鹵化鉛鈣鈦礦閃爍體的X射線(xiàn)成像性能模擬

張育育楊 智盛 亮段寶軍嚴(yán)維鵬宋 巖汪敏強(qiáng)

1（西安交通大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院電子陶瓷與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)際電介質(zhì)中心陜西省先進(jìn)儲(chǔ)能電子材料與器件工程研究中心 西安 710049）

2（鄭州大學(xué)物理學(xué)院材料物理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 鄭州 450052）

3（西北核技術(shù)研究所強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710024）

目前，X射線(xiàn)成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于放射診斷和描述骨骼位置（包括骨折、脫位和骨病等）醫(yī)療診斷領(lǐng)域，具有非破壞性、低成本等優(yōu)點(diǎn)。探測(cè)器的快速發(fā)展推動(dòng)了X射線(xiàn)成像技術(shù)，無(wú)機(jī)閃爍體對(duì)于硬X射線(xiàn)具有高的探測(cè)效率。不同的X射線(xiàn)成像應(yīng)用場(chǎng)景需要不同性能的閃爍體，商用化閃爍體CsI:Tl、Bi4Ge3O12（BGO）、Gd2O2S（GOS）在X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography，CT）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）、正 電 子 發(fā) 射 斷 層 掃 描（Positron Emission Tomography，PET）獲得廣泛應(yīng)用，但是尋找具有高響應(yīng)速度、高分辨率、高發(fā)光效率的新型閃爍體以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)成像、高能量分辨成像、低劑量率成像是目前研究的熱點(diǎn)［1?4］。

鹵化鉛鈣鈦礦閃爍體具有高的X射線(xiàn)衰減系數(shù)（包含Pb、鹵素等高原子序數(shù)（Z）元素）、高光產(chǎn)額、快衰減時(shí)間、溶液法制備［5?6］等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，在X射線(xiàn)成像、快中子成像、快時(shí)間響應(yīng)探測(cè)領(lǐng)域展示了其應(yīng)用潛力，因此獲得了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注［7?10］。3D MAPbBr3（MA，CH3NH3）鈣鈦礦單晶被發(fā)現(xiàn)隨著溫度降低光產(chǎn)額快速地增加，歸結(jié)于單晶在室溫下激子結(jié)合能0.015 eV小于熱離化能0.026 eV，因此只有在低溫77 K才能獲得高達(dá)90 000 photons·MeV?1光 產(chǎn) 額，同 時(shí) 具 有 超 快 的0.1 ns衰減時(shí)間［11?13］。相對(duì)而言，室溫下CsPbBr3量子點(diǎn)由于量子限域效應(yīng)具有0.12 eV激子結(jié)合能，可以獲得21 000 photons·MeV?1光產(chǎn)額［14?15］。當(dāng)A位陽(yáng)離子采用大尺寸有機(jī)胺陽(yáng)離子時(shí)，獲得低維2D鈣鈦礦PEA2PbBr4（PEA，C6H5C2H4NH3）在室溫下具有0.2 eV激 子 結(jié) 合 能［16］，從 而 可 以 實(shí) 現(xiàn)30 000 photons·MeV?1光產(chǎn)額［18］，目前可以生長(zhǎng)出高質(zhì)量厘米級(jí)的PEA2PbBr4單晶，可用于快中子與γ射線(xiàn)的聯(lián)合診斷［17?18］。Geant4已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于模擬閃爍體幾何形狀、射線(xiàn)源能量以及位置對(duì)探測(cè)器探測(cè)效率和空間分辨率的影響［19?21］。特別地，Geant4被用于模擬2D PEA2PbBr4鈣鈦礦陣列的成像分辨率，結(jié)果表明，1 200 μm厚度的鈣鈦礦成像分辨率為8.8 lp·mm?1，而200 μm厚度的CsI為6 lp·mm?1［19］。這些結(jié)果表明了Geant4模擬在閃爍體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要作用。

