦科夫探测器和顶部径迹探测器，主要由4万吨超纯水、约2400支光电倍增管及1200平方米塑料闪烁体探测器构成，以实现对宇宙线muon大于99%的探测效率。经过十余年的研发与工程建设，江门中微子实验于2025年8月26日完成液闪灌注并开始正式运行，运行后不久便公布一系列重要结果。本报告主要总结江门中微子实验探测器的设计及建造过程，并包括目前的运行状态和性能。

下一代加速器装置——强流重离子加速器装置(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility, HIAF)自2025年下半年开始调试，预计近期将全面投入运行。在每核子数 GeV的能区内，HIAF 可加速质子以及包括铀离子在内的多种重离子束流，其束流强度预计分别可达到世界一流水平: 每脉冲 10^12个质子和 10^10个重离子。
本报告将在简要介绍相关科学背景后，重点介绍一个新型探测器实验装置——超子—核子谱仪 (Hyperon–Nucleon Spectrometer，H-NS)。该谱仪将全面采用像素探测器，实现高精度径迹重建与粒子鉴别。H-NS 面向强子结构和高重子密度区核物质相结构等多个前沿研究方向，将开展一系列具有创新性的实验测量。其中，一个重要目标是同时测量质子和 Λ...

MeV能区的伽马射线包含丰富的核天体物理谱线，包括0.511 MeV正负电子湮灭线，以及26Al 、44Ti 、56Co 、60Fe 等放射性核素产生的特征伽马射线，是宇宙核合成乃至新物理的重要探针。测量这些谱线的强度和空间分布有助于理解银河系演化历史，并可为暗物质间接探测提供约束。受限于康普顿成像的技术困难，该能区自CGRO/COMPTEL任务结束后长期缺乏空间观测能力，国际天体物理学界称之为"MeV...

报告将介绍基于微通道板的两款光电倍增管MCP-PMT（椭球型大面积静电聚焦型光电倍增管LPMT和平板型近贴超快光电倍增管FPMT）的研发情况，重点介绍FPMT从单阳极到64阳极的研发历程和对应样管的性能研究结果。针对性能稳定的样管，开展了系列束流实验和激光实验，探索了超快FPMT多种可能的应用方案。最后介绍一款集成了单阳极FPMT、高压模块、快速TDC芯片的iPMT模块，实现100ps符合时间分辨的探测。

报告主要包括两个方面：一是国产宇航用IP核和处理器件的最新进展，二是针对宇航元器件供应链的思考，重点讨论如何科学降低宇航用元器件的成本。
面向航天应用需求，针对超高主频、超高性能、超大规模宇航用集成电路抗辐射加固技术难题，本报告将从“抗辐射集成电路设计”与“抗辐射设计成本可控”两个方面，系统汇报课题组在国产高性能宇航用IP核及处理器件研制中的最新进展，并就新国际形势下宇航元器件供应链的自主可控与经济性策略展开深入思考，重点讨论如何科学降低宇航用元器件的成本。

报告将介绍大型强子对撞机（LHC）上 ATLAS 实验高颗粒度时间探测器的研发。为了解决高亮度 LHC 中的事例堆积问题，ATLAS 实验正在研制高时间分辨硅探测器。其中关键技术包括低增益雪崩放大硅传感器（LGAD）与超快读出芯片等。报告将讲述 ATLAS 实验高颗粒度时间探测器（HGTD）项目的最新进展，特别是中国团队所做的主导贡献。

文物承载着民族的血脉与基因，是不可再生的文化瑰宝。针对考古发掘现场未出土文物开展原位无损检测，获取文物本体与赋存环境的第一手资料，对于文物保护与文脉传承具有重要意义。常规X射线透射成像技术要求射线源与探测器分置于被测物体两侧，从物理布局上无法满足未出土文物的现场检测条件。康普顿散射成像（Compton Scattering...

点电极高纯锗探测器输入电容低（~2 pF），在低温下漏电流小（~1 pA），能够在低放射性背景下实现高能量分辨率和低能量阈值（~300 eV）。因此，点电极高纯锗探测器已被广泛用于低本底物理实验，比如GERDA（GERmanium Detector Array）和Majorana的无中微子双β衰变 (0υββ) 实验，以及CoGeNT（Coherent Germanium Neutrino Technology）和CDEX（China Dark Matter Experiment）的直接暗物质探测实验。CDEX选择使用在低温低本底环境下工作的大质量点电极高纯锗探测器阵列，获得更高的灵敏度，希望获得探测半衰期达到10^28年的无中微子双β衰变的潜力。
本报告主要介绍用于CDEX-50和CDEX-300ν中，电极高纯锗探测器的信号读出的低温、低噪声、低本底点读出 (L3GeRO)...

大型强子对撞机（LHC）升级为高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）后，粒子对撞频次大幅提升，平均堆积事例数可达 200，探测器将面临严重的事例堆积与强辐射环境，对探测器的抗辐照能力、径迹探测水平以及束流亮度测量精度提出了严苛挑战。
高时间分辨的 HGTD 探测器具备优于 50 ps 的时间分辨能力，可有效缓解 ATLAS 探测器的事例堆积问题。LGAD 硅传感器是 HGTD 时间探测器的核心元件，该器件采用 15×15 像素阵列布局，单像素尺寸为1.3 mm×1.3 mm，其时间分辨、抗辐照等核心性能直接决定 HGTD 整机探测指标。目前已完成近万颗LGAD器件的生产。本报告将系统介绍应用于ATALS HGTD项目的LGAD 传感器量产现状与辐照性能：涵盖阵列器件的 I-V...

高能物理径迹探测器正经历从混合型到单片式的深刻技术变革，其核心驱动力来自对撞机物理目标从"发现"到"精密测量"的范式转变。本文以ATLAS实验二期升级（HL-LHC）的混合硅微条径迹探测器为起点，讨论其在大面积覆盖中面临的物质预算高、制造工艺复杂等局限性；进而介绍以CHESS芯片为代表的国外单片硅微条探测器研发进展——CHESS（CMOS HV Evaluation for Strip Sensors）采用AMS 0.35 μm HV-CMOS工艺，将传感器与读出电子学单片集成，在保持微条架构的同时显著降低了物质量；最后过渡到CEPC的HVCMOS单片硅像素径迹探测器，以COFFEE系列芯片（55 nm先进CMOS工艺）为代表，实现二维像素化高精度读出（~10...

碳离子放射治疗具有优良的剂量深度分布和较高的生物学效应，但其布拉格峰位置对组织密度、患者摆位及束流参数变化较为敏感，因此开展在线射程验证对于提高治疗精度和安全性具有重要意义。本研究围绕碲锌镉（CZT）探测器电子学读出与碳离子束流射程预测方法展开。实验室自主设计并应用通道压缩电路，将CZT探测器多路信号压缩为少量输出信号，采用多层感知机神经网络（MLP）建立压缩信号与原始条形通道响应之间的映射关系，实现对探测器位置响应信息的预测与还原。进一步地，本研究提出一种碳离子束流射程验证方法，即利用探测器系统获取治疗过程中产生的次级粒子计数分布，并结合机器学习回归模型预测射程。在兰州重离子医院束流终端进行了实验。使用160.86-221.48MeV/u范围内7个能量照射聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），构建不同能量下次级粒子计数分布与机器跳数（MU）归一化后的特征参数，采用Elastic...

高能宇宙辐射探测设施（HERD）项目是由 提出，计划于2029年安装于中国空间站上的空间天文和粒子天体物理实验。其核心三维成像量能器采两种相互独立的双读出方案，一种是波移光纤+像增强器相机方案，一种是硅光电二极管（PD）读出方案，两种读出相互互补和校验，提高整体可靠性。对于LYSO闪烁晶体与（PD）耦合的读出方案，要实现30MeV至300TeV共10^7大动态范围覆盖。为匹配ASIC读出10^3较小的动态范围，设计定制集成LPD（66mm2大面积）、MPD（小面积1.21.2mm2+20%滤光片）和SPD（小面积+0.2%滤光片）的三合一PD模块。针对束流件定制的600多片小批量3-PD模块，开发了8通道切换的小批量测试系统和控制软件，完成暗电流、结电容特性测试。并对感光灵敏度、上升时间、能量线性进行抽样测试。首批定制三合一PD模块的感光灵敏度≥0.22A/...

现代PET探测器趋向采用小间距LYSO晶体与SiPM耦合，以追求更高的空间分辨率。然而，更小的晶体会显著加剧晶体间散射（ICS）——511 keV光子会因为康普顿散射等效应，让能量跨多个相邻晶体扩散，使传统基于重心的前端定位失准。
蒙特卡罗真值标签的理论重建评估表明，理想 ICS 校正可使横向空间分辨率 FWHM 提升约 17%；若与双端读出 DOI 解码协同，分辨率可进一步改善，总体提升约 32%。基于上述仿真工作引导，本工作面向核探测器与前端电子学硬件层面，搭建了2.1 mm、3.2 mm、4.1 mm三种间距的多间距高分辨率LYSO-SiPM探测器测试平台。采用专用PET读出ASIC（PETsys TOFPET2及Hamamatsu C135xx系列），基于过阈时间（Time-over-Threshold,...

激光驱动惯性约束聚变（ICF），也称激光聚变，是可控核聚变的主要技术路线之一，除了用于探索未来能源，同时也是研究物质极端状态的理想场所，对基础物理研究、国防科研也具有无可替代的价值。无论是为了实验的成功实施，还是为了事后对实验失败原因进行总结分析，都必须对反应核心（靶心）进行精密监测，即需要发展能够精密记录极端时空尺度下的内爆物理演化，定量判读热斑形貌对称性、核反应源分布及燃料约束质量的靶心诊断技术。中子和γ射线作为聚变反应的主要产物，携带了来自靶心和实验装置的关键物理信息，使核诊断成为聚变诊断不可替代的手段。ICF相当于是在实验室环境中复现了原本只存在于氢弹与恒星核心的极高能量密度的物理过程。在点火成功的前提下，通过氘氚反应，在百皮秒级的时间尺度和百微米级的空间尺度内就能产生高达10^19量级的中子，并释放出数MJ（甚至更高）的能量。其核诊断系统不仅需要超快时间响应、超高空间分辨的...

阿尔法磁谱仪（AMS-02）自2011年部署于国际空间站以来，已积累超过2600亿条宇宙线事例，在暗物质间接探测、反物质搜寻及宇宙线传播机制研究中取得系列突破性成果。为进一步拓展其几何接收度和高能区的探测潜力，AMS-02 径迹探测器升级项目拟在现有系统上增加总面积约8m²的硅微条探测器阵列。
本报告系统介绍该探测器从概念设计到航天资格验证的系统研制工作。在探测器研制方面，团队完成了低功耗前端电子学、大有效面积高信噪比硅微条传感器及空间热管理的系统设计，建立了硅传感器精密贴装、低噪声铝丝楔形键合及高精度大面积平面集成的完整工艺规范，并通过良品率控制与一致性监测确保规模化生产质量。在物理性能验证方面，依托 CERN...

国内计划依托SHINE装置的8 GeV电子束开展固定靶实验，旨在进一步探究核子内部结构。实验的径迹探测器拟采用微结构气体探测器（MPGD），通道总数约42万。超大通道规模对读出系统的集成度和实时在线处理能力提出挑战。此外，系统在实验初期不仅需要适配多种前端读出方案，还需为其他子探测器读出提供可行的硬件复用能力，这要求其具备通用性与可扩展能力。为此，本文将开展模块化系统研究，并基于此系统设计支持2000通道的MPGD读出原型样机。
ATCA架构具备强单板供电能力、高散热性能和宽裕的物理尺寸，不仅可以支撑高密度的芯片集成，也为模块化布局提供充足的空间条件。依托上述优势，系统采用ATCA载板搭配后插板的架构，可支持最多4个AMC子卡以适配多种读出任务需求。其中，ATCA载板集成XCKU15P高性能FPGA承担高带宽数据处理与传输任务；后插板搭载XCZU9EG...

正电子发射断层成像（PET）作为核医学分子影像的核心技术，已广泛应用于临床诊断与生物医学研究。传统PET基于正电子湮灭产生的双511keVγ光子的2γ符合成像机制，无法对不同β+衰变核素的信号进行定量区分，导致多核素同步成像时信号混淆，严重限制了多靶点生物过程的同步追踪，难以满足精准医学对多参数分子影像的需求。部分β+核素如²²Na、⁴⁴Sc、⁸⁹Zr等衰变时，会伴随发射瞬发γ光子，基于这一特性的3γ符合成像技术，可通过三光子符合事件的甄别实现不同核素的信号区分，为多核素成像提供了一种新的技术路径。本研究基于Geant4模拟平台，验证3γPET的核素区分可行性。研究首先通过点源2γ符合数据校验，确认了模拟系统的探测响应与能量响应的准确性；在此基础上，构建²²Na与¹⁸F混合成像模型，同步开展3γ与2γPET成像模拟，成功通过3γ符合事件有效分离出²²Na的信号，验证了区分常规无瞬发γ...

Neutrinoless double-beta decay (0νββ) provides critical insight into whether neutrinos are Majorana particles and the origin of the universe's matter-antimatter asymmetry. Scintillating bolometers are a highly promising technology for next-generation searches, characterised by high energy resolution and active background discrimination via simultaneous heat-light readout. This presentation...

缪子成像技术作为一种利用宇宙射线缪子探测物体内部结构的无损检测手段，在火山监测、地质勘探、考古以及核安全等领域展现出巨大的应用潜力 。在实际部署前，模拟仿真往往是评估缪子成像系统可行性与优化探测器设计的关键步骤 。然而，在针对大尺度目标进行仿真模拟时，传统生成方法面临着严峻的效率瓶颈 。由于宇宙射线需要在非常宽广的区域内生成，而实际能穿透物体并击中尺寸相对较小的探测器的缪子比例极低，导致绝大多数传输计算变为无效运算，极大消耗了时间和计算资源 。为解决这一痛点，本研究提出了一种高效的探测器邻近采样与逆向映射（DAS-REM）方法 。该方法首先通过探测器邻近采样，在紧靠探测器的区域内生成符合预期真实通量分布、且极大概率能到达探测器的有效缪子 。随后，利用逆向映射机制，将这些缪子的初始位置沿着动量方向逆推投影至覆盖探测器和待测物体的大型生成面上...

漂移室原初电离簇计数（dN/dx）是一种通过统计带电粒子在单位径迹长度上产生的原初电离簇数目实现粒子鉴别的方法。相比传统电离能损（dE/dx）方法，dN/dx 可减弱次级电子引入的朗道涨落影响，在高动量 K/π 介子鉴别中具有较好的应用潜力。面向环形正负电子对撞机（CEPC）等未来高能物理实验对高精度粒子鉴别的需求，本工作设计并研制了一套 120 通道高速波形读出电子学原型系统。系统采用低阻宽带放大与高速连续采样架构，前端通过低阻抗匹配网络和两级宽带电压放大级联，保留微弱电离信号的纳秒级快前沿特征；后端基于 1.3 GSps、14-bit ADC 和 FPGA 实现多通道连续波形数字化、触发控制和高速数据传输。实验室标定结果表明，系统全链路模拟带宽为 550 MHz，多通道增益离散度为 0.82%，带载等效输入噪声为 0.83 μArms，单时钟域固有时间测量精度为 0.88...

