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核辐射成像技术是对传统核辐射探测技术的改进与提高,不仅能够获取辐射源的剂量、种类信息,而且能准确呈现出放射源的分布信息,可广泛应用核电(核材料、乏燃料、退役、去污)、环保、反恐等领域。开发小型模块化的成像探测器是发展高分辨率与高灵敏度的成像探测设备的关键。围绕伽玛射线成像探测技术,本文对模块化探测器成像技术涉及的一些关键技术问题进行了一系列的研究,主要包括:成像探测模块读出电路的优化、溴化镧(LaBr3)晶体探测器性能的研究以及2×2阵列SPMArray4成像探测模块的研究等。溴化镧晶体探测器由一块50mm×50mm×6mm的高密度溴化镧连续晶体配接一块多阳极H8500位置灵敏光电倍增管。探测器前端电子学设计采用电阻网络法降低探测模块的输出信号数量,由64路减少为4路输出。通过在位置读出电路部分增加一级调节各通道增益一致性的电路,实现了对光电倍增管阳极增益的不均匀性调整,提高了探测器的性能,使得位置分辨达到了小于1.5毫米,消除边缘压缩效应后的有效探测面积达到了40mm×40mm。采用溴化镧晶体探测的核辐射成像系统结合MURA编码孔径技术,对远距离放射源的投影成像需要在数据获取后,通过解码算法进行图像重建。在MATLAB环境下分别对“精细平衡采样”和“δ解码”两种图像重建算法进行了分析,经实验对比测试,验证了“精细平衡采样”算法具有更好的重建图像质量的推理。对溴化镧晶体探测模块的大量实验,验证了整个系统的正确性和可靠性,获得了好于1.9°的系统空间角分辨率以及20~40°的成像视野(FOV)且对单点及多点源探测均可进行清晰解码重建,达到了系统设计的要求。为探索新型探测器件在辐射成像探测的特性,在国内首次开展了对于2×2阵列SPMArray4组合成像探测模块的研究,设计了两套整体读出方案:DPC读出电路法和SCD+优化读出电路法。经过对系统性能的测试,SCD+优化读出电路法减小了光电倍增管拼接处死区的影响,增大了探测器模块的有效探测面积,减小了探测模块边缘处的压缩效应。最好能量分辨率可以达到16.1%,是一种较好的辐射成像系统候选探测模块。