將鈣鈦礦量子點(diǎn)（Quantum Dots，QDs）分散到聚合物形成復(fù)合塊體是一種常用的閃爍體形式，聚合物不僅為鈣鈦礦量子點(diǎn)提供載體，同時(shí)可以提高鈣鈦礦的環(huán)境穩(wěn)定性。本文以3D MAPbBr3量子點(diǎn)/聚苯乙烯和2D PEA2PbBr4量子點(diǎn)/聚苯乙烯閃爍體為研究對(duì)象，通過(guò)Geant4建立探測(cè)器模型，根據(jù)射線(xiàn)在閃爍體中的能量沉積討論了厚度、鈣鈦礦占比和鈣鈦礦的低維結(jié)構(gòu)對(duì)相對(duì)探測(cè)效率和成像空間分辨率的影響，后續(xù)將添加可見(jiàn)光輸運(yùn)過(guò)程使得模擬更加接近實(shí)際情況，為鈣鈦礦復(fù)合閃爍體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能測(cè)試提供理論指導(dǎo)。

1 模擬方法

1.1 相對(duì)探測(cè)效率

探測(cè)器的靈敏度主要由能量沉積效率、發(fā)光效率、光收集效率以及光陰極材料的量子效率等決定［22］，閃爍體的探測(cè)效率是靈敏度的重要決定因素。本文采用理論計(jì)算閃爍體的吸收效率，利用Geant4模擬計(jì)算能量沉積效率，這兩者分別從強(qiáng)度和能量方面表示了閃爍體對(duì)射線(xiàn)的探測(cè)能力強(qiáng)弱，因此均定義為相對(duì)探測(cè)效率。

根據(jù)射線(xiàn)在物質(zhì)中的衰減規(guī)律，得到吸收效率［23］：

式中：d表示閃爍體的厚度；材料的光子散射截面函數(shù)c（ε）來(lái)自于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）的XCOM程序；ε為光子能量；ρ為閃爍體密度。根據(jù)式（1）可求出閃爍體的吸收效率。吸收效率越大更容易產(chǎn)生可被探測(cè)到的電信號(hào)，同時(shí)對(duì)外界輻射劑量越小。

Geant4是歐洲核子中心開(kāi)發(fā)的一款基于C++語(yǔ)言的開(kāi)源軟件，它采用蒙特卡羅的思想實(shí)現(xiàn)核物理的模擬［24］。可通過(guò)以下4步在Geant4中模擬計(jì)算閃爍體相對(duì)探測(cè)效率［20］：1）在DetectorConstruction中設(shè)置閃爍體材料時(shí)不考慮制備工藝，只考慮閃爍體的物理參數(shù)，選取材料分別為鈣鈦礦量子點(diǎn)/聚苯乙烯復(fù)合閃爍體以及幾種典型的有機(jī)、無(wú)機(jī)閃爍體，如表1所示，鈣鈦礦量子點(diǎn)質(zhì)量比是10%、30%、50%、80%，對(duì)應(yīng)的密度分別是1.11 g·cm?3、1.27 g·cm?3、1.48 g·cm?3、1.96 g·cm?3，閃爍體結(jié)構(gòu)為圓柱體，處于真空環(huán)境中；2）粒子源為106個(gè)單能的X光子以點(diǎn)源形狀垂直入射閃爍體中心方向；3）物理過(guò)程為FTFP_BERT，它包含光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)；4）在run中輸出總的能量沉積并在step中收集每一步的能量沉積及其位置信息輸出到文件中，得出能量沉積效率，即為相對(duì)探測(cè)效率。

表1 常見(jiàn)閃爍體的參數(shù)Table 1 Parameters of common scintillators

1.2 空間分辨率

調(diào)制傳遞函數(shù)（Modulation Transfer Function，MTF）曲線(xiàn)描述成像系統(tǒng)隨著空間頻率增大對(duì)比度衰減的情況，這里用來(lái)描述閃爍體的空間分辨率。當(dāng)入射源為X射線(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生的熒光能量與次級(jí)電子的能量沉積成正比，因此能量沉積效率正比于發(fā)光強(qiáng)度［25］，按照次級(jí)電子的能量沉積分布來(lái)計(jì)算閃爍體的空間分辨率，不考慮次級(jí)電子轉(zhuǎn)換為熒光光子后的可見(jiàn)光輸運(yùn)過(guò)程。取柵元間隔為0.01 mm的圓柱環(huán)，對(duì)Geant4中step輸出的沉積能量及其位置信息進(jìn)行劃分得出每一個(gè)圓柱環(huán)中單位體積內(nèi)的能量沉積，得到點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF［26］，對(duì)其作二維傅理葉變換求取模值得到MTF。本文中X射線(xiàn)成像空間分辨率是MTF=0.2對(duì)應(yīng)的空間頻率。Geant4模型如圖1所示。