缪子散射成像利用宇宙线缪子强穿透力，对屏蔽层内部的物质进行无损探测，在地质勘测和国土安全领域具有广泛应用。径迹重建是缪子散射成像的关键环节，实现缪子散射径迹的高精度重建，有助于提高成像质量和物质识别能力。本研究提出了一种缪子散射径迹重建算法（MuTEA），通过结合多重库仑散射与贝叶斯推断来重建三维散射轨迹。该方法通过计算缪子穿过物体时的最可几径迹，从而获取精确的横向位移和散射角，进而改善成像质量。研究通过Geant4模拟验证了算法性能，结果表明径迹重建的不确定性随物体厚度与辐射长度之比增大而增加。此外，通过利用缪子散射原型装置开展了成像实验，对被不锈钢屏蔽的低、中、高原子序数物质进行了成像，并采用梯度幅值和对比度指标这两项无参考图像质量评估标准进行了定量分析。成像结果显示，经MuTEA算法优化的PoCA算法能够有效区分钨块、空心铜罐、沙子和藏匿在沙子中面粉等物质。

高能物理（HEP）实验日益依赖复杂的专用集成电路（ASIC），这推动了对灵活可编程架构的持续需求。本文提出并设计了一款基于RISC-V架构的系统级芯片（SoC），作为ASIC的通用控制与配置中心。该SoC集成了具备3级流水线的轻量级32位tiny_riscv处理器，支持通过固件执行C语言程序，以高效管理寄存器并实现I²C、SPI等多种通信协议。该SoC作为核心控制单元，计划首次应用于面向低增益雪崩光电二极管（LGAD）读出的专用ASIC——LATRIC中，并采用55纳米CMOS工艺成功完成了流片。流片后测试结果表明，该芯片的功能与性能指标均符合设计预期。目前，团队正围绕该SoC进一步开展抗辐照加固技术研究，以及针对高能物理特定场景的硬件加速算法开发。本报告将详细介绍该SoC的架构设计、在LATRIC芯片中的应用实现、流片测试结果，并展望其在未来HEP实验中的广阔应用前景。

散裂中子源二期升级项目正在建设高能质子束实验终端(HPES)，可提供能量为1.6 GeV的单粒子质子束，并将配备多套探测器系统，用于不同待测探测器(DUT)的性能研究。为了满足高空间分辨率径迹探测器原型机的测试需求，本研究基于MAPS型硅像素芯片，研制了一套高能质子束流望远镜系统(HEPTel)。HEPTel由6层超薄硅像素探测模块组成。每层模块由一块MAPS芯片、辅助PCB板和带有冷却结构的铝制屏蔽盒组成，灵敏区范围内单层物质量约为0.061%...

超级陶粲装置（STCF）是我国拟建设的下一代高亮度正负电子对撞机，其设计运行能量范围为2~7 GeV，峰值亮度约为0.5×10³⁵ cm⁻²...

本文介绍了基于CLYC闪烁晶体的原型谱仪设计，目标对主动式中子探测技术在行星浅表层原位水勘测中的应用进行研究。与被动式探测相比，主动式中子探测技术通过中子源可以实现更高效率的快速原位水探测。本研究采用氘氚（D-T）超短脉冲中子发生器作为中子源，该发生器可以产生14 MeV的中子脉冲。探测器仅采用一个耦合光电倍增管的CLYC闪烁晶体。通过Geant4对探测过程进行仿真，初步验证了单个CLYC探测器测得的散射中子和特征伽马可以用于行星浅表层的水及相关元素探测。为了开展地面实验，针对CLYC探测器研制了一套读出电子学系统，并搭建了原理验证样机。读出电子学经过电压放大和采样率500 MSPS，采样精度14...

宇宙线缪子是初级宇宙线与地球大气相互作用过程中产生的次级粒子，其自旋极化度是研究宇宙线物理及高能粒子相互作用机制的重要参数之一。为实现对低能宇宙线缪子自旋极化的高精度测量，中山大学研究团队提出并自主研制了宇宙线缪子自旋极化探测器系统 CRmuSR（Cosmic-Ray muon Spin Rotation/Relaxation detector）。该系统核心目标是通过精确重建入射缪子的动量方向，并测量缪子衰变所产生的 Michel 电子的空间分布，进而反演出缪子的自旋极化信息。
CRmuSR 系统采用模块化设计，单个模块主要由动量方向探测器（MDD）、缪子停止模块以及Michel正电子/电子探测环（PDR）三部分组成。其中，MDD 基于多层闪烁光纤阵列与 SiPM 读出技术构建，PDR 则采用环形塑料闪烁体模块配合 SiPM 进行多通道读出。系统整体需要大量 SiPM...

微波动态电感探测器（MKID）是一种高品质因数的超导微波谐振器，迄今已经在高能 X/γ 射线、天文弱光等弱辐射探测领域表现出了极大的潜力。MKID阵列凭借其天然的频分复用优势，可通过单条微波馈线同时读取数千个像素，在大视场天文观测和量子信息等领域具有重要应用前景。然而，随着阵列规模扩大至千通道级，读出电子学在激励生成、信号采集与实时解调方面面临严峻挑战。
本文提出并实现一种基于AMD ZYNQ UltraScale+ RFSoC的千通道级MKID微波复用室温读出电子学系统。利用RFSoC单片集成的ADC/DAC和可编程逻辑，在单芯片上完成了全链路的数字信号处理。系统支持FPGA固件实现的快速频率扫描、定频测试等核心功能。在发射端，为突破FPGA资源限制，采用16 组 RAM...

宇宙线缪子具有穿透能力强、无需外加辐射源等特点，在地质结构探测、核安全监测和大体积目标无损检测中具有重要应用价值。针对当前缪子散射与透射成像研究中数据处理流程分散、脚本程序难以统一管理、算法对比和结果复现效率较低等问题，本文设计并实现了一套面向多层缪子探测器的图像重建与可视化平台。平台以离线数据处理为核心，按照“数据导入与预处理—径迹重建—成像计算—结果可视化—图像质量评价”的流程组织功能，将文件读取、参数配置、任务调度、算法运行、结果显示和数据导出集成于统一界面。在散射成像方面，平台基于入射与出射径迹实现POCA散射点估计，并支持MLSDEM迭代重建，以获得目标区域体素化散射密度分布；在透射成像方面，通过径迹角度分箱、通量统计和不透明度计算，实现目标区域二维透射成像分析。平台提供三维点云、缪子径迹、三维体素、二维切片/投影、方向角分箱统计和不透明度图等可视化方式，并引入结构相似性指...

直接观测宇宙中微子背景（CνB）和精确测量中微子绝对质量需要先进的探测技术来克服现有的硬件瓶颈。当前的低温探测器很难在高度可扩展的架构中同时实现亚电子伏能量阈值、高能量分辨率和纳秒响应时间。为了应对这一挑战，我们提出了超导体耦合半导体电子倍增 (SuperEM) 探测器，这是一种基于 S-I-P-N 异质结的新型传感框架。
SuperEM 架构利用超导材料的库珀对断裂能隙（例如，铝约为 0.35 meV）来绕过传统的半导体带隙势垒，有效地将初始激发能量降低至亚meV范围。微能沉积之后，非平衡准粒子通过量子隧穿注入半导体耗尽区，实现单电子信号的原位雪崩倍增放大读出。这种拓扑在物理上将微能量传感与原位电荷放大结合。理论和初始实验框架表明，SuperEM 在可以在 1 eV 下实现接近 40 meV 的固有能量分辨率，同时可以实现纳秒级信号相应。除了中微子物理之外，SuperEM...

MPT3128 是宇称电子的一款专门为半导体探测器信号读出设计的多通道、低噪声、低功耗、模数混合专用集成电路（ASIC）。该款芯片单片集成128 个独立通道，等效噪声电荷在 200e 以下，最高动态范围可达 2MeV，同时片内每个通道都集成了 12-bit ADC 和 400ps 量化精度的TDC，可在片上实现能量、时间信息的数字化。该款芯片特别适合基于 CZT、硅微条，硅像素以及金刚石等半导体探测器的多通道电荷量、时间及事件计数读出。针对上述参数性能我们进行了详细的测量和评估。报告中会展示相关的设计和标定细节。

散裂中子源反角白光中子实验装置的多用途时间投影室（MTPC）中，阴极信号用于计算中子的飞行时间，对于中子的核数据测量至关重要。针对MTPC阴极信号幅度小、噪声大的问题，本文研制了一款高精度电荷灵敏放大器，旨在提升阴极输出信号的信噪比以及中子飞行时间的测量精度。该放大器核心器件选用结型场效应管与高速运算放大器，并且采用共源极放大与同相放大相结合的拓扑结构。放大器第一级用于实现电荷积累与电压转换，第二级则进行电压放大。首先使用信号发生器输出脉冲信号对放大器的成形时间、增益动态范围、上升时间及噪声特性等进行测试研究；其次进一步开展MTPC的放射源测试，记录阴极和丝网信号经放大器后的输出信号波形。信号发生器和MTPC放射源测试结果表明，该放大器具有良好的增益线性，并且能够有效提升MTPC阴极信号信噪比，有望显著提升中子飞行时间测量精度。在现有放大器的基础上，进一步优化放大器的关键器件、电路结...

While the initial detection of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering (CEνNS) utilized CsI(Na) crystals, maximizing detection sensitivity requires significantly higher light yields. Addressing this challenge, we introduce a cutting-edge detector architecture that couples low-temperature CsI crystals with SiPM readout arrays. By exploiting the superior brightness of cryogenic CsI and the...

超级陶粲装置（STCF）是面向高精度粲物理、τ 轻子物理、强子谱学及新物理寻找的未来高亮度正负电子对撞机实验装置。电磁量能器作为 STCF 探测器的重要子系统，承担着光子和电子能量测量、中性粒子重建及粒子鉴别等关键任务。针对高亮度运行条件下电磁量能器面临的宽动态范围、高计数率、高时间分辨和高数据吞吐需求，报告介绍 STCF 电磁量能器读出电子学原型系统的研制进展。该系统采用前端读出模块与后端 FPGA 信号处理模块相结合的架构，实现探测器信号调理、高速采样、在线数字处理和数据传输；同时面向高事例率下的波形堆积和粒子鉴别需求，研究并实现了基线估计、数字滤波、幅度与时间提取、堆积矫正及波形特征投影粒子鉴别等在线算法。实验室测试、LED 本底模拟测试和束流联合测试结果表明，原型系统能够稳定完成多通道波形采集与在线处理，为后续 STCF 电磁量能器读出电子学系统优化和规模化研制奠定了基础。

增强型X射线时变与偏振探测（enhanced X-ray Timing and Polarimetry，简称eXTP）空间天文台是我国下一代旗舰级X射线天文卫星。eXTP上的偏振测量X射线聚焦望远镜阵列（Polarimetry Focusing Array，简称PFA）采用气体像素探测器（GPD）和Wolter I型聚焦镜，对2-8 keV的X射线进行偏振、成像、能谱和时变测量，其偏振灵敏度（MDP@2-8keV）优于3%（106 s, 1mCrab），角分辨率30″@2keV(HPD)。本报告将介绍PFA载荷可成像X射线偏振探测器的技术状态及研制进展。

高能伽马射线探测是研究极端天体物理的重要途径之一。正在预研的甚大面积伽马射线空间望远镜（VLAST）是一款旗舰级伽马空间探测设施，相较于其他空间探测器，具有更高的有效接收率和更精确的伽马光子测量能力。为验证VLAST的关键技术，提出了小型化空间探测器VLAST-P，旨在可靠探测来自太阳的高能伽马射线（MeV-GeV）以及太阳耀斑产生的高能质子。电磁量能器是VLAST-P有效载荷的关键子探测器，用于测量入射高能光子的能量，并提供入射粒子的击中信息以及触发有效事件的选择。使用CsI（Tl）晶体作为吸收体构建全吸收型量能器，其读出电子学系统由4个前端电子学（FEE）和1个前置放大模块（PAM）组成。PAM使用雪崩光电二极管（APD）进行光电转换，电荷灵敏前置放大器进行电荷积分与放大成形，双增益读出通道的设计用于实现较大的动态范围。FEE用于数字化处理100个通道的模拟信号、击中判断和监测电...

MeV能段伽马射线观测是研究高能宇宙物理过程的核心手段，但现有探测器在该能区面临角分辨受限的挑战。提高角分辨的关键在于实现对康普顿电子或正负电子对三维径迹的精确测量。为此，本研究重点设计并实现了一套面向高压气体时间投影室（TPC）的大规模、高集成度读出电子学系统，旨在通过精细的电子径迹成像提升望远镜的观测性能。
在核心技术研发方面，针对TPC探测器高达22,500个感应单元带来的读出挑战，本研究提出了一种基于哈密顿回路理论的二维通道映射复用方案。该方案成功实现了16:1的物理通道压缩，在极大降低功耗与系统复杂度的同时，确保了三维径迹重建所需的位置分辨能力。配套研制的读出电路具备20...

中子探测在物质科学、生命科学、国家安全及核医学等领域发挥着至关重要的作用,特别是针对高性能中子成像需求，基于锂玻璃闪烁体与SiPM阵列的二维平面探测器因高效率和快响应而备受关注。多通道大规模读出系统在集成度、噪声控制及增益一致性上面临挑战。
本文研发了一款专用于SiPM探测器的64通道读出芯片，集成了前端DAC，电压型前放，成形，峰值保持，读出控制逻辑等。该芯片有效解决了多通道信号处理，增益控制等难题，提升了定位精度，为高分辨率二维中子探测器提供了高性能、紧凑型的读出解决方案。
针对ONSEMI MICROFC-10035（1mm2，暗计数30kHz）与HAMAMATSU S13360-3050CS（9mm2，暗计数500kHz）SiPM, 测得清晰的暗计数单光子谱。
采用ONSEMI...

Real-time, high-precision thermal neutron beam monitoring is essential for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Low gain avalanche diode (LGAD) is a new type of semiconductor detector with characteristics such as ultrafast signal response, high time resolution, and strong radiation resistance. It has been successfully deployed in the ATLAS experiment at CERN's Large Hadron Collider (LHC). Its...

高纯锗探测器在同步辐射X射线探测方面具有高分辨高效率的优势，可以覆盖中高能光源的全部能区，且有较强的耐受辐照损伤的能力。在百kHz至MHz高计数率条件下，高纯锗需要具有较快的电荷收集时间，且需要具备多个读出通道。本文构建了一种平面型多电极高纯锗探测器样机，采用小型可移动液氮杜瓦方便实验设置，各电极分辨率可达1.8keV@1332keV，单通道采用阻容反馈前端电子学可以应对百kHz的输入计数率，可应用于中高能同步辐射光源的X射线探测。

传统半导体探测器测中子诱发带电粒子发射反应截面，受样品能量损失与实验条件限制，精度和适用范围不足。14N(n, p) 反应是硼中子俘获治疗(BNCT)中正常组织剂量主要来源，对精准剂量评估至关重要。临床治疗要求该反应截面数据不确定度低于 5%，但现有数据库数据仍待复核，急需高精度实验数据完成校正完善。本研究依托自主研制的附加样品闪烁体探测器，在 2.6×10⁻³ eV – 1.8 eV 能区范围内，对 14N(n, p) 反应截面开展精确测量。该闪烁体由基底基体、含 ¹⁴N 发光剂、波长转换剂及光引发剂复合制备而成。实验中分别制备纯闪烁体样品，以及分别掺杂氟化锂(LiF)和金粉的附加样品闪烁体，作为有源探测靶，直接耦合安装于光电倍增管(PMT)感光面，并精确对准中子束流方向。实验在日本 J-PARC 散裂中子源物质与生命科学实验设施(MLF)ANNRI...

