[發明專利]高能射線疊層式晶體模塊探測器

無效

• 申請號: 201010128898.2
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101806912A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 劉亞強;王石;魏清陽;馬天予;吳朝霞
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明涉及一種高能射線疊層式晶體模塊探測器的設計方法，屬于輻射探測成像技術領域。

背景技術

高能射線探測技術常用探測器之一為閃爍體探測器。它通常利用一種能夠有效阻擋和吸收電磁波輻射并與之產生發光作用的閃爍晶體作為探測材料。當高能射線入射到閃爍晶體內，根據射線能量、閃爍晶體有效原子系數和密度的不同，與閃爍晶體發生不同比例的光電效應、康普頓散射及電子對效應，將能量沉積在閃爍晶體中，被激發的閃爍晶體退激發出大量微弱的閃爍光，退激服從指數衰減規律，不同材料的閃爍晶體具有不同的發光光譜(包括不同的發光衰減時間，不同的峰位值等)。利用微光探測器，如光電倍增管(PMT)、硅光電倍增管(SiPM)、雪崩二極管(APD)等，將位于可見光區或紫外光區的閃爍光經過光電轉換和倍增，形成脈沖信號。脈沖信號強度反映了高能射線的能量；脈沖信號發生的時間反映了高能射線的入射時間；脈沖信號在多個微光探測器中的強度分配反映了高能射線的入射位置等。閃爍探測器具有探測效率高，分辨時間短等特點，被廣泛應用于核醫學、安全檢查、高能物理和宇宙射線探測的研究中，是當今輻射探測技術領域不可或缺的主要手段。

傳統閃爍探測器在進行成像探測時，通常用同一種材料的長條型閃爍晶體組成的閃爍晶體陣列來耦合微光探測器陣列的方法進行高能射線的定位分析。當高能射線入射到晶體模塊上和長條型晶體單元發生作用，將能量沉積在長條型晶體單