圖1 鈣鈦礦量子點(diǎn)/聚苯乙烯閃爍體的Geant4模型Fig.1 Geant4 model of perovskite quantum dots/polystyrene scintillators

2 結(jié)果和討論

2.1 相對(duì)探測(cè)效率的影響因素

實(shí)驗(yàn)上能獲得高達(dá)80%占比的量子點(diǎn)/聚合物［27］，過(guò)高的量子點(diǎn)占比不可避免地導(dǎo)致團(tuán)聚，增加了光散射并降低了透明度。為進(jìn)一步了解80%鈣鈦礦QDs的特性，本文首先基于XCOM程序計(jì)算了80%鈣鈦礦QDs/聚苯乙烯閃爍體和商用無(wú)機(jī)、有機(jī)閃爍體的衰減系數(shù)。如圖2所示，由于2D和3D鈣鈦礦量子點(diǎn)/聚苯乙烯閃爍體具有相同的高Z元素Pb，在2.586 keV、13.04 keV和88 keV處均出現(xiàn)了鋸齒狀吸收限，并且鈣鈦礦系列閃爍體衰減系數(shù)略低于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)閃爍體CsI、GOS，而顯著地高于有機(jī)閃爍體蒽，表明復(fù)合鈣鈦礦閃爍體與0~120 keV X射線(xiàn)的作用截面介于有機(jī)閃爍體與無(wú)機(jī)閃爍體之間。圖3是根據(jù)式（1）計(jì)算的在20 keV X射線(xiàn)入射下不同閃爍體的吸收效率。在相同厚度下，GOS的吸收效率高于CsI，80% MAPbBr3量子點(diǎn)/聚苯乙烯閃爍體的吸收效率與CsI相當(dāng)，80%（PEA）2PbBr4量子點(diǎn)/聚苯乙烯閃爍體次之，有機(jī)閃爍體蒽最小。如表2所示，當(dāng)吸收效率達(dá)到99.5%時(shí)，80%MAPbBr3量子點(diǎn)與80%（PEA）2PbBr4量子點(diǎn)的厚度分別為0.54 mm和1.05 mm。

圖2 0~120 keV X射線(xiàn)入射不同閃爍體的衰減系數(shù)Fig.2 Attenuation coefficients of different scintillators for 0~120 keV X-ray incident

圖3 20 keV X射線(xiàn)入射下不同閃爍體的吸收效率Fig.3 Absorption efficiency of different scintillators under 20 keV X-ray incidence.

表2 20 keV X射線(xiàn)入射下吸收效率達(dá)到99.5%時(shí)對(duì)應(yīng)的閃爍體厚度Table 2 The corresponding scintillator thickness when the absorption efficiency reaches 99.5%under 20 keV X-ray incidence

針對(duì)X射線(xiàn)醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用包括20 keV（乳腺X射線(xiàn)成像）、50 keV（放射線(xiàn)成像）、80 keV（雙能CT中的低能入射源）、120 keV（單能CT）等能量，利用Geant4模擬計(jì)算了不同單能X射線(xiàn)入射1 mm厚80%鈣鈦礦QDs/聚苯乙烯閃爍體的能量沉積效率。由圖4可以看出，能量沉積效率總體上呈現(xiàn)隨著入射X射線(xiàn)能量增大而減小的趨勢(shì)，在2.586 keV、13.04 keV以及88 keV處能量沉積效率突然增大，與圖2衰減系數(shù)中吸收限位置相吻合，并且3D鈣鈦礦的能量沉積效率總是高于2D鈣鈦礦。特別地，當(dāng)X射線(xiàn)入射能量是20 keV時(shí)，1 mm厚度鈣鈦礦QDs/聚苯乙烯閃爍體的能量沉積效率高于96%，有助于在乳腺成像中實(shí)現(xiàn)外部環(huán)境的低劑量輻射。

圖4 能量沉積效率與入射能量的關(guān)系Fig.4 The relationship between incident energy and energy deposition efficiency.