随着空间低能X射线偏振探测任务的发展，探测器对高时间分辨率、大面阵像素读出和低功耗集成提出了更高要求。传统像素内高精度时间测量方案通常需要在像素中集成TDC或复杂计数电路，当阵列规模增大时，会带来较大的面积和功耗开销，同时增加布线和参考时钟扇出的复杂度，限制了其在大面阵像素芯片中的应用。针对上述问题，我们采用基于可控延迟链的时间测量读出方案，将像素内独立时间量化转化为阵列内信号传播延时差测量，从而在降低像素级电路复杂度的同时实现高精度时间读出。
该方案在像素阵列中构建预设的信号传播路径，粒子击中像素后，经电荷敏感放大器和比较器产生事件触发脉冲，随后进入像素内可控延迟链，并沿不同方向逐级传播。通过比较触发信号在不同延迟路径末端的到达时间差，可以获得事件的位置信息和时间信息。
为实现对原型芯片输出时间差的数字化读出与系统化测试，该方案搭建了基于FPGA-TDC的测试读出平台。该平台采...

CdZnTe (CZT) 作为一种辐射探测材料，在室温下表现出优异的性能。随着CZT探测器的发展，单极性电荷灵敏技术有效降低了空穴收集不完全对能量分辨率的影响。为实现MeV伽马射线天文观测的高分辨率和高效率，本文研制并系统测试了一种尺寸为$5×5×20 \;mm^2$的电容Frisch网格结构CZT探测器。该探测器在3000V偏压下的漏电流为3.6 nA，在662 keV（2800 V）下能量分辨率（FWHM）为1.20%。此外，还评估了电子迁移率-寿命乘积（$(\mu \tau)_e$）。模拟与实验结果的对比表明，$(\mu \tau)_e$接近$1.0 \times 10^{-1} \; \text{cm}^2/\text{V}$，这一数值明显高于利用Hecht方程和优化后的直接测量方法获得的结果。

小动物PET/MRI多模态一体化成像能够在同一实验条件下同步获取代谢、分子及高分辨率解剖信息，是神经科学、肿瘤学和药物研发等领域的重要研究工具。9.4 T高场MRI具有优异的软组织对比度和功能成像能力，但强磁场、射频脉冲、梯度切换以及有限孔径空间对PET探测器、电路系统、机械结构和热稳定性提出了更高要求。因此，研制兼具高空间分辨率、稳定探测性能和MRI环境适应能力的小动物PET系统具有重要意义。
本工作研制了一套面向9.4 T MRI环境的小动物PET插入式系统。系统由84个双端读出探测器阵列组成，沿轴向排布7个探测器环，每环包含12个探测器模块。单个探测器阵列为28 × 28...

SIPAC_E是一款4通道的专用集成电路（ASIC），用于环形正反电子对撞机（CEPC）的电磁量能器（ECAL）中的硅光电倍增管（SiPM）信号读出。
该芯片架构集成了前置放大器、成形器、开关电容采样阵列（SCA）、模数转换器（ADC）、时间数字转换器（TDC）以及数据打包与串行输出电路。为了满足大动态范围测量需求，芯片每通道设计了高、低两路独立增益通路，分别连接存储深度为0的开关电容阵列。4个通道采用多路复用技术共用一个40 MHz采样率的ADC。在时间测量方面，每个通道配备了独立的TDC以确保高精度的时间提取。
该芯片已于2025年10月成功完成流片。目前的测试结果表明，芯片各项功能符合设计预期。芯片输入动态范围覆盖1.28 pC至3.84...

为满足高能、高通量伽马射线束能谱与通量的精确测量需求，基于低探测效率原理设计了一种新型井式 BGO+SiPM 闪烁探测器，并对其进行了Geant4 模拟研究与在上海激光电子伽马源在线实验测试。通过具有中心通孔结构的探测器几何设计，并在探测器前端设置10-20m铝箔散射体有效降低了探测效率，约为0.008%，从而避免了传统大体积闪烁探测器在高通量条件下易出现的脉冲堆积、信号饱和和死时间效应等问题，实现了高强度伽马射线束能量与通量的稳定测量。利用 Geant4 构建了探测器的蒙特卡罗模拟模型，以及考虑荧光传输的相关光学物理过程。模拟结果与实验测量数据在 2.5-25...

高能物理实验探测系统中的前端读出电子学对高速长距离数据传输需求日益迫切。本文在55 nm CMOS工艺上实现了一款传输速率达到10.24 Gbps 的串行数据发送ASIC，核心电路使用环振型锁相环（ROPLL）产生时钟，选用二叉树型多路选择器实现16路并行数据到1路串行数据的转换（MUX16t1），并采用源级串联终端型驱动器（SST）来加重和传输数据流。其中，ROPLL包含8条子带和40多种倍频因子，能提供0.60~5.57 GHz的时钟；输入40 MHz参考时钟，输出频率在2.56和4.96 GHz时，实测随机抖动（Rj）分别约1.1 ps和0.8 ps，总抖动（Tj）分别约20.2 ps和12.9...

高精度伽马能谱与中子/伽马双模探测在核安全监测、反应堆诊断、资源勘探和复杂混合辐射场识别中具有重要意义。卤化物闪烁体的晶体结构、卤素亚晶格和发光中心调控，是实现高能量分辨率与中子/伽马甄别性能协同优化的关键。本文围绕以 LaBr3:Ce 为核心的稀土卤化物闪烁体体系，阐明其由高分辨伽马闪烁体向含锂混合卤素钾冰晶石 Cs2LiLa(Br,Cl)6:Ce（CLLBC）双模探测材料演化的结构调控关系与闪烁响应优化机制。LaBr₃:Ce 具有高光产额、快衰减和优异能量分辨率，是高精度伽马能谱探测的重要基准；通过晶体生长与器件集成优化，在 662 keV 处实现了 2.37% 的能量分辨率。在此基础上，构建含 ⁶Li 的立方钾冰晶石结构 C2sLiLaBr 6:Ce（CLLB），引入 6Li(n,α)t 热中子俘获反应通道，使材料功能由单一伽马探测拓展至中子/伽马双模探测。尽管LaBr3 与...

自旋极化缪子是一种灵敏的量子磁探针，可通过与物质内部局域磁场的相互作用，精准表征其微观磁结构与动力学行为。缪子自旋谱学（μSR）依托缪子自旋进动、弛豫及共振特性，是当前先进的物质磁性表征手段。该技术已深度应用于磁性材料、超导体、半导体、自由基与电池等物质科学交叉应用领域，也为超导体、量子自旋液体等前沿量子材料的微观机理研究，提供了关键实验证据。

μSR实验的开展，强烈依赖高能质子束打靶产生的高流强极化缪子束流。目前全球仅有加拿大TRIUMF、瑞士PSI、英国ISIS、日本J-PARC和MuSIC五个缪子源可支撑μSR实验。在此背景下，位于东莞的中国散裂中子源二期工程正在建设我国首个MELODY脉冲束缪子源，这将为国内庞大的物质表征用户群体提供更充裕、更优质的缪束机时，为我国物质科学的高质量发展注入强劲新动能。
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双核素同时成像能够提供多种生物过程的互补信息，在疾病诊断、分型、制定治疗方案及疗效评估等方面具有重要价值。然而，PET与SPECT在成像原理上的根本差异，使其同时成像面临显著挑战。本文提出了一种“闪烁体兼作准直器”的共用探测器设计，在PET系统基础上，增加了SPECT成像、PET与SPECT同时成像功能。该探测器由三层晶体阵列及两层导光层组成，具备TOF和DOI探测能力，在探测器上部引入平行孔结构，使其兼具SPECT准直器；下部区域作为SPECT探测器（SD），用于探测经准直后的γ光子。因此，同一探测器既可作为TOF-DOI...

强脉冲X射线辐射场广泛存在于高能加速器装置、高能量密度物理实验及FLASH放疗系统中，其纳秒尺度时间结构测量对于辐射产生机制研究、束流诊断及辐照装置优化具有重要意义。高瞬时光子通量和快速时间演化特征对探测器的时间响应性能、动态范围及抗饱和能力提出了较高要求。
针对强脉冲X射线纳秒时间结构测量需求，研制了一套基于EJ-232Q（0.5% benzophenone）超快塑料闪烁体与Hamamatsu...

混合像素传感器系统具有高集成度、低功耗、高分辨率、高抗辐射的特点，适配不同传感器，可应用于高能物理实验粒子探测、核医学成像、空间X射线成像等领域。在像素级实现时间及能量测量比在列级或芯片级实现能达到更高的计数率和更精确的时间测量。同时实现能量测量不仅能够适应部分应用对粒子能量区分的需求，还能通过能量信息进行时间移步的矫正。
本文设计了一个兼具小面积与低功耗特性的像素级时间/能量测量电路。考虑面积和功耗的约束，本文未采用传统峰值保持采样的能量测量，而是采用过阈时间(Time over Threshold, TOT)测量的方法实现能量测量。该方法的TOT测量可与粒子到达时间（Time of Arrival,...

为了满足像素型CZT探测器的成像和能谱修正需求，同时测量入射粒子的能量和时间信息，我们设计了一款包含128个阳极通道和2个阴极通道的前端读出ASIC芯片。在传统信号处理链路中，需要分别设计时间通道和能量通道，电路面积和功耗较大。为了解决该问题，我们设计了一种基于峰保电路的时间检测电路，去掉了快成形器，减小了单通道的面积和功耗。为提高集成度，触发信号直接送入通道集成的12位TDC电路实现数字化。该TDC采用基于DLL的粗-细两级结构。粗量化和细量化分别通过全局计数器和通道内多相时钟插指采样电路实现。由于进行了模块复用，进一步减小了通道面积和功耗。芯片内包含一个后端数据处理模块，主要完成时间信息和被击中通道地址的编码、峰保复位等控制信号的生成、输出数据包拼接、并串转换等功能。能量峰保信号通过一个128选一多路选择器输出到管脚。为了提高通道一致性，设计了一个两级DAC电路用于生成甄别器的基...

高脉冲强度脉冲缪子源为小样品、弱磁性体系和瞬态过程的 μSR 测量提供了更高统计效率，但每脉冲大量缪子在短时间窗口内衰变产生的正电子会引起探测器死时间、信号堆积和谱形畸变，限制现有塑料闪烁体—硅光电倍增管（SiPM）探测系统的有效计数率。面向 2×10⁶ μ⁺/pulse 量级束流条件，提出一种基于低增益雪崩二极管（LGAD）的高颗粒度球壳型 μSR 谱仪探测方案，并采用 Geant4/ROOT 框架下的 musrSim 与 musrSimAna 建立 LGAD 与 SiPM 两类探测系统的可比模拟模型。研究将围绕沉积能谱、正电子贡献、次级粒子干扰、多重计数比例、堆积事例率、有效计数率、非对称因子及品质因子等指标，系统评估探测器能量阈值与平均寿命和缪子脉冲束流强度对 μSR 测量精度的影响。预期结果表明，LGAD...

正电子发射断层成像（PET）凭借独特的分子功能成像优势，在肿瘤早期诊断、神经疾病研究及临床前小动物药物研发中得到广泛应用。当前小动物 PET 系统以高空间分辨率、高灵敏度及 DOI 定位能力为核心发展目标，为同时实现高空间分辨率、高探测效率以及DOI定位能力，连续晶体探测器作为一种重要技术路线受到关注。基于连续晶体探测器我们研制了一台高灵敏度临床前小动物PET原型系统Mono-PET。该系统由8个模块径向排布组成，每个模块包含4个轴向Block，每个block由4个40×40×20 mm³的LYSO晶体组成，PET系统轴向视野为160 mm，径向视野为106 mm。系统采用三层数字电子学架构处理双端读出多通道信号，并通过DPU实现10 Gbps高速数据传输，同时引入基于激光分发的同步时钟模块以保证系统的高精度时钟同步。初步校正和优化后，依据NEMA NU...

散裂中子源二期升级工程正在建设我国首个加速器缪子源装置（MELODY），计划于2029年完成建设并开放运行。MELODY的重要应用之一是基于缪致X射线的无损元素分析技术（MIXE）。MIXE技术兼具强穿透力、轻元素高灵敏度及三维成像等优势，在文物、地外物质、能源材料等研究领域具有重要应用价值。针对MELODY高脉冲流强、低重复频率的束流特性，本文提出一种结合HPGe探测器系统与大阵列像素读出CZT探测器系统的新型MIXE谱仪方案。其中，HPGe探测器用于精确测量缪致X射线的特征峰位，大阵列像素读出CZT探测器则用于提高缪致X射线的计数率。通过与中国科学技术大学合作，基于MELODY束流参数研制了大阵列像素读出CZT探测器样机。在实验室环境下使用放射源对CZT探测器样机进行系统测试研究，并根据样机参数对MIXE谱仪的整体性能开展了模拟研究。本文将系统介绍MIXE谱仪的研究背景、设计方案...

与同步辐射光源、自由电子激光等科学装置相关的材料表征、生命科学、医学成像等领域对能量介于5 keV至30 keV的X射线探测器提出了高时间分辨、高空间分辨及高探测效率的需求。传统硅基PIN器件在该能区存在低能响应缺失、高能探测效率低及时间响应慢等不足。低增益雪崩二极管（LGAD）凭借其本征增益及亚纳秒级时间分辨特性，已在高能物理粒子探测领域取得广泛应用，但针对宽能区X射线探测的LGAD器件结构优化、时间分辨性能提升及系统集成仍有待深入研究。
本研究通过调整低增益雪崩二极管探测器的工艺和结构参数，系统开展探测器的设计、结构调整及性能测试、探测系统搭建、性能表征等一系列研究工作，使探测器适用于宽能区X射线探测，并具备高时间分辨能力。
研究使用Geant4与TCAD协同仿真，研究不同能量X射线与硅基材料的相互作用机制，优化浅入射窗、厚灵敏区及多层堆叠等结构参数。基于仿真结果，设计不同探...

对于未来LHC上的4D探测器像素，每通道功耗降低到uW量级是重要挑战。为了有效减小功耗同时保证分辨率和死时间等参数，我们设计了一个两极时间放大TDC。目前基于分立元器件（例如SMT晶体管或电容）设计，可以用100MHz时钟达到好于100ps的时间分辨率，对于未来在ASIC设计中用CMOS工艺实现有重要参考意义。文章已在JINST发表。
未来HL-LHC更新后，亮度将显著提高，导致每次束流通过产生大量质子对撞顶点，为了区分它们，LHCb的VELO探测器在保持极小像素的同时，需要添加好于50ps的时间分辨率，同时在功耗，辐射硬度，死时间等方面都有高要求。目前，还没有能在这个4D...

针对核设施巡检、核事故应急等场景对混合辐射场实时监测需求，构建了一套基于Cs2LiYCl6:Ce（CLYC）晶体与安森美 MicroFJ-60035 SiPM耦合的便携式探测系统。探测系统采用0.6cm×0.6cm×1.5cm的CLYC晶体耦合SiPM，设计了低噪声前端电路，利用AD8065跨阻放大器实现了脉宽约10μs、幅度100~200 mV的稳定脉冲信号的读取。通过CAEN DT5751数字化仪采集脉冲波形，经电荷积分法离线处理，中子/γ射线品质因子（FOM）达1.54，验证了该尺寸晶体耦合SiPM的优异甄别潜力。同时，基于STM32单片机实现了ADC-DMA脉冲计数统计与蓝牙无线传输，实现了上位机实时计数率显示。在ZYNQ-7020平台上，基于FPGA开展了信号特征提取与ARM核轻量级分类器联调，研制了低功耗的手持式原理样机，采用标准中子场标定探测器系统剂量响应。

闪烁体在高能物理、核辐射探测及医学成像等领域应用广泛。然而，不同闪烁材料的发射光谱、衰减时间和光产额差异显著，单一类型光电探测器难以在所有材料上同时实现最优的时间分辨、能量分辨和光谱匹配，导致闪烁体本征发光特性的全面表征面临困难。因此，建立基于多种光电转换器件的互补表征方法，对于系统提取闪烁体辐射响应参数、支撑新型闪烁材料的快速筛选与性能评估具有重要意义。为此，本文提出一种综合利用PMT、SiPM和APD三类典型光电转换器件的闪烁体辐射响应表征方法，针对常规闪烁单晶、超快晶体、近红外发射闪烁体及闪烁陶瓷等多种发光材料开展实验研究。具体而言：采用PMT的阳极信号直接采集获取高时间精度波形，并结合CSA读出能谱；利用SiPM的快读出与阳极读出双通道架构，分别提取衰减时间信息与电荷积分能谱；借助APD在长波段具有较高量子效率和较低暗电流噪声的特性，实现对近红外波段弱光信号的有效探测。通过上...

