Modern scintillator-based radiation detectors require silicon photomultipliers (SiPMs) with photon detection efficiency higher than 40% at 420 nm, possibly extended to the vacuum ultraviolet (VUV) region, single-photon time resolution (SPTR) < 100 ps, and dark count rate (DCR) < 150 kcps/mm². To enable single-photon time stamping, digital electronics and sensitive microcells need to be integrated in the same CMOS substrate, with a readout frame rate higher than 5 MHz for arrays extending over a total area up to 4 mm × 4 mm. This is challenging due to the increasing doping concentrations at low CMOS scales, deep-level carrier generation in shallow trench isolation fabrication, and power consumption, among others. The advances at 350 and 110 nm CMOS nodes are benchmarked against available SiPMs obtained in CMOS and commercial customized technologies. The concept of digital multithreshold SiPMs with a single microcell readout is finally reported, proposing a possible direction toward fully digital scintillator-based radiation detectors.

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源当前在建的谱仪之一，其衍射探测器90°分区采用⁶LiF/ZnS中子闪烁体探测器作为探测设备。为实现探测器高位置分辨，读出电子学系统采用了一种电容网络复合读出电路和电荷重心法相结合的实现方法，并研制了电子学样机。该样机由电容网络复合读出电路、前置放大板和数字读出板三部分组成，基本功能验证完成后，分别在实验室和中国散裂中子源的20号束线上进行了相关性能参数测试，测试结果显示：电子学的积分非线性≤0.95%，时间分辨约为12 ns；探测器位置分辨为1 mm、探测效率为65%@1.6 ?，均达到了工程设计指标。该样机的成功研制为能量分辨中子成像谱仪未来顺利开展谱仪实验提供了可靠的技术保障。

开展基于塑料闪烁光纤的宇宙线缪子测量研究时，对闪烁光纤输出光脉冲的光子数定量分析，是读出电子学设计的前提。在无单光子源等弱光标定时，对缪子入射事件在光纤中产生光脉冲的光子数进行定量分析是本文的主要目标。首先利用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier Tube，SiPM）固有的非光生载流子特性标定光脉冲的测量值，获得缪子在直径1 mm和2 mm光纤中产生微弱光脉冲包含的光子数；然后结合Geant4软件模拟计算缪子在光纤中理论光子产额，并与实验结果对比验证。结果显示，在直径1 mm和2 mm光纤中光脉冲光子期望值分别为44个和85个，与模拟结果偏差分别为4.55%和10.59%，表明该低光子数测量方法可以在无额外标定设备时，实现对缪子入射光纤产生光子数的准确测量，并可以应用在其他弱光脉冲光子数测量场景中。

中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合（Veto）探测器是CSR-RIBLLII（Cooling Storage Ring - Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou）外靶实验终端（External Target Facility，ETF）开展丰中子测量的关键设备之一，其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而，原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点，可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题，设计了一种新的Veto探测器单元构型，即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤（Wave Length Shifter Fiber，WLS），并使用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究，其关键性能参数反符合效率可大于99.9%，相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案，为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。

北京师范大学新器件实验室（NDL）一直致力于研制结构紧凑、工艺相对简单的外延电阻淬灭型硅光电倍增器(silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistor, EQR SiPM)。近期为了满足硅光电倍增器(silicon photomultiplier, SiPM)在核医学成像方面的需要，NDL通过优化器件设计和制作工艺，成功研制出微单元尺寸为15 μm、有效面积为9 mm²的EQR SiPM。相较以往同类型器件，实现了器件暗计数率(dark count rate, DCR)的进一步降低同时保持了较高的光子探测效率(photon detection efficiency, PDE)，在环境温度为20 ℃、过偏压为7 V时，DCR的典型值为226 kHz/mm²、峰值PDE为46%。另外，为了进一步提升EQR SiPM的动态范围，NDL还研制出微单元尺寸为6 μm、有效面积为9 mm²、微单元数目为244720的EQR SiPM，在环境温度为20 ℃、过偏压为7 V时，DCR的典型值为240 kHz/mm²、峰值PDE为28%，其较大的动态范围特别适合高能宇宙射线的测量、强子量能器等应用。

钚气溶胶测量是进行钚材料相关实验研究的基础。为了确保辐射安全，常需将钚材料密封于密闭容器内以实现对钚气溶胶的包容，商用钚气溶胶监测设备由于难以放入含钚密闭容器而不适用于该应用场景下钚气溶胶浓度的监测。使用ZnS(Ag)闪烁体作为辐射灵敏材料放置于含钚密闭容器内，通过波移光纤将闪烁体信号引出密闭容器，并通过硅光电倍增管实现对闪烁体信号的采集，使用该技术路线建立的钚气溶胶测量系统能够用于密闭容器内钚气溶胶的测量。该测量系统可根据具体需求实现对探测器尺寸、形状的定制，具有功耗低，结构相对简单等优点，实现了密闭容器内钚气溶胶的远程就地测量，具备n/γ混合辐射场下α粒子甄别测量能力。

为了解决激光诱导荧光检测系统存在的光学结构复杂、体积大、成本高以及灵敏度不足等主要问题，研制了一种高灵敏、小型化的荧光光谱仪。该光谱仪以349 nm半导体激光器作为激发光源，采用正交型光路，将4×4窄带滤光片阵列与具有单光子灵敏度的硅光电倍增器（SiPM）阵列耦合，可实现光谱信息的多通道探测，具备结构紧凑、成本较低以及稳定性好等优点。以荧光素钠为测试样品，对光谱仪性能进行了评估。实验结果表明，光谱仪的检测限优于5×10⁻¹¹ mol·L⁻¹，在5×10⁻¹¹ mol·L⁻¹到1×10⁻⁹ mol·L⁻¹的溶液浓度范围内，被测溶液浓度与检测所得荧光强度满足良好的线性关系，线性相关系数为0.998 39。此外，光谱仪还具备良好的重复性，荧光峰值强度的相对标准偏差小于10%。因此，该光谱仪兼具灵敏度高、线性度好、重复性与可靠性强等优点，可以满足现场实时检测的需求。

设计了一种适用于GIS内部局部放电检测的新型SiPM传感系统，具有驱动电压低、体积小、光子转化率高等明显优势。通过局部放电光?电联合检测试验验证了新型SiPM传感系统与光电倍增管（PMT）及高频线圈（HFCT）对局部放电检测结果的一致性，也证明了局部放电相位分析法对SiPM检测结果分析的有效性。在此基础上对SiPM现场安装方式进行了研究和试验，结果表明SiPM传感系统在现场应用中也能取得优异的检测效果，能够为光测法的现场应用提供有效的技术支持。