然后，利用Geant4模擬分析了20 keV單能X射線(xiàn)入射時(shí)閃爍體結(jié)構(gòu)參數(shù)（鈣鈦礦QDs占比、厚度）對(duì)能量沉積效率的影響。如圖5所示，能量沉積效率隨著鈣鈦礦QDs占比和厚度增加而增加，并且3D鈣鈦礦的能量沉積效率總是高于2D鈣鈦礦，歸結(jié)于2D鈣鈦礦中加入的大尺寸有機(jī)胺降低了材料密度。當(dāng)80%占比的量子點(diǎn)/聚合物具有1 mm厚度時(shí)，能量沉積效率已接近100%，并且在0.2~1 mm厚度范圍內(nèi)具有超過(guò)60%的能量沉積效率。在1 mm厚度范圍內(nèi)鈣鈦礦QDs占比對(duì)能量沉積效率的影響大于厚度對(duì)能量沉積效率的影響，而在厚度超過(guò)5 mm時(shí)，改變鈣鈦礦QDs占比對(duì)能量沉積效率影響很小，因此在薄膜結(jié)構(gòu)［6］鈣鈦礦復(fù)合閃爍體中相比增大厚度，增大鈣鈦礦QDs占比能更有效提升能量沉積效率。

圖5 能量沉積效率與閃爍體結(jié)構(gòu)參數(shù)（鈣鈦礦量子點(diǎn)占比、厚度）的關(guān)系Fig.5 Relationship between energy deposition efficiency and scintillator structure parameters(perovskite quantum dots ratio,thickness)

2.2 空間分辨率的影響因素

在不考慮熒光輸運(yùn)過(guò)程，而是依據(jù)能量沉積分布構(gòu)建點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)計(jì)算空間分辨率的理論下，可以得出閃爍體的厚度是影響X射線(xiàn)成像空間分辨率的關(guān)鍵因素。空間分辨率隨著厚度減小而提高，但是X射線(xiàn)相對(duì)探測(cè)效率隨著厚度減小而降低，在保證足夠能量響應(yīng)的前提下降低厚度提高空間分辨率才有意義；空間分辨率隨著厚度增加而減小，源于次級(jí)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡擴(kuò)大，熒光彌散效應(yīng)加劇。圖6（a）顯示，基于Geant4模擬20 keV X射線(xiàn)入射80%MAPbBr3QDs/聚苯乙烯復(fù)合閃爍體時(shí)的空間分辨率與厚度的關(guān)系，可以看出，當(dāng)厚度從0.1 mm增大到0.5 mm時(shí)空間分辨率隨著厚度增大而下降，而從0.5 mm起增大厚度空間分辨率保持不變，原因是在0.5 mm時(shí)80%MAPbBr3的能量沉積效率已經(jīng)超過(guò)95%，厚度增大對(duì)能量沉積分布和能量沉積效率不會(huì)產(chǎn)生大的影響，因此空間分辨率保持不變；為進(jìn)一步確定這種結(jié)論的可靠性，利用相同方法分析了80% MAPbBr3、80% PEA2PbBr4、MAPbBr3單 晶、PEA2PbBr4單晶、CsI、Gd2O2S等6種閃爍體在20 keV X射線(xiàn)入射時(shí)的MTF=0.2對(duì)應(yīng)的空間分辨率隨厚度變化的關(guān)系如圖6（b）所示。可以看出，隨著厚度增大閃爍體的空間分辨率均呈現(xiàn)出先減小后不變的趨勢(shì)，各曲線(xiàn)的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)均在閃爍體的能量沉積效率達(dá)到99.5%對(duì)應(yīng)的厚度附近，圖6（a）和圖6（b）均表明，從能量沉積分布計(jì)算MTF時(shí)，厚度增大到一定程度后不再對(duì)空間分辨率產(chǎn)生影響，這是因?yàn)榘凑漳芰砍练e分布構(gòu)建點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)時(shí)，次級(jí)電子在閃爍體中運(yùn)動(dòng)一定的距離后，由于能量完全損耗會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，因此當(dāng)厚度增加到一定程度時(shí)次級(jí)電子能量已經(jīng)減小為0，再增加厚度能量沉積效率和能量沉積分布也不會(huì)改變，相應(yīng)的空間分辨率不會(huì)改變。圖6（c）為實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的20 keV X射線(xiàn)入射不同厚度的80% MAPbBr3QDs/聚苯乙烯復(fù)合閃爍體的MTF曲線(xiàn)，可以看出，圖6（c）與圖6（a）在一定厚度范圍內(nèi)呈現(xiàn)的趨勢(shì)一致，實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)熒光輸運(yùn)過(guò)程使得圖6（c）中閃爍體厚度超過(guò)0.5 mm時(shí)空間分辨率仍然隨著厚度增大而降低。實(shí)驗(yàn)使用刃邊法獲得邊緣擴(kuò)散函數(shù)（Edge-Spread Function，ESF）對(duì)其微分得到線(xiàn)擴(kuò)散函數(shù)（Line-Spread Function，LSF），最后做一維傅里葉變換求取模值得到MTF，即實(shí)驗(yàn)與模擬計(jì)算空間分辨率方式不一致、射線(xiàn)源與理想點(diǎn)源的差異、樣品的均勻性等因素導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)和模擬在不同厚度下的變化率不同。Geant4模擬計(jì)算的20 keV X射線(xiàn)入射0.1 mm不同MAPbBr3QDs占比的閃爍體的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線(xiàn)如圖6（d）所示，它表明復(fù)合鈣鈦礦閃爍體空間分辨率隨著鈣鈦礦QDs占比增大而增大。