白光中子共振成像技术（WNRI）利用中子与原子核反应截面的共振结构，可同时测量物体的二维空间图像与中子吸收率谱，为物体内部结构探测及元素成分定量分析提供了全新的无损检测手段。本报告将介绍位于中国散裂中子源（CSNS）反角白光中子实验装置（Back-n）的中子共振成像探测器系统及已开展的相关测量研究。该探测器系统基于中子敏感的掺硼微通道板（B-MCP）研制，并配套研制了高速波形数字化读出电子学。波形分析过程采用多重响应函数对堆叠脉冲进行拟合，实现探测器信号的准确测量。针对高流强下中子事例重建问题，开发了基于卷积神经网络的事例预测模型，显著提升了中子事例测量效率。基于该中子共振成像探测器装置，已开展了标准样品和文物样品的中子共振成像测量，并对样品的空间图像和中子吸收率谱进行了分析，展现了该技术在物体无损检测方面的独特优势。

皮秒脉冲信号在光学通信、超快激光、半导体芯片测试等领域得到重要应用。在核电子学及核探测领域，作为具有超低时间抖动的参考信号，皮秒脉冲能够提供具有极高精度的时间戳，在多模块电子学系统的时间同步以及超快探测器的标定等方面发挥重要作用。目前的主流的皮秒脉冲信号产生方法由于电路结构复杂需控制较多的寄生参数，所以难以实现高集成度。本研究提出了一种基于级联射频电路的皮秒脉冲信号获取方法，包含初始脉冲信号的产生、皮秒信号沿的获取和信号放大。基于FPGA产生可任意调节频率和占空比的初始脉冲信号，之后通过基于SiGe工艺制造的高速比较器实现信号沿的转换，获得约30 ps的信号沿，随后通过工作在饱和状态的级联射频放大器实现信号放大，并通过可控的栅极电压实现对动态范围的调整，最终实现皮秒脉冲信号的获取。经实验验证，基于该方法获取的皮秒脉冲信号能够在占空比任意可调的条件下实现0~1...

在质子治疗的高精度体内射程验证中，沿着质子轨迹发射的瞬发伽马射线能够提供射程和剂量分布的实时信息。硅光电倍增管因其高增益、结构紧凑及磁场兼容性在瞬发伽马监测中被广泛应用，但扩展至大面积探测器时，邓天一1面临读出通道数量庞大、电子学系统复杂且昂贵的挑战。本研究旨在开发一种紧凑的复用探测器模块，以降低系统复杂性并维持高分辨率探测所需的性能。
本工作研制了一种大面积平板闪烁体探测器，其感光面由2×2排列的ArrayJ-60035-64P SiPM阵列构成，并耦合了14×14的硅酸钇镥闪烁晶体阵列。系统采用基于行列相加原理的二极管复用策略，使用低电容和低正向压降的肖特基二极管防止相邻通道间的信号串扰，将总读出通道数从256路压缩至64路。复用信号通过定制转接板接入PETsys TOFPET2...

为满足CEPC参考探测器外层径迹室对高精度时间测量的需求，设计了LATRIC系列读出芯片，目标通道间距为100  μm，时间分辨率为30  ps。在单通道原型LATRIC0的基础上，研制了8通道优化版本LATRIC1。
LATRIC1包含8个通道，其中通道2、3、6、7采用了基于LATRIC0测试结果改进的TDC核心。该TDC核心采用事件驱动的环形振荡器，支持到达时间（TOA）、过阈时间（TOT）和自校准（CAL）的同时测量。针对LATRIC0测试中发现的由工艺偏差、器件失配及信号扇出引起的非线性问题，LATRIC1在量化逻辑、器件尺寸和版图布局上进行了优化。
测试中，使用时钟触发的脉冲信号发生器产生与参考时钟具有固定延迟的脉冲信号作为待测信号，通过对多个事例的测量结果进行采样，评估LATRIC的时间测量精度。LATRIC0测试中，信号源抖动约为14...

电子FLASH（e-FLASH）放射治疗通过在极短时间内以超高剂量率递送治疗剂量，在维持肿瘤控制效果的同时显著减轻正常组织损伤。然而，常规剂量监测设备在超高剂量率条件下易出现响应非线性，难以实现实时、精准监测。针对这一问题，设计并研制了一款基于Cherenkov效应的电子束流剂量监视器。通过蒙特卡罗程序完成了基于切伦科夫辐射的快响应电子FLASH放射治疗束流监视器物理设计，模拟分析了不同辐射体材料与厚度对Cherenkov光产额、光收集效率及对电子束扰动的影响，设计了束流前后向多通道光信号读出方案，并研制了监视器原理样机。评估了SiPM、光电二极管、光电管等多种光电读出器件在强电磁干扰环境中的适应性与性能。依托中玖闪光医疗科技有限公司研发的9 MeV电子FLASH实验平台，对监视器样机的时间响应、剂量监测重复性、剂量与剂量率线性响应进行了测试，并与参考剂量计PTW...

NOPTREX实验通过极化中子与原子核的相互作用在p波共振中寻找宇称破缺信号，并探究潜在的时间反演对称性破缺现象。中子流强是NOPTREX实验的关键参数，并且要求能够被快速测量。中国散裂中子源（CSNS）与中国计量大学合作，提出采用基于锂硼玻璃探测器的中子流强测量方案，并且研制了不同型号的锂硼玻璃探测器。在实验室环境下使用241Am放射源对锂硼玻璃探测器的信号波形、衰减时间、能量响应等关键参数进行系统测试研究。并且在散裂中子源的反角白光中子束线上开展中子束流实验，对不同厚度、不同铈（Ce）离子浓度锂硼玻璃探测器的中子响应、探测效率、伽马本底进行测试研究。实验结果验证了锂硼玻璃探测器用于中子流强快速测量的可行性，并且探究了Ce离子掺杂浓度对探测器光产额、衰减时间、中子探测效率等关键性能参数的影响。本报告将系统介绍锂硼玻璃探测器的应用背景、放射源测试及中子束流测试，为锂硼玻璃的组分优化、...

为了应对高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)带来的事例堆积和辐射问题，低增益雪崩探测器（LGAD）将被用于ATLAS的升级中。LGAD是一种高精度的硅基时间探测器，具有低噪声、高信噪比、快上升沿（约500ps）、良好的时间分辨和抗辐射性能和10-50的适中增益等优势。基于LGAD发展而来的交流耦合型LGAD（AC-...

氢硼聚变反应因其无中子、高能量密度的优势，被视为未来清洁聚变能源的重要方向之一。本工作围绕氢硼反应探测需求，开展了基于碳化硅（SiC）探测器的α粒子产物探测系统研究，重点测试探测器对氢硼反应生成α粒子的响应特性、能量分辨能力及抗辐照性能。
研究完成了单路SiC探测系统的搭建与流片，探测器采用5mm×5mm圆形加Guard ring结构。在空气中利用α放射源进行响应测试，外加电压100 V和500 V下，能量分辨分别优于10%和9%。在中国科学院近代物理研究所低能强流粒子束热测研究平台上，采用200keV质子束轰击硼靶产生氢硼反应，在无屏蔽装置的情况下，利用所研制的SiC探测器对反应生成的α粒子进行探测。实验测得5.8 MeV高能α峰清晰，能量分辨约4%，并记录到3–4...

中子成像是一项重要的无损检测技术，广泛应用于航空航天、核工业、新能源和考古学等领域。随着脉冲中子源与成像方法学的发展，面向微细结构表征和飞行时间能量分辨成像的应用需求，中子成像探测器正由传统积分式成像向兼具高空间分辨和单事例时间标记能力的方向发展。本研究依托中国散裂中子源(CSNS...

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\begin{center}
\vspace*{18pt}
{\heiti\zihao{2}\bfseries B-MCP探测器空间分辨率和时间分辨率研究}
\vspace{18pt}

{\zihao{5}
Weilong Wang$^{1,2,11}$，Han Yi$^{1,2,*}$，Yijia Qiu$^{1,2}$，Tengwen Chen$^{1,2,8}$，Supeng Lu$^{1,2,3}$，Qiang Li$^{1,2,4}$，Kai Pan$^{5}$，Rong Zhang$^{5}$，Wenhao Duan$^{6,7}$，Maoyuan Zhao$^{6,7}$，Zhen Chen$^{6,7}$，Changqing Feng$^{6,7}$，Minhao Gu$^{1}$，Mohan...

为满足小动物成像对空间及DOI分辨率的需求，本文研制了一种基于微小晶体像素阵列与双端读出技术的PET探测器模块。该探测器采用28×28通道的LYSO晶体阵列，其像素尺寸为0.75 mm × 0.75 mm × 15 mm，晶体间隙填充有0.08 mm厚的BaSO₄反射层。阵列两端经涂有硅脂的1 mm光导，与SiPM阵列（MicroFJ-30035，工作电压28 V）耦合，进行双端读出，并利用两端信号的比值反演相互作用深度以获取DOI信息。SiPM信号经共享通道电阻网络（SCD）复用后，由模拟前端电子学放大并送入数字采集系统处理。实验结果表明，除边缘区域外，阵列内所有晶体像素均实现了有效识别；在选定的1/4探测区域中，经校正的相互作用深度（DOI）分辨率达1.59...

飞行时间正电子发射断层成像（Time-of-Flight Positron Emission Tomography, TOF-PET）是一种重要的核医学成像技术。为推动国产超快微通道板光电倍增管（Ultra-fast Timing Photomultiplier Tube, FPMT）在TOF-PET系统中的工程化应用，本研究围绕其读出电路中的时间数字转换器（Time-to-Digital Converter, TDC），开展了专用集成电路（ASIC）的研发工作。本研究基于SMIC 55 nm CMOS工艺，提出一种采用内插差分环形延迟链结构的TDC架构，该架构突破了工艺最小门延迟的限制，显著提升了时间分辨率与测量精度，采用系统时钟实现对延迟链的实时校准，进一步保障了测量的稳定性。第一版芯片于2025年8月完成性能测试，实测结果表明：该TDC的时间分辨率为13.35...

基于开关电容阵列（Switched Capacitor Array，SCA）的高速波形数字化技术具有采样速率高、功耗低、集成度高等优势，是核与粒子物理实验读出电子学前沿研究方向，其核心是高性能SCA ASIC设计。本工作针对高采样率实现、片内全数字化量化电路复杂度降低以及采样链路带宽不连续引起的波形失真等关键问题，提出了针对性解决方案并完成芯片设计、流片与测试验证。在高采样率采样时钟产生方面，提出基于双链内插延时单元的新型时钟产生结构，突破传统延时链结构限制。在量化电路设计方面，提出采样单元内部采保电路分时复用方法，以256个量化单元实现512的采样深度，显著降低量化电路复杂度。针对SCA采样链路带宽跳变导致的失真问题，提出环形延时链布局与环形采样顺序设计，消除了链首链尾跨越引起的波形畸变。在方法研究基础上，基于180 nm...

铈掺杂钆铝镓石榴石结构闪烁晶体（Ce:GAGG）是2011年发现的一类新型材料体系，其具有密度高、光产额高、衰减时间快以及不潮解的共性特点，被认为是迄今为止所有氧化物闪烁体中光产额最高的晶体。近十年来，中国电子科技集团公司第二十六研究所致力于Ce:GAGG晶体的研制，为满足高能物理实验、高能工业CT以及核医学影像等不同领域的应用需求，分别研发了具备高光产额（~54000光子/MeV）、低余晖（≤0.02%@20ms）以及快衰减时间（~50 ns）性能Ce:GAGG晶体，并具备规模化生产能力。本文主要基于上述自研Ce:GAGG晶体研制宽能域能谱探测器、高能工业CT探测器及SPECT探测器，并对其性能进行了测试表征。宽能域能谱探测器采用25 mm×25 mm×75 mm的大体积Ce:GAGG晶体耦合MPPC阵列的设计，结构紧凑，测试结果表明其探测能量范围可达0.1 MeV~10...

质子治疗利用布拉格峰效应，将质子束能量沉积于肿瘤靶区，在提升局部肿瘤控制率的同时可以保护周围正常组织，尤其适用于儿童肿瘤、中枢神经系统肿瘤及复杂解剖部位的治疗。为实现对质子束流径迹的高精度实时监测，本研究成功研制了一套基于硅光电倍增器(SiPM)与塑料闪烁光纤的位置灵敏探测器。探测器有效探测面积为384 mm × 384 mm，可覆盖典型质子治疗的束流截面，探测层由两层X方向与两层Y方向的闪烁光纤阵列正交堆叠构成二维位置敏感单元，每根光纤为1 mm直径圆形塑料闪烁光纤，光纤之间紧密排布；探测器共设有32个X通道与32个Y通道，光纤通过编码方式位置映射方案耦合至6 mm × 6 mm...

宇宙线缪子成像技术作为一种非破坏性检测方法，具备穿透深度大、无需人工放射源、环境友好等特点，能适用于矿产资源及复杂地形勘探，且可与传统地球物理勘探手段互补。利用该技术成像的关键在于对缪子径迹的精确重建，这需要高性能的探测系统。本研究开发了两种基于宇宙线缪子成像技术的矿产资源勘探系统，分别针对坑探和钻探手段。针对坑探手段，本研究设计了基于三角型塑料闪烁体耦合光电转换器件的大面积缪子成像系统。该系统灵敏探测面积为500 mm × 500 mm，具有毫米级的位置分辨，适用于上方地层的精确成像，具有较高的探测效率和空间分辨能力。针对钻探手段，本研究拟开发基于塑料闪烁体光纤耦合光电转换器件的符合孔径标准的钻井型缪子成像系统，该系统支持多井联合探测，并可将缪子数据与传统地球勘探方法（如地震、重力法）得到的地层密度模型进行联合反演，提高矿产资源勘探精度。

在大型高能核物理实验中，探测器通常具有庞大的通道数和海量的原始数据。目前运行的大多数实验通常将部分探测器通道数据实时读出与在线处理，基于物理需求产生触发信号，进而完成对整个探测器完整事例数据的读出。以sPHENIX实验为例，其总体目标是研究RHIC能区产生的夸克-胶子等离子体（QGP）性质，其中重味物理（粲、底夸克）测量为其关键科学目标之一。然而，受限于外部量能器15kHz的读出速率及数据获取系统的带宽瓶颈，实验仅能采集约0.5%的重味事例数据。
为此，本文针对sPHENIX实验重味夸克读出需求，设计了融合机器学习的触发算法，并部署于FPGA以满足10us触发延时需求。该算法基于硅径迹探测器（MVTX, INTT）的无触发流读出数据，采用两阶段架构：第一阶段融合探测器几何约束和粒子运动学特征实现聚类与径迹重建；第二阶段通过池化和多层感知器模型实现事例鉴别。基于200...