圖6 80%MAPbBr3閃爍體空間分辨率與厚度的關(guān)系(a)，各閃爍體的MTF=0.2對(duì)應(yīng)空間分辨率與厚度的關(guān)系(b)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試80%MAPbBr3閃爍體空間分辨率與厚度的關(guān)系(c)，0.1 mm的MAPbBr3閃爍體空間分辨率與鈣鈦礦QDs占比的關(guān)系(d)Fig.6 The relationship between the spatial resolution and thickness of 80%MAPbBr3 scintillator(a),the relationship between the spatial resolution and thickness corresponding to the MTF=0.2 of each scintillator(b),the relationship between the spatial resolution and thickness of 80%MAPbBr3 scintillator measured experimentally(c),and the relationship between the spatial resolution of 0.1 mm MAPbBr3 scintillator and the proportion of perovskite QDs(d)

根據(jù)馬繼明等人提出的閃爍體PSF尺寸與電子射程、出射角度的關(guān)系如下所示［26］：

式中：R表示PSF的尺寸；R越小閃爍體對(duì)射線(xiàn)源成像的結(jié)果越清晰，表明該閃爍體的空間分辨率越高；L表示次級(jí)電子平均射程，當(dāng)入射光子能量增加時(shí)，次級(jí)電子能量增加使得L增大；φ表示次級(jí)電子平均出射角度；α表示電子多次散射偏轉(zhuǎn)角投影，其中α與次級(jí)電子的輻射長(zhǎng)度成反比。謝紅衛(wèi)等人提出20 keV X射線(xiàn)入射閃爍體時(shí)產(chǎn)生的次級(jí)電子角度主要分布在（40°，120°）之間［28］，入射光子能量越大次級(jí)電子的前沖效果更加明顯，次級(jí)電子出射方向與入射方向夾角越小，因此（φ+α）隨入射能量增加而減??；并且隨著次級(jí)電子能量增大出射電子增多，相對(duì)探測(cè)效率降低。低能時(shí)次級(jí)電子射程較短完全沉積在閃爍體中沒(méi)有出射，而次級(jí)電子的平均射程與材料的等效原子序數(shù)成反比，因此LHigh，ZαLow，Z。對(duì)于不同MAPbBr3QDs占比的鈣鈦礦閃爍體，QDs占比越大，鈣鈦礦復(fù)合閃爍體中Pb基成分越多其等效原子序數(shù)Z越高，QDs占比增大導(dǎo)致L的減小超過(guò)了α的增幅，因此隨著QDs占比增大，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的半徑R減小，熒光彌散效應(yīng)減弱使得空間分辨率增大。