脉冲堆积效应是制约高计数率下γ能谱测量精度的主要因素。由于闪烁体探测器输出脉冲具有一定宽度和指数衰减尾部，相邻脉冲易发生堆积，导致脉冲幅度失真，进而引起能谱畸变、能量分辨率下降，并影响后续核素识别与定量分析。针对传统快慢双通道堆积拒绝方法中快成形通道选取对堆积识别效果影响显著的特点，本文提出一种基于核信号前端模拟电路结构的冲激脉冲成形算法用于高计数率γ能谱测量。由于冲激脉冲的成形时间极短，具有优秀的时间分辨能力，能够有效识别峰堆积和尾堆积事件，最终可有效改善 γ 能谱测量系统测量得到的能谱谱形，并提升能量分辨率。该算法通过现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）进行硬件实时部署，并基于NaI(Tl)探测器与自主研发的 γ...

近年来，国际上高能物理领域发起多项基于正负电子对撞机的下一代大科学装置规划（FCCee、CEPC、ILC、LCF、STCF等）。部分项目已完成加速器、物理与探测器概念设计和技术设计报告发布，在大多基准探测器概念设计中，均采用了时间投影室（Time Projection Chamber, TPC）作为主径迹探测器。在低亮度时其拥有独特的技术优势，但在高亮度下由束流本底导致空间电荷效应，会显著影响 TPC 漂移电场的均匀性和探测性能，因此对束流本底评估和优化是 TPC 应用于未来高能对撞机实验的核心技术问题和研究热点。

本研究以解决束流本底这一关键问题为目标，紧密结合加速器与探测器的设计参数，系统全面开展了束流本底对高粒度读出 TPC 径迹探测性能的影响研究，建立了从模拟建模、性能分析以及优化解决的完整研究体系。基于完整软件框架，首先建立了涵盖 TPC...

环形正负电子对撞机（CEPC）是一个以希格斯玻色子性质的精确测量及电弱物理、味物理的深入研究为核心科学目标的未来大科学装置，目前已发表技术设计报告。鉴于味物理等前沿课题对强子鉴别提出极高要求，CEPC对主径迹探测器的粒子鉴别（PID）能力提出了严苛的要求：被列为主径迹探测器基准方案的时间投影室（TPC），需在20 GeV/c动量范围内实现π/K分离度优于3σ的PID性能。为突破传统电离能损（dE/dx）测量对PID性能的限制，目前的CEPC-TPC采用高颗粒度Micromegas读出技术与簇团计数方法，有望显著提升PID能力。在这项技术中，读出pad的尺寸是影响PID性能与工程成本的关键参数。
本报告介绍课题组建立的TPC模拟软件框架，以及在该框架下针对CEPC-TPC进行的PID性能和读出pad尺寸优化研究。该框架基于Geant4与Garfield++，实现了从前端物理过程到后端...

双端读出连续晶体PET探测器兼具较高探测效率、深度作用位置（DOI）测量能力和边缘效应抑制优势，但其读出电子学需同时满足高通道密度、高计数率和精密定时测量要求。本文面向小动物连续晶体PET探测器，设计了一套紧凑型分层FPGA数据获取与处理系统。系统由信号采集层、信号预处理层和集中处理层组成：前端采用行列求和读出，将每个12×12 SiPM阵列的144路能量信号压缩为24路；采集板完成96路能量信号和4路定时信号的同步数字化及实时特征提取；预处理板实现双端事件关联、模块级能量/位置/时间融合，并通过10 Gbps Aurora光链路级联传输至基于Alveo U200 FPGA的集中处理单元。实验结果表明，所提出的体系结构可将有效读出通道数降低83.3%，在511 keV下获得12.20% FWHM的能量分辨率，单端电子学本征时间分辨率为53.57 ps；探测器空间分辨率达到0.97...

摘要：针对高通量同步辐射谱学实验中脉冲堆积效应导致的能谱失真与能量分辨率下降问题，本文提出了一种基于桌面式人工智能能谱系统的Transformer脉冲堆积校正方法。系统采用“通用FPGA采集+服务器端智能处理”的整体架构，由前端FPGA完成探测器波形高速采样，并通过网络实时传输至服务器端进行集中处理。服务器端基于QT框架开发桌面式实时能谱处理平台，实现了波形采集、数据缓存、在线显示、参数调节及能谱重建等功能，并结合多线程与环形缓冲区机制完成高吞吐数据流管理。实验结果表明，该系统在数千至数百万计数率范围内均具有稳定的堆积校正能力，在1 Mcps条件下仍能够保持较高能量分辨率，并具备良好的抗噪声与抗波形畸变能力。该研究为同步辐射荧光谱学、吸收谱学及高通量X射线探测实验提供了一种面向智能化与通用化发展的桌面式AI能谱处理方案。

面向粒子加速器等领域对高速波形数字化的需求，传统分立架构面临时钟需求复杂、高速接口资源开销大及设计复杂等制约。RFSoC通过高度集成射频收发前端与片上时钟网络等有效克服了上述局限，为多通道射频直接采样与重建提供了理想平台。在此基础上，结合前期自主研制的RFSoC核心板（ZYNQBeeRF47），我们设计并实现了一款高速多功能配套底板（WRX701）。该底板配置了8通道ADC输入接口用于高频信号直接采样，与8通道DAC输出接口用于宽带信号重建，并集成了双QSFP光通信接口与以太网等复合接口。核心板与底板之间依托高密度、宽带板对板连接器（Samtec ADM6/ADF6系列）实现了稳定可靠的电气互连。在模拟前端网络设计中，系统采用GHz级宽带全差分运算放大器；通过对外围匹配电路的精细化调节，保障了系统在GHz级工作带宽下的闭环稳定性。此外，建立了从运放端至RF...

高精度带电粒子径迹测量是高能物理、核物理和稀有事例探测中的重要技术需求。随着暗物质直接探测、低能核反冲测量、短程带电粒子识别以及新一代高能物理实验的发展，探测器性能需求已由宏观径迹和能量沉积测量，进一步拓展到对气体中微观电离簇团结构、局部电荷分布等精细结构解析。传统毫米级Pad读出方式受限于读出单元尺寸，难以满足亚毫米尺度电离分布采样和短程径迹重建需求。因此，发展兼具高粒度、低噪声和低功耗特性的像素化直接读出技术，是提升气体径迹探测器精细测量能力的重要方向。
Topmetal系列像素芯片采用裸露顶层金属电极直接收集电荷，具有低噪声、高空间粒度和阵列化读出等特点，为气体中电离信号的直接测量提供了新的技术路线。基于Topmetal与气体微通道板(GMCP)耦合的探测技术已成功应用于Migdal效应实验，展示出Topmetal像素读出在微观径迹结构解析方面的应用潜力。
本报告将围绕To...

在双层康普顿相机的发展中，传统的像素化闪烁体设计随着灵敏体积的增大，面临着系统复杂性增加、读出通道过多以及成本高等问题。对此，本文提出了一种侧向读出单块平面灵敏闪烁体方案，旨在用于伽马射线成像和环境辐射监测领域。探测器采用尺寸为96×96×6mm3的 CsI(Tl)面状闪烁体，通过在四个侧边耦合 SiPM 阵列，并将每侧SiPM阵列信号求和输出，将传统二维阵列的 N2结构简化为...

我国在先进大型精密硅基磁谱仪系统自主研制方面缺乏系统性经验和关键技术综合能力。硅径迹探测器作为精密粒子磁谱仪的核心，其研制涵盖探测器设计、高性能传感器、先进电子学、轻质高强度支撑结构、高效冷却系统及数据采集系统。项目团队以大工程建制为组织体系，围绕硅径迹探测器关键技术，以下一代磁谱仪实验为主线，系统推进高精度半导体径迹探测器及相关关键技术研发。通过结构设计、物理机理研究、工艺优化及性能表征，研制国际首款兼具优于40 ps时间分辨和优于10...

飞行时间（Time-of-Flight, TOF）正电子发射断层成像（PET）技术能够提高图像重建中的信噪比。本文提出并评估了一种用于具备 TOF 功能和位置灵敏 PET 探测器的高密度、紧凑型前端电子学设计。该设计采用射频放大器以及基于 FPGA 的双极性电荷数字转换器（dQDC）。该 PET 探测器由一个 15×15 的 LYSO 晶体阵列组成，晶体尺寸为 1×1×10 mm3，并通过光导耦合到一个 5×5的 SiPM 阵列，SiPM 尺寸为3×3 mm2。所有晶体之间均采用ESR进行隔离。SiPM 的定时信号经过放大后，以 25:1 的比例进行多路复用。这相当于降低了前沿甄别所需的预设阈值。来自 5×5 SiPM 阵列的能量信号通过行/列求和的方式进行多路复用，形成一种 “5+5” 读出结构。“5+5” SiPM 阵列的信号被送入 FPGA-dQDC 系统。该...

ADAM151和ADAM152为高精度可编程电压源FMC模块，分别用型号为AD5791与DAC11001B 的20位数模转换器实现。两块电压源采用相同的设计思路，围绕输出精度、噪声抑制和长期稳定性展开。参考源采用独立低噪声基准，通过缓冲和匹配电阻获得正负参考，再通过感测反馈输入DAC，保证了低噪声和长期稳定性。数模转换器输出后设置缓冲驱动和10kHz六阶有源低通滤波，在保证直流精度和低频响应的同时，对高频噪声进行快速衰减，使最终输出更加平滑稳定。供电使用PM141电源子卡，为电压源提供多路独立、干净的模拟和数字电源。
对两个电压源的性能测试分为交流与直流两部分。
交流性能测试用于评估模块的波形失真和宽带噪声。两个模块以768kSPS刷新率产生9 Vpp、1 kHz正弦波进行测试。结果显示，ADAM151的THD为-79.98 dB，THD+N为-79.33...

交流耦合低增益雪崩二极管（AC-LGAD）作为兼具高时间分辨和高空间分辨能力的4D硅探测器技术，在未来高能物理对撞机实验（如CEPC、FCC等）中具有重要应用前景。本报告将介绍我们在AC-LGAD传感器研发、专用读出ASIC（LATRIC）开发以及配套测试体系方面的最新进展。在条型AC-LGAD传感器研发方面，设计目标为实现约40 ps时间分辨能力与约10...

摘要：针对α、β表面污染的二维成像需求，研制了一套基于Micromegas探测器的多通道读出电子学系统。该系统采用4颗国产MiRoC32C ASIC完成128路探测器信号的放大、成形与过阈甄别，并利用FPGA实现纳秒级时间测量、时间过阈（TOT）电荷提取、事件重建、在线统计和高速数据传输。在电荷重心法基础上，提出像素计数再分配方法，将成像像素由64×64提升至128×128，有效抑制了直接插值产生的周期性暗条带。测试结果表明，系统单通道计数率达到1.2 MHz，计数误差小于0.05%，平均等效噪声电荷约为0.4 fC；α、β探测效率分别为71%和43%，探测下限分别达到7.4×10⁻⁴ Bq/cm²和2.7×10⁻² Bq/cm²，最佳位置分辨率约为1.1 mm和1.2...

深圳超导软 X 射线自由电子激光器 (S3FEL) 对其加速射频场的幅度和相位稳定性提出了严格的要求。本文提出了基于 MTCA.4 低电平射频 (LLRF) 系统板级电子学研制，同时对实际应用中的噪声和SEL功能下杂散的闭环相应做出了定量仿真和分析

当前磁约束聚变研究中，托卡马克装置的高约束模运行模式（H-mode）是主流运行模式，但其边界局域模（ELM）会对装置真空室壁造成严重热负荷。而增强约束模运行模式（I-mode）作为一种无ELM的高性能约束运行方案，在提升辅助加热功率或边界参数演化过程中，易自发转换为H-mode，从而限制其稳定维持。

多普勒反射计可获得等离子体速度截止层处的密度扰动与速度扰动信息。上述湍流扰动信息在I-H模转换过程中包含了丰富的特征变化，可基于多普勒反射计信号实现I-H模式转换判别。I-H模式转换过程具有较强的瞬态特征，因此有必要发展面向多普勒反射计信号的实时采集、处理与判别的电子学系统，实现对约束模式演化过程的在线监测。

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像素型碲锌镉（CZT）探测器具有探测效率高、能量分辨率高、可室温工作等优势，在伽马射线探测、核安全监测、核医学和天文观测等领域具有重要应用前景。针对像素型CZT探测器多通道、高精度电荷测量和深度信息获取的需求，作者所在团队开展了国产化多通道低噪声读出电子学研究，设计并实现了基于ASIC的高集成度读出电子学原型系统。该系统可完成256路阳极通道和2路阴极通道的高精度电荷测量，并在多像素触发事例中恢复各作用位置对应的阴极-阳极时间信息，为三维位置信息重建和深度效应修正提供电子学基础。电子学测试结果表明，原型系统阳极等效噪声电荷为0.06fC，线性测量范围覆盖5~45fC，多像素事例阴极-阳极时间差测量精度好于43ns。与像素型CZT探测器联调测试结果显示，系统DOI测量精度好于0.9mm，深度灵敏修正后的能量分辨率可达1.4%@511keV和1.1%@662keV，验证了该读出电子学在低...

本文基于SMIC 55nm CMOS工艺，设计并制造了单片集成的单光子雪崩二极管（SPAD）探测器及其跨阻放大器（TIA）读出电路。本工作设计了两种不同的SPAD结构：浅结雪崩区结构（结构一）与深结雪崩区结构（结构二）。这两种结构的探测器均包含单像素、3×3阵列及5×10阵列三种规格。读出部分集成了具有三档可调增益的TIA电路，其反馈电阻可分别设置为500 Ω、3 kΩ与12 kΩ，以适应不同测试环境下的增益需求。
目前，该芯片已完成流片与初步功能测试。静态I-V测试结果表明，两种结构的探测器均具备SPAD的雪崩击穿特性，且光照下初级漏电流呈现增加趋势。现阶段重点对结构一的5×10阵列进行了光子响应评估：采用波长625 nm、频率4 MHz、脉宽5...

在现代高能物理实验中，高速ADC被广泛用于探测器信号的数字化采集，但随着计数率和探测系统通道数增加，大规模波形数据对前端读出、数据传输和后端处理能力提出了更高要求，容易形成带宽与计算瓶颈。同时，在高计数率条件下，相邻辐射事件的时间间隔可能小于单个脉冲的持续时间，导致脉冲堆积现象。堆积脉冲会引起波形畸变，进而影响能谱测量。因此，降低数据吞吐量的同时实现堆积脉冲的有效分离与参数重建，是高计数率核信号获取中的重要问题。
本文提出了一种基于多电平数字过阈(Digital Multi-level...

\textbf{摘要：}基于直流超导量子干涉器件（DC-SQUID）的时分复用（TDM）是用于宇宙微波背景（CMB）实验中大型转变边缘传感器（TES）阵列的一项关键读出技术。AliCPT-40G望远镜计划部署一个工作在40 GHz的大规模TES阵列，这要求TDM读出电子学系统具备低噪声、紧凑且高带宽的特性。在TDM系统中，除TES固有噪声外，室温电子学是主要的噪声贡献者，其性能直接影响探测器的能量分辨率。本文设计并实现了一种适用于TDM-SQUID架构的低噪声室温读出电子学系统。该系统集成了TES和SQUID偏置源、磁通锁定环（FLL）读出、数字复用控制以及高速数据采集模块。基于低温下运行的两级TDM SQUID的实测参数，推导了室温电子学在噪声、带宽及压摆率等方面的设计约束条件。测试表明，偏置源实现了极低的等效电流噪声密度：TES偏置低于 0.1...

核辐射成像技术作为搜寻放射性热点的重要手段，能够对辐射热点的空间分布进行重建，在环境监测、国土安全、核退役和核应急等领域得到广泛应用。针对传统康普顿相机存在成像视场受限、探测效率较低以及复杂辐射场下响应速度不足等问题，提出了一种基于方形环状结构的全向康普顿相机。该系统由前、后、左、右四个独立面阵探测器组成，通过多面阵协同探测实现360°方位范围内的全向灵敏度响应，提高了放射源定位能力和探测效率。同时，采用闪烁体与硅光电倍增管（SiPM）耦合的探测方案，在保证探测性能的基础上降低系统成本。
为了研究全向康普顿相机的成像性能，本研究采用6×6×5 mm的 CsI(Tl)...

碳化硅（SiC）半导体中子探测器因其卓越的抗辐照和耐高温特性，同时兼具超快的时间响应，是替代3He中子探测器的重要技术方案之一，在先进核能系统与高能物理实验中具有重要应用价值。然而，中子转换产生的电荷信号微弱，且探测器在极端环境下漏电流的增加严重制约了能量分辨率。因此，研发匹配的低噪声读出电子学方案是发挥SiC探测器极限性能的关键所在。作者所在的中科大团队基于分立元件研发了一套低噪声、高集成度的读出电子学方案。该方案由低噪声模拟前端与数据处理模块组成，模拟前端通过优化信号输入与输入级场效应管（FET）间寄生电容与分布参数，有效降低了系统的等效噪声电荷（ENC）。数据处理模块采用12-bit, 40...

为满足阿里原初引力波探测实验（Ali CMB Polarization Telescope，AliCPT）中超导转变边缘传感器阵列（Transition Edge Sensor，TES）在高通道数、宽带宽、高速读出以及长期稳定运行条件下的电子学读出需求，本文设计并实现了一套微波超导量子干涉器件复用器（Microwave SQUID Multiplexer，μMUX）读出电子学系统。该系统由控制板、中频板（Radio Frequency board，RF board）以及 ZCU111 开发板组成，可覆盖 0 至 4.096 GHz 的连续读出带宽，实现对 μMUX 谐振器阵列的激励、上/下变频、数字化采集以及实时信号处理。系统通过中频板完成射频信号的上/下变频和幅度调节；ZCU111...

受控核聚变能量转化率极高，燃料储量极为丰富，被誉为人类的“终极能源”。惯性约束聚变被认为是受控核聚变的主要实现途径之一，使用激光（或其与黑腔作用产生的X射线）照射装有氘氚气体燃料的靶丸，使燃料进入高温高压状态而发生热核反应。惯性约束聚变对辐照均匀性和靶丸均匀性要求很高，低阶靶丸辐照不对称性和高阶靶丸结构不对称性会导致聚变热斑在压缩过程中发生定向运动，这种定向运动会降低能量耦合效率，影响内爆性能。
热斑定向运动速度测量的主要方式是中子飞行时间诊断，聚变实验中的中子飞行时间诊断一般是通过记录聚变实验中产生的中子束流信号波形，获得中子飞行时间谱和中子能谱，并依此分析得到包括热斑定向运动速度在内的诸多物理量。
中子信号波形的记录主要面临两大难题。一方面，核聚变诊断中对于时间精度的需求很高，达到几十ps以内，并且将来会一直向更高精度发展；并且，目前中子探测器的响应可以达到几百ps量级，光电...

面向HL-LHC、CEPC等高能物理装置及核聚变实验对探测器抗辐照能力与高时间分辨的严苛需求，碳化硅（SiC）凭借宽禁带、高位移阈能、高饱和电子漂移速度等本征优势，成为替代传统硅基探测器的理想材料。本研究围绕4H-SiC PIN探测器与低增益雪崩二极管（4H-SiC LGAD）开展系统研究，重点聚焦器件性能优化、抗辐照能力评估及工程应用验证。
研究表明，4H-SiC PIN器件对X射线辐照表现出优异耐受能力，在2 MGy剂量下，其I-V、C-V特性及电荷收集效率（CCE）保持稳定；然而，质子辐照会导致器件性能显著退化，在7×10¹³ p/cm²注量下，α粒子CCE降至辐照前的约30%。此外，该器件在23–90 °C温区内漏电流低于10 nA，CCE波动小于10%，信号上升时间保持在300...

崔恩哲1, 2，罗思远1, 2，赵书号1,2，廖旋1, 2，郭文丰1,2，王晓冬1, 2*
1南华大学核科学技术学院，湖南衡阳,421001
2先进核能技术设计与安全教育部重点实验室，湖南衡阳, 421001
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我国提出的“阿里原初引力波探测计划”（AliCPT）及下一代空间X射线天文卫星HUBS均采用TES，且探测器数量大于1000，需要采用复用SQUID实现大规模阵列的读出，低温复用技术成为了核心关键技术。高复用比读出系统已成为制约大规模TES阵列应用的瓶颈。近年来，微波复用SQUID($\mu$Mux)逐渐成为大规模低温探测器阵列读出的核心方案。微波复用SQUID可在读出带宽内实现2000:1的超高复用比，目前已被越来越多的实验所采用。我们旨在研究满足大规模TES阵列读出的微波复用SQUID，研制了一套32通道的微波复用SQUID原理样机，读出频率在4~8GHz的中频带，并且完成了其中8个通道的性能测试，测量的等效电流噪声可以达到45.99pA/$\sqrt{Hz}$。后续将进一步发展80通道的$\mu$Mux芯片。本报告将介绍微波复用SQUID芯片的的研究进展。

碳化硅（SiC）具有宽禁带、高原子位移阈能、高导热率、高载流子饱和漂移速度、高临界击穿电场等特性，碳化硅探测器具有抗辐照、常温或高温下稳定运行、快响应时间等优势，可以应用在高能物理、核物理、空间探测等领域。首先，我们研制出探测面2mm×2mm、时间分辨为40ps的4H-SiC PIN探测器。能量为2.896 GeV的Ta离子辐照后，该探测器的时间分辨和电荷收集效率分别为45ps和97.4%。其次，为实现探测器在低能软X射线、低能α粒子、紫外光探测等领域的应用，在传统4H-SiC探测器时间分辨为100ps的基础上，利用石墨烯降低碳化硅探测器的死区效应，研制出电荷收集均匀稳定、时间分辨为58.0ps的石墨烯/4H-SiC探测器。在能量为160 keV、剂量为1...

CEPC顶点探测器是实现Higgs物理精确测量的关键探测器之一。根据CEPC基准探测器技术设计报告，顶点探测器基线方案采用卷曲式单片有源像素传感器（MAPS），以最内层半径 11.1 mm、空间分辨率优于 5 $\mu$m、单层物质量低至0.8% X₀为主要性能目标。芯片研发目前已实现~4 cm$^2$尺寸的MAPS芯片，其空间分辨率优于5微米。下一代芯片研发主要聚焦于晶圆级像素传感器芯片的设计，将采用拼接（stitching）技术实现百平方厘米量级的大面积芯片。目前正在基于90 nm 图像传感器工艺开展拼接传感器系列芯片的研发，预计2027年完成首版工程流片。采用测试晶圆的弯曲实验已实现12 mm弯曲半径的验证。顶点探测器采用主动空气冷却（7 m/s）可满足低于40...

超导量子干涉器件（SQUID）是灵敏度极高的磁通传感器，广泛应用于生物磁成像、地球物理探测等领域。SQUID需在低温下工作，但其控制与信号读取必须通过室温电子学系统完成。室温读出电子学的噪声、带宽和稳定性直接决定了SQUID系统的整体性能，是器件走向实际应用的关键环节。
模拟放大负反馈电路（AFB）是常用的单通道的单级或两级DC-SQUID线性读出电路。AFB结构上包括用于DC-SQUID的偏置源电路和磁通锁定电路（FLL）。偏置电路原理设计上采用电压源串接大电阻的传统方式来灵活调节输出动态范围。FLL电路采用两级运算放大器的设计结构以此拓宽增益带宽积：第一级前置放大器与SQUID...

空间X射线探测是研究高能天体物理的核心手段。基于超导转变边沿传感器（TES）的微量能器阵列具备eV量级的高能量分辨率，能实现X射线源谱线的精细测量。然而，空间应用中制冷功率极其有限，亟需发展频分复用技术以降低引线热负载。面向未来银河/宇宙热重子探寻计划的需求，发展自主可控的TES频分复用与SQUID低噪声读出电子学具有重要意义。
本报告介绍一套面向TES阵列FDM读出电子学系统的设计与实现，包括TES交流偏置、SQUID低噪声放大、信号采集和基带反馈算法等核心模块的设计方案。并展示读出电子学系统与TES器件的联调测试结果。实验表明：在3700倍增益条件下，低噪声放大器的电压噪声低至0.58 nV/√Hz，电流噪声低至3.1 pA/√Hz；在1 MHz-5...

随着全球矿产资源“贫、细、杂”化加剧，传统化学品位分析与常规选矿工艺在效率、成本及环保上面临严峻挑战。核技术凭借无损、快速等优势，正引领矿业技术变革。本报告介绍两项核技术在矿业领域中的应用：
光子金矿品位分析技术：针对火试金法耗时、有毒及“块金效应”等痛点，该技术基于光子活化分析技术，利用高能X射线激发197Au，通过探测其退激时产生的279keV特征伽马射线进行原子级定量分析。系统引入Br参考片同步辐照，实时校正射线通量等系统误差。实现200-500g大样本、2-3mm粗碎颗粒的1-2分钟快速无损分析。
X射线智能选矿技术：针对复杂矿石分选难题，双能X射线透射（DE-XRT）利用矿石对射线衰减的差异实现精准识别。系统在“感知-执行”闭环中，深度融合改进型YOLO、轻量化网络及多模态图像融合等前沿算法，有效克服厚度不均与噪声干扰。该技术广泛应用于预选抛废，显著提升入选品位并降低磨...

基于高品质相对论电子束与超短强激光相互作用的逆康普顿散射X/伽马射线源装置是近二十年来随着先进加速器技术和激光技术提升而快速发展的一类新型先进光源。该类型光源所需电子能量相较同步辐射和XFEL装置低1-2个量级，可在较小装置规模下产生能量从keV-MeV连续调整、偏振可控的X/伽马射线，在先进辐射成像、材料分析、核物理研究应用等方面具有广泛的应用前景。清华大学工物系在自然科学基金委重大仪器（部门推荐）项目支持下，基于S波段光阴极注入器和高梯度X波段加速技术，研制了国际上首台能量达到MeV的紧凑逆康普顿散射伽马源，该光源于2025年底出光并完成基金委测试验收，光子能量实现从0.2-5MeV连续可调，光子产额达到4e8...

磁约束聚变正迈向燃烧等离子体研究阶段，多功能先进诊断是实现聚变能道路上最大的挑战性之一。在聚变堆中，诊断系统长时间处在14MeV高能中子、1022~1024/m3s氘氚粒子流、数百度高温的极端条件下，提供长时间稳定可靠的测量数据保障装置运行的稳定安全。此外，未来的聚变堆给与诊断系统的空间资源会越来越受限，亟需发展适合聚变堆极端条件下的先进诊断技术、基于信息合成和人工智能的综合诊断方法，实现高稳定可靠的多功能、紧凑、集成、实时、智能化的聚变堆诊断系统。
未来磁约束聚变堆运行产生多种新测量需求：中子和伽马射线辐射环境、alpha粒子约束、氦灰排除、氚循环/滞留、灰尘和第一壁表面损伤的实时监测等，而原已技术成熟的诊断需要技术更新适应聚变堆极端环境，同时必须考虑集成设计、诊断可近性与可维护性、以及实时数据处理的要求，多功能诊断原理、技术和关键器件的发展时不我待，综合诊断及人工智能的应用和发...

依托大模型等快速迭代，AI已融入科研全流程，重塑工作模式。科研人员应借AI重构流程，聚焦决策与核验，AI与科研深度融合推动自主发现新范式。报告将通过科研智能体、技能体系、具体实例，展示AI对科研多个环节的效率提升和自动化效应。

MeV gamma-ray imaging is important for astrophysics, nuclear physics, nuclear security, and medical physics, but conventional collimated systems often suffer from low detection efficiency. Compton imaging provides a promising alternative by reconstructing the incident gamma-ray direction from event topology.
In this study, we investigate a compact hybrid Cherenkov–scintillation Gamma tracker...

中微子凭借其电中性、极小静止质量及极弱相互作用截面等特性，能够无阻碍穿透天体与宇宙空间，是探索高能宇宙线起源的理想“天文信使”。针对水下中微子望远镜（Baikal-HUNT）读出电子学系统中极速采样数据庞大与后端传输带宽受限的矛盾，为防止网络拥堵导致重要事例丢失，本文提出并实现了一种基于FPGA与外部DDR3的大容量长延迟数据缓存及触发方案。
系统以FPGA为控制核心，外接MT41K1G8SN-125A型DDR3芯片作为存储介质，构建了深度的环形数据缓冲区（Ring...

High-granularity calorimeters demand highly compact detection units to achieve precise energy measurements. However, the severe geometric mismatch exists between large scintillator tiles and small Silicon Photomultipliers (SiPMs) leads to degraded light collection efficiency (LCE) and non-uniform spatial response, which fundamentally limits the calorimeter's energy resolution. The use of...

介绍了一款专为三维位置灵敏碲锌镉（CZT）探测器设计的低噪声专用读出芯片。该芯片能够读取阴极和阳极信号，从而能够适配像素化和虚拟弗里斯格栅型 CZT 探测器，以及Si-PIN探测器。为像素型探测器的大平面阴极设计了阴极专用通道。每个通道集成了低噪声电荷灵敏放大器（CSA）、零极相消（PZC）电路、滤波成形电路、用于能量测量的峰值检测与保持（PDH）电路以及用于时间测量的采样保持电路，每个通道的功耗低于 5 mW。64通道的芯片面积为 7.10 mm×12.44 mm。芯片布局在三面设有引脚，使得能够以最小面积扩展至 128 个通道。芯片的仿真结果表明，在0.7us的成形时间下，阳极通道噪声为64 e+8 e/pF，阴极通道噪声为88 e+6 e/pF。
芯片已经完成了电子学测试和探测器实验，在0.7 us的成形时间下，纯电子学噪声约为66.5e（RMS），时间分辨约为0.53...

中国散裂中子源（CSNS）是“十二五”期间重点建设的大科学装置，是国际前沿的高科技、多学科应用的大型科研基础设施。探测器作为中子谱仪核心设备之一，国内长期依赖进口，严重影响谱仪建设的性能和运行的效率。为此团队依托大科学工程CSNS建设，围绕中子谱仪建设的紧迫需求，通过对探测器、电子学和数据获取等全技术链条长期系统研究，解决了探测器多项共性的关键技术，建立了工程化大规模应用的探测器体系，积累了多种探测器研发和运行的经验。先后完成了11台大型中子谱仪探测器研制任务，实现了大面积3He管阵列探测器(近50平米)、大面积闪烁体探测器(十余平米)、高分辨成像探测器以及高通量陶瓷GEM中子探测器的大规模工程应用。目前已稳定高效运行多年，支撑完成了2500余项研究课题实验。二期工程（CSNS II）已于2024年经国家发改委立项正式开始建设，预计2029年完成工程建设。CSNS II...