為了更加客觀(guān)地評(píng)價(jià)鈣鈦礦量子點(diǎn)/聚苯乙烯閃爍體的X射線(xiàn)成像性能，本文模擬了20 keV和50 keV X射線(xiàn)入射下鈣鈦礦與商用閃爍體的成像空間分辨率，特別地，以吸收效率達(dá)到99.5%來(lái)確定閃爍體厚度。圖7（a）顯示20 keV激發(fā)下GOS具有最大的吸收效率，獲得最薄的厚度0.2 mm，導(dǎo)致了最高 的 空 間 分 辨 率17 lp·mm?1。2D鈣 鈦 礦 單 晶PEA2PbBr4獲得與CsI相同的10 lp·mm?1的空間分辨率，相比而言，3D鈣鈦礦單晶MAPbBr3具有更薄的厚度0.35 mm，其空間分辨率為12 lp·mm?1高于CsI。當(dāng)鈣鈦礦占比是80%時(shí)，實(shí)現(xiàn)高的吸收效率需要更大的厚度，導(dǎo)致3D和2D鈣鈦礦復(fù)合閃爍體的空間分辨率分別下降到10 lp·mm?1和7 lp·mm?1?？傊槍?duì)20 keV乳腺X射線(xiàn)成像應(yīng)用，80%MAPbBr3/聚苯乙烯閃爍體具有接近商用CsI閃爍體的空間分辨率，而MAPbBr3單晶的空間分辨率則表現(xiàn)出鈣鈦礦體系材料相比CsI具有一定優(yōu)勢(shì)。圖7（b）表示當(dāng)入射能量增大到50 keV時(shí)，CsI的空間分辨率為8 lp·mm?1，而鈣鈦礦閃爍體的空間分辨率均降低到4 lp·mm?1以下，表明在一定范圍內(nèi)增加X(jué)射線(xiàn)能量，閃爍體的成像分辨率降低。原因是當(dāng)入射能量由20 keV增大到50 keV時(shí)吸收效率達(dá)到99.5%所需的閃爍體厚度增大，雖然sin(φ+α)減小，但是次級(jí)電子的平均射程L隨入射能量的增大超過(guò)出射角度的減小，最終使得彌散半徑R增大，導(dǎo)致圖7（b）中整體MTF曲線(xiàn)左移，空間分辨率減小。

圖7 20 keV(a)與50 keV(b)X射線(xiàn)入射下不同厚度的幾種閃爍體的空間分辨率Fig.7 Spatial resolution of scintillators with different thickness at 20 keV(a)and 50 keV(b)X-ray incidence

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于Geant4對(duì)鈣鈦礦復(fù)合閃爍體的X射線(xiàn)成像性能進(jìn)行模擬研究。首先利用Geant4模擬和公式計(jì)算兩種方法計(jì)算了鈣鈦礦閃爍體的相對(duì)探測(cè)效率，并分析了入射能量、厚度和鈣鈦礦量子點(diǎn)占比對(duì)鈣鈦礦復(fù)合閃爍體相對(duì)探測(cè)效率的影響；其次設(shè)置柵元結(jié)構(gòu)獲得點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)計(jì)算空間分辨率，并利用次級(jí)電子的運(yùn)動(dòng)解釋了相應(yīng)結(jié)果。結(jié)果表明：0~120 keV內(nèi)鈣鈦礦復(fù)合閃爍體與X射線(xiàn)的作用截面介于有機(jī)閃爍體與無(wú)機(jī)閃爍體之間；當(dāng)吸收效率達(dá)到99.5%時(shí)計(jì)算空間分辨率，20 keV下80%MAPbBr3QDs/聚苯乙烯閃爍體空間分辨率可以與商用CsI閃爍體相媲美；在一定厚度范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得了與模擬結(jié)果相同的規(guī)律；增加X(jué)射線(xiàn)能量到50 keV時(shí)空間分辨率下降；相比于厚度，增加鈣鈦礦占比是提升相對(duì)探測(cè)效率與空間分辨率的有效手段。本文按照能量沉積的空間分布來(lái)模擬空間分辨率，沒(méi)有考慮可見(jiàn)光在材料中的吸收、散射、折射進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熒光輸出這一部分。未來(lái)工作中將增加可見(jiàn)光輸出部分，獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果，為鈣鈦礦復(fù)合閃爍體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能測(cè)試提供參考。

作者貢獻(xiàn)聲明張育育：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)模擬處理、論文的撰寫(xiě)和最終版本的修訂；楊智：負(fù)責(zé)鈣鈦礦材料特性的分析、文章思路的提出及文章修改；盛亮、宋巖：負(fù)責(zé)文章思路的指導(dǎo)；段寶軍：負(fù)責(zé)輻射物理方向的思路把握和文章整體結(jié)構(gòu)的調(diào)整；嚴(yán)維鵬：負(fù)責(zé)模擬軟件和數(shù)據(jù)處理的指導(dǎo)；汪敏強(qiáng)：負(fù)責(zé)論文的修改和資金的獲取。