中国散裂中子源（CSNS）大气中子辐照谱仪（ANIS）是国际同类设施中，中子能谱最接近真实大气中子的设施。ANIS的能量范围覆盖meV至GeV，具有高且可调的中子通量（1e4-1e7 n/cm2/s ），灵活可调的束流尺寸（1 cm-70 cm）。ANIS可为半导体器件、芯片、集成系统的单粒子效应和辐照损伤提供测试与评估平台，支撑电子、通信、航空、航天、高能物理等领域发展。此外，ANIS还支持开展先进探测器、电子学和集成系统的辐照与测试，以及中子成像技术开发等。

增强型X射线时变与偏振探测（enhanced X-ray Timing and Polarimetry，简称eXTP）空间天文台是我国在慧眼卫星后发展的下一代旗舰级X射线天文卫星，也是X射线波段国际领先的大型空间天文台。旨在研究黑洞附近和中子星内部以及表面的极端物理过程，也在研究各类高能天体、探测伽马射线暴和引力波暴高能电磁对应体等多个天文学前沿方向具有明显的优势。
能谱测量X射线聚焦望远镜阵列（SFA-T）是卫星的有效载荷之一，由5 台 Wolter-I 型掠入射 X 射线望远镜组成，在0.5–10 keV能段开展光谱、时变与成像观测。SFA-T由多像素SDD焦平面相机和焦距5.25 m的聚焦镜阵列构成，由中科院高能所牵头联合国内外多家单位完成。...

随着核医学成像、安检安防、天体物理观测等领域的发展，三维位置灵敏像素化碲锌镉（Cadmium Zinc Telluride, CZT）探测器凭借高能量分辨率、高探测效率和可室温工作的特性，成为辐射探测领域的核心器件。然而，探测器像素的持续微型化与通道数大幅增长，对前端读出系统的模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）提出了严苛要求：不仅需要高分辨率保证能量测量精度，还必须同时实现紧凑面积与低功耗。如何在有限芯片资源下实现高性能多通道数字化，成为制约探测器发展的关键瓶颈。针对这一挑战，本文提出了一款名为HAEMADC1的14位多通道混合架构ADC。该混合ADC由7位增量型ΔΣ（Incremental Delta Sigma）ADC完成粗量化，8位循环型（Cyclic）ADC完成细量化。该设计结合了IΔΣ...

空间高能宇宙辐射探测设施（HERD）是计划安装在中国空间站上的空间天文和粒子天体物理实验，该装置计划于2029年发射。穿越辐射探测器（TRD）是HERD的重要载荷之一，TRD由 6 个探测器单元，组成 2×3 探测阵列，其主要科学目标是：对TeV高能宇宙线进行绝对能量标定；在非标定时间内进行X射线巡天观测。
在TRD系统中，前端读出电子学（FEE）主要通过J30J接口与探测器、后端电子学和高压电子学进行连接，实现对单个探测器单元的128路数据读出，实现与后端电子学的指令交互、触发接收以及科学数据传输，实现对高压板电子学的高压控制与监测。由于空间环境的限制，FEE采用了双层设计，分为电荷测量板和电源通讯板，二者通过80针的CRM312连接器进行连接。为了实现以上功能需求，FEE电性件采用ASIC+FPGA的构架，其中，ASIC选用SAMPA芯片，实现5-...

Understanding radiation-induced defects in Low Gain Avalanche Detectors (LGADs) is critical to explaining gain layer degradation after intense radiation. Previous studies using thermally stimulated current (TSC) cannot distinguish defect signals originating from the gain layer versus from the bulk region, while deep-level transient spectroscopy (DLTS) investigations have not extracted defect...

在特殊核材料监管、核电站运行监测、硼中子放疗剂量验证、以及脉冲辐射场诊断等应用场景中，实现对中子和γ射线的有效甄别探测是确保探测准确性和可靠性的关键技术前提。然而，中子探测面临的首要技术挑战在于：中子源通常伴随强γ射线本底，二者共存的混合辐射场使得探测器必须同时具备高的中子探测效率和优异的n/γ甄别能力。本工作主要研究基于液体闪烁体和塑料闪烁体的具有n/γ甄别能力的有机闪烁体材料及探测器。基于江门中微子实验的液体闪烁体研究基础，研发对标EJ309，EJ309B（掺硼）的液体闪烁体，以及对标EJ276的塑料闪烁体。测量结果表明，我们研发的液体闪烁体的n/γ甄别能力在100keVee的阈值以上达到了1.2，硼在液体闪烁体中的浓度能达到5 wt%，一英寸塑料闪烁体的FoM值在250 keVee时达到1.2。关键参数接近或达到了EJ309和EJ276的水平。

在粒子加速器精密磁场控制等应用中，电流源的长期稳定性与本底噪声直接决定了物理实验的极限精度。为了实现精密控制、长期稳定、极低噪声的电流输出需求，本文研制了一款基于ADA4870的低噪声电流源。系统电源轨采用二级LDO超低噪声稳压方案，实测±6V供电纹波峰峰值控制在百微伏量级。信号主链路采用Composite复合放大拓扑，以超低噪声运放ADA4898作为前级误差放大器，大电流芯片ADA4870作为功率输出级，反馈回路则由高共模抑制比仪表放大器AD8429构建。多维精密测试表明，在200 mA直流输出下，七位半数字万用表10分钟长程采样显示的电流标准差（std）仅为1.5 μA，峰峰值漂移低于8.39 μA，抗热力学漂移性能优异。动态特性上，矢量网络分析仪原位扫频证实系统闭环带宽达12.5...

宇宙微波背景辐射(CMB)是宇宙大爆炸后早期冷却过程产生的遗留辐射，保留了丰富的宇宙早期信息，在大尺度上测量CMB的B模式偏振是探测在暴涨时期产生的张量扰动（原初引力波）的最主要方式。超导转变边沿探测器(Transition Edge Sensor, TES)是以超导薄膜作为温度计的一种热平衡探测器，具有极低的噪声和极高的灵敏度，是当前主流的CMB 望远镜探测器。我们基于现有工艺制备了40GHz TES 的原理样机，同时通过暗性能测试和光学性能测试来对制备的TES 性能进行表征。

针对核电子学脉冲信号高速数字化处理中存在的前放脉冲尾部拖尾、基线恢复缓慢以及幅度涨落引起定时误差等问题，本文提出一种基于FPGA的数字极零相消与数字恒比定时相结合的脉冲时间提取方法。该方法首先对高速ADC采集的数字脉冲波形进行极零相消处理，利用数字滤波结构补偿探测器及前置放大电路引入的指数衰减尾部，缩短脉冲恢复时间，减小基线漂移对后续定时判别的影响。在此基础上，构建数字恒比定时模块，对处理后的脉冲信号进行延迟、比例衰减和差分运算，形成过零判别信号，从而抑制脉冲幅度变化带来的时间游走误差。系统在FPGA内部完成波形缓存、极零相消、恒比处理、过零检测和时间参数提取等功能。粗时间由系统时钟计数获得，细时间结合过零点附近采样数据进行线性插值计算，以提高数字定时分辨能力。相比依赖专用模拟电路或进位链TDC的方案，该方法具有结构灵活、参数可配置、易于与高速ADC采集及数据存储系统集成等优点，适用...

α、β表面污染的测量，广泛用于放射性工作场所、因可能被污染而必须监测的场所，其测量结果对于污染源的确认具有重要意义，其中α、β脉冲甄别技术是一个研究方向。脉冲形状甄别（Pulse Shape Discrimination, PSD）方法用于α、β、γ脉冲甄别，其效果好、鉴别范围广。近年来，神经网络模型、机器学习和深度学习技术的引入优化了PSD方法的分析效果，使PSD方法能够处理诸如脉冲堆积、低能区信号检测等更加复杂的情形。另外，现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）在AI加速和边缘计算领域的应用为在线PSD技术提供实现基础，基于轻量化神经网络模型的在线部署能够实现实时脉冲数据检测和实时PSD。本研究开发一种嵌入式PSD系统，该系统基于模数转换器（Analog to Digital Converter,...

针对LGAD前端读出中有效事件筛选和高精度时间测量需求，设计了一种高速甄别与时间数字转换一体化系统。系统前端采用双极性可编程阈值甄别结构，由STM32控制AD5686R产生阈值电压，经ADA4899-1调理后形成正、负参考电平，并利用两路ADCMP580高速比较器分别完成正向和负向脉冲甄别。时间测量部分基于FPGA实现粗细结合型TDC，采用IDELAY分段延迟与CARRY8信号转换结构，将多路延迟信号映射至短Tapped Delay Line中完成细时间量化，并通过码密度标定和基于LSB计算的线性补偿方法改善延迟链非均匀性。实验结果表明，甄别器正、负阈值可在0–2500 mV范围内连续调节，校准后阈值误差小于5 mV，双极性正弦输入下甄别占空比误差小于2%；TDC线性补偿后等效LSB为2.86 ps，DNL峰峰值为1.19 LSB，INL峰峰值为3.21...

针对大气中子单粒子效应及其辐照损伤等研究需求，依托散裂中子源已建立相关加速测试平台，但高强度的复杂辐射本底使得快中子能谱难以准确测量。设计并研制了由三个探测器组成的三符合反冲质子望远镜探测系统，探测系统由500 μm、1000 μm厚的两个金硅面垒探测器和2.54 cm厚的 YAP闪烁体组成。该系统在英国散裂中子源ISIS 的 ROTAX 束线上进行了测试，1.2...

随着微机电系统及深空、深海、极地等极端环境探测技术的飞速发展，对长寿命、免维护、高稳定性的微能源需求日益迫切。放射性同位素电池因其能量密度高、环境适应性强等优点成为理想选择。其中，辐致光伏（RPVC）电池作为一种间接转换型核电池，通过发光材料将辐射能转化为光子，再由光伏器件转换为电能，这种架构利用了发光材料优异的抗辐射性能，有效屏蔽了高能粒子对半导体换能器件的辐射损伤，在延长器件使用寿命方面具有显著优势。
本研究提出了一种基于伽玛源的辐致光伏同位素电池设计方案：在独块闪烁体中心放置伽玛点源，然后在闪烁体侧面耦合太阳能薄膜电池，最后通过储能模块进行电源的输出控制。在闪烁体的选择上，通过实验对比了CsI、GAGG、LYSO以及BGO四种闪烁体在相同辐照条件下的输出电流大小，表明CsI的辐射能至光能再至电能的总体转换效率最高。与Sr-90等β源相比，伽玛源的成本与实验难度相对更低，但需考...

针对中子束流束斑在线监测的需求，研制了一种基于国产厚陶瓷GEM的探测器。探测器由硼中子转换层、厚GEM倍增结构、Pad读出电极及前置放大器构成，利用10B(n,α)⁷Li反应实现中子探测，通过厚GEM孔内雪崩放大得到感应信号。采用⁵⁵Fe放射源对探测器性能进行测试，结果表明：在Ar(70%)+CO2(30%) 混合气体中，单层厚陶瓷GEM增益可达1500；30小时内计数率稳定性良好；能量分辨率可达27%；二维位置分辨优于3 mm × 3 mm。前置放大器计数率达1 MHz。该探测器性能稳定，满足中子束斑在线监测的应用要求。

中子探测器在科学研究、核反应堆监测、国土安全以及深空辐射探测等领域发挥着重要作用。将热/快中子能谱测量与伽马射线探测集成到一个紧凑系统中，依然是辐射监测领域的研究热点。在此，我们提出了一种新型的双模探测器设计，该设计基于同位素富集的 Cs$_2$LiYCl$_6$:Ce（CLYC）晶体，并耦合了高增益硅光电倍增管（SiPM）。其中，富集 $^6$Li 的 CLYC-6 通过 $^6$Li(n, $\alpha$)$^3$H 反应实现高效的热中子探测；而富集 $^7$Li 的 CLYC-7 则利用 $^{35}$Cl(n, p)$^{35}$S 和 $^{35}$Cl(n, $\alpha$)$^{32}$P 反应来进行快中子能谱测量。
利用 CLYC 对中子和伽马射线不同的闪烁衰减特性，我们利用优化的电荷比较型脉冲形状甄别（PSD）算法，实现了出色的粒子鉴别性能。我们的...

硅漂移探测器（SDD）数字脉冲处理器（DPP）通常采用CR微分电路从复位型电荷灵敏前置放大器中提取脉冲信号。本文的仿真与实测表明，电容的非理想特性会导致信号在梯形成形后出现拖尾，加剧梯形基线漂移与波动，导致高计数率下能量分辨率恶化。针对这一问题，本文研制了一种基于时变基线扣除技术的DPP。该技术利用数模转换器（DAC）动态跟踪电荷灵敏前置放大器的输出，结合减法器电路实现对入射粒子脉冲信号的提取，从根源上消除耦合电容引入的失真，使DPP在高计数率下保持良好的分辨率。本文详细阐述该DPP的硬件设计与关键算法，并将其与CR微分法、XIA公司的斜坡扣除专利技术、以及直接采样法进行对比。实验结果表明，本文所研制的DPP具有优异的分辨率稳定性：在-45°C工作温度下，输入计数率（ICR）在10-500 kcps范围内，对5.89 keV X射线的分辨率始终保持在126.7±0.3...

穆斯堡尔谱学（简称穆谱）能够通过同质异能位移、电四极分裂和超精细磁场等参数表征材料中特定同位素的价态、局域化学环境与磁性等物理性质，在凝聚态物理、材料科学、地学等领域应用广泛。长期以来，穆谱数据解析主要依赖经验进行参数拟合，对于复杂多组分样品的穆谱数据，由于参数众多，通过人工拟合要达到理想的效果耗时较长，难以满足准确、高效分析数据的需求。
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随着地质结构勘查、矿物样品分析和材料内部元素无损检测需求的提高，传统元素分析方法在厚样品穿透能力和三维空间分布获取方面仍存在一定局限。负缪子进入物质后可被原子俘获形成缪子原子，并在能级跃迁过程中释放具有元素特征的缪致 X 射线。由于缪致 X 射线能量较高、穿透能力较强，适合用于样品内部元素识别与三维成像。本研究面向低 Z 元素无损分析需求，基于 Geant4 建立负缪子入射样品并产生缪致 X 射线的模拟模型，重点研究 O、Mg、Al、Si 等典型元素的特征谱线识别、峰位分析和空间定位方法。
研究中获得了不同元素靶材的能量沉积数据和模拟能谱，对主要特征峰进行了寻峰、标注及理论峰位对比，并结合 ROI 选取、背景扣除和相对分支比分析，初步建立了低 Z 元素缪致 X 射线特征峰数据库。同时，引入缪子入射位置、方向、初始时间以及 X...

X射线管电压是X光机的核心工作参数之一，其数值的准确性直接影响工业探伤、医疗影像、安全查验等领域成像质量和检测结果可靠性。现有的介入式分压法、厚板滤波法存在安全隐患、设备操作复杂、适用性受限等问题，而能谱法具有测量精度高、可实时在线监测等优点。本文研究基于能谱终点法测量原理，分别采用钆镓铝石榴石（Ce:GAGG）和碲锌镉（CZT）两种探测器搭建测试系统，并对两种探测器的测量结果进行了对比。先采用能量刻度及管电压标定后的Ce:GAGG探测器测试系统采集X射线能谱，利用高能端特征点拟合法确定能谱终点，因Ce:GAGG探测器的能量分辨率～4.2%@662 keV，能谱展宽较明显，测量值与标称值的偏差在±1.0%以内。为验证能谱展宽对管电压测量的影响，改用能量分辨率更优（≤3%@662...

康普顿相机无机械准直特点，在核医学成像、源项调查等伽马辐射场成像领域具有重要应用价值，其成像性能在很大程度上依赖于探测器读出电子学对多通道闪烁体阵列信号的高效获取与处理能力。针对GAGG闪烁体阵列与SiPM阵列耦合后通道数量多、系统集成度要求高的问题，本文设计了一种基于行列复用读出的康普顿相机电子学系统。该系统采用行列复用网络对8×8 SiPM阵列输出信号进行压缩读出，将原始多通道信号压缩为4路模拟信号输出，有效降低了后端电子学通道数量与布线复杂度。压缩后的信号经FPC排线送入前端调理电路，完成信号放大、整形及阻抗匹配后，进入12 bit、65 Msps...

基于单块连续CeBr3晶体开发了一种高定位精度的编码孔径伽马相机，旨在克服传统阵列型晶体探测器存在探测死区、成本高、无深度分辨等问题。采用尺寸为26 mm × 26 mm × 10 mm的单块CeBr₃晶体，耦合8×8...

本研究面向钻孔直径受限条件下深部地下矿脉勘探需求，提出了一种紧凑型圆柱形三层塑料闪烁体宇宙线缪子探测器结构。该探测器由内层与外层反向螺旋塑料闪烁体条以及中间层轴向垂直排列的矩形塑料闪烁体条组成。反向螺旋结构用于获取缪子入射方位信息，中间垂直层用于增强轴向定位约束，从而在井下有限空间内兼顾探测效率、方向重建能力和位置分辨能力。基于Geant4 蒙特卡洛模拟平台，并结合EcoMug宇宙线缪子源模型，本文对探测器几何参数与探测性能之间进行了研究，重点研究了闪烁体条宽度、厚度以及螺旋角对探测效率、方位角分辨率、天顶角分辨率和位置分辨率的影响。模拟结果表明，当闪烁体宽度为10 mm、厚度为10 mm、螺旋角为21°时，探测器综合性能达到较优水平，模拟测得对应方位角分辨率为48.16 mrad，天顶角分辨率为14.41 mrad，位置分辨率为3.17...

太阳极轨天文台（Solar Polar Observatory, SPO）搭载的X射线成像望远镜（X-ray Imaging Telescope, XIT）主要承担太阳X射线观测任务，该望远镜作为主要科学载荷之一，旨在首次对太阳极区进行成像，并实现全日面爆发事件的监测。碲锌镉（CdZnTe, CZT）晶体材质轻，平均原子序数高，广泛用于多个空间天文卫星载荷，针对XIT载荷的科学需求，我们为CZT硬X射线探测器开发了一个原型读出电子系统，该系统单个CZT探测器厚度为2mm，有效面积为15.4×15.4 mm²，分为四个具有可切换面积比的条形电极。系统采用专用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit, ASIC）芯片IDE4281对探测器信号进行采集处理， IDE4281芯片提供12个通道...

宇宙线缪子成像技术凭借其强穿透力和对高原子序数（Z）物质的散射敏感性，在反应堆堆芯监测、核材料无损检测、地质勘探等领域展现出独特的应用潜力。随着缪子成像系统向大规模探测器阵列方向发展，电子学通道数急剧增加，对前端电子学的实时数据处理能力提出了严峻挑战。传统实现方案中，系统多依赖多块前端电子学板卡的简单拼接来扩充通道。这种分立架构在通道数攀升时（如超过128通道），板卡间的接口开销与独立数据流将迅速引爆传输带宽和存储压力，使拼接方式本身即成为限制集成度与实时性的核心瓶颈。
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硅像素探测器因其极高的颗粒度，被广泛应用于对撞机实验中。对于单片有源硅像素传感器（MAPS），在大型实验中，其数据采集和聚合被分级完成。在第一级，基于FPGA或ASIC的前端读出单元（RU）对大量MAPS的串行数据进行解串和协议校验，进行一级打包后发送至下一级。在第二级，通用读出单元（CRU）采集来自多个RU的数据并使用高速协议传输至存储节点。
RU采集各个MAPS通道的数据并分别打包，使用轮询仲裁器依次发送是常见做法。但当单个RU的处理的MAPS数量增多时，打包和等待轮询会使数据传输延迟急剧增加。而在实验中，RU往往处于辐射环境。单粒子效应会使RU产生数据错误。因此，低延迟策略十分必要。
从探测器物理模拟产生的MAPS速率出发，将MAPS的链路按速率均衡分组，顺序合并传输至输出端口的流式传输方法可以显著减少RU数据传输中的延迟时间。本工作以ALICE...

反冲质子望远镜可实现快中子能谱测量，但在复杂强辐射干扰环境中，探测信号易发生堆积，影响能谱测量准确性。为抑制散射中子和伽马射线对探测系统的干扰，设计了基于四片金硅面垒探测器的反冲质子望远镜系统，采用四重符合分析方法进一步实现对干扰信号的有效抑制。金硅面垒探测器的厚度分别为219μm、340 μm、451 μm和1022 μm，活性面积均为450 mm²。该系统在英国散裂中子源ISIS 的 ROTAX 束线上进行了测试，将2mm厚聚乙烯作为n-p转换靶，探测系统相对于入射中子角度呈45°，以质子束轰击散裂靶产生的T0信号作为触发，使用桌面型数字化仪CAEN...

高能宇宙辐射探测设施（High Energy Radiation Detection, HERD）是计划安装在中国空间站上的空间高能粒子探测实验，旨在实现暗物质间接探测、高能宇宙线成分精确测量及高能伽马射线巡天观测。HERD由五大子探测器构成：五维成像量能器（CALO）、覆盖量能器五面的光纤径迹仪（FIT）、塑闪探测器（PSD）、硅电荷探测器（SCD）及穿越辐射探测器（TRD）。作为核心载荷的量能器由7489块LYSO闪烁晶体，共计23层复合材料栅格板集成而成。在工程样机研制阶段，为确保各晶体单元及其单层模组的探测性能满足设计要求，开发了一套有效面积不小于1 m2、位置分辨率优于3...

在高精度瞬发裂变中子原位测铀系统中，中子源产额的实时监测是实现数据归一化、消除源强波动影响、保障反演精度的关键前提。本文针对超短脉冲中子源（脉冲宽度≤1μs，单脉冲产额≥5×10⁶n/pulse，能量14MeV）在强伽马混合场环境下的通量监测需求，设计并实现了一种基于碳化硅探测器的快中子监测阵列。该阵列由六个SiC探测器构成，环绕中子靶布置。前端电子学采用级联射频功率放大器实现纳秒级脉冲响应（上升时间≤1ns），并结合双阈值比较器与FPGA进行高精度计数与时间标记。该阵列可在每个中子脉冲周期内实时获取与源强成正比的计数信号，用于对热中子与伽马探测器数据进行归一化修正。同时，其快时间响应还可为系统提供更为精确的中子发射时刻基准（T₀）。初步测试结果表明，该监测阵列具备良好的快中子响应能力与抗伽马干扰性能，满足井下高辐照、强干扰环境下的源强监测需求，为铀含量反演精度的提升提供了关键硬件支撑。

在爱因斯坦探针卫星项目的支持下，我们成功研制一款面向软 X 射线成像与能谱测量的4k×4k、15μm 像元、背照式大面阵科学 CMOS探测器。该探测器读出噪声为 4 电子（rms）；在 −30℃条件下暗电流为 0.1 e/s/pixel；读出帧频可达 20Hz。室温条件下，探测器在5900eV处的能量分辨率约为180eV；经增益标定后，能谱性能显著提升，在4.5keV处能量分辨率提升到125eV。探测器的表面铝遮光层实现 10⁻⁸光学屏蔽效果。该探测器已共计 48 片应用于爱因斯坦探针卫星的宽视场 X 射线望远镜。长达两年的在轨运行结果，充分验证了该探测器优异的性能指标与技术先进性。同时在其他X射线成像能谱领域也有重要的应用前景。

CTPX1是一款基于Timepix4混合像素探测器读出ASIC芯片开发的高性能数据驱动成像系统，该系统集成了Timepix4芯片、读出电子学、高压单元以及温度控制子系统。Timepix4...

拟规划建设的增强型 X 射线时变与偏振天文台（eXTP）所搭载的偏振聚焦阵列（PFA）由三台完全相同的 X 射线成像望远镜组成，可在 2–8 keV 能段开展 X 射线偏振观测，并具备优异的空间、能谱及时间分辨能力。
为实现上述科学目标，每个探测单元均采用辐射传感器与专用集成电路（ASIC）读出芯片相结合的方案，用于对单个 X 射线事件产生的电荷信号进行精确提取与数字化处理。针对该应用需求，本文研制了一款专用 ASIC 芯片。该芯片具备自触发功能，可生成事件驱动的读出窗口，并支持灵活配置。
为满足严格的读出性能要求，芯片采用两级模拟读出架构。载荷最终目标像素阵列规模为 352×304。为验证设计方案，基于 180 nm CMOS 工艺完成了一款原型芯片的流片，其阵列规模为 70×60，像素间距为 50 μm。
测试结果表明，该芯片的等效噪声电荷（ENC）低于...

基于飞行时间的正电子发射断层成像系统（TOF-PET）对读出电子学的通道数、计数率和时间精度提出了严苛要求。尽管开关电容阵列（SCA）结ADC的波形采样技术虽具备时间分辨率优势，但慢速读出带来的长死时间限制了其在高计数率场景的应用。本文设计了一个基于 DRS4 芯片（采用 SCA 技术）的 64 通道波形采样电子学模块，采样率达 5.12 GSPS，通过两项核心优化突破死时间瓶颈：一是采用ROI（Region-of-interest）读出模式，仅读取包含核信号时间与能量信息的 50-100 个采样单元以减小读出死时间；二是设计硬件级预符合触发机制，基于硬件与固件从能量和时间两个维度共同过滤散射与非符合事件，仅对已符合事件进行在线采样与读出。该设计能够极大提高探测系统的有效事件率，进一步提升系统灵敏度。实验结果表明，经直流偏移校正与时间间隔非均匀性校准后，电子学时间精度约为18...

甚大面积伽马射线空间望远镜（Very Large Area Gamma-ray Space Telescope, VLAST）是我国自主提出的新一代空间高能天文观测平台，主要科学目标聚焦于暗物质粒子间接探测、高能时域天文及宇宙线物理等前沿领域。其径迹及低能伽马探测器（Silicon Tracker and low Energy gamma-ray Detector, STED）由16个硅微条探测大层构成，总读出通道数超过137万，每个通道的探测器等效电容高达约100...

燃料后处理厂排放环境为高湿度、呈酸性，废气中的¹²⁹I半衰期极长，环境迁移性强，对生态环境和公众健康构成长期潜在威胁，因此实时监测至关重要。针对这一需求研制出一套防酸型¹²⁹I连续监测仪。整机集成了气路单元、探测单元及电气控制单元，管路及外壳均采用304L不锈钢并涂覆防酸涂层，采用活性炭碘盒对¹²⁹I进行吸附富集，并利用真空抽气方式替代传统空气吹扫技术。上述技术可降低⁸⁵Kr等惰性气体对测量结果的干扰，并增强设备的耐酸腐蚀性。
由于¹²⁹I发射的39.6 keV γ射线能量较低，探测效率易受到探测器前端结构参数影响，基于MCNP建立了包含晶体、反射层、外壳及光电倍增管的NaI探测器模型。通过测量¹³⁷Cs和⁶⁰Co标准源能谱完成高斯展宽标定，将模拟谱与实验谱对比，验证了模型的有效性。以¹²⁹I的39.6...

本文介绍了一种面向气体像素探测器的模拟前端专用集成电路（ASIC）的设计与仿真，旨在实现高精度能量测量，并在高粒子通量条件下保持稳定的信号整形性能。该芯片基于 GSMC 130 nm CMOS 工艺实现，在紧凑的前端架构中集成了电荷灵敏放大器（CSA）、二阶有源 CR-RC 整形器（SHAPER）、反相放大级（IAS）、峰值保持电路（PHC）以及 4:1 模拟多路复用器（MUX）。
其中，CSA 作为一级放大模块，将探测器输出的电荷信号转换为与之成比例的电压信号；SHAPER 用于噪声滤波和脉冲整形，在典型偏置条件下可产生脉宽约为 10 μs 的准高斯输出信号；IAS 用于调整信号极性并提供额外增益；PHC 用于捕获脉冲峰值，以便后续模数转换；MUX 则实现内部关键节点的选择性监测，从而提供灵活的信号观测能力。
为验证所提出的设计方案，本文进行了大量仿真测试。结果表明，在...

中国散裂中子源二期（CSNS-II）谱仪升级对于3He管探测器读出电子学系统提出了更高要求。由于束流功率大幅提升，且探测器阵列需部署在真空散射腔内以减少空气散射干扰，读出电子学面临高计数率、高精度以及真空环境热管理的多重挑战。本文针对这一需求，研制了一套具备真空兼容性的低功耗3He管前端读出电子学样机。
该样机采用模块化架构，由两块高灵敏度前放模拟板和一块基于FPGA的数字读出板组成。针对真空环境下缺乏对流散热的难题，本文通过低功耗器件选型与电路优化，实现了系统的无源散热设计，显著降低了系统的复杂度。在逻辑开发层面，设计了基于FPGA的数字信号处理算法，包括脉冲形状鉴别、基线跟踪与堆积判弃等，实现了对中子事件的高速提取与准确定位。获取到的中子数据通过极简的真空馈通接口及光纤传输至后端，有效解决了真空腔内外大规模布线的难题。
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高纯锗（HPGe）探测器的表面工艺对实现低能量阈值和高能量分辨至关重要，可直接影响表面漏电流和耗尽过程。探测器制备中的表面处理和钝化过程可改变锗表面键合和局部电荷分布，造成表面能带弯曲，可形成表面沟道。较高的态密度会导致费米能级的钉扎现象。这些负面效应会严重影响探测器性能。本研究基于密度泛函理论开展锗表面电子结构的第一性原理计算研究。采用slab模型模拟半无限锗表面和界面，在垂直方向设置真空层以减小周期性边界条件下相邻slab间的非物理相互作用，并结合底面悬挂键钝化减小有限尺寸效应；在绝热近似下，以电子密度为变量求解基态电子结构，用于分析表面重构及钝化前后的表面态与界面态变化。计算中以体相锗作为参考，比较对称二聚体参考结构与倾斜/非对称二聚体重构，利用能带、总态密度、分层投影态密度和局域电荷密度，结合体相能带校准、带隙修正提高表面态判定可靠性，为后续钝化结构优化提供判据。

高能宇宙辐射探测设施穿越辐射探测器子系统后端电子学设计
高能宇宙辐射探测设施（HERD）是计划应用在中国空间站中的科学载荷，主要科学目标为暗物质的搜寻、原初宇宙射线各成分能谱的精细测量以及伽玛射线巡天观测。穿越辐射探测器子系统（TRD）作为高能宇宙辐射探测设施的有效载荷之一，其主要科学目标是：1）对TeV高能宇宙线进行绝对能量标定；2）非标定时间内进行X射线巡天观测。穿越辐射探测器（TRD）的读出电子学模块包括前端电子学模块（FEE）、后端电子学模块（BEE）和高压板等。其中BEE负责TRD的电源管理、FEE数据的处理、指令控制与状态检测、以及与HERD之间的接口管理。BEE由供电机箱与主控机箱两部分构成，供电机箱负责TRD的电源管理，主控机箱负责对外的接口管理、整体控制以及数据处理。供电机箱由供电板组成，供电板设计有EMI滤波器和DC-DC模块将输入100V电源转换为12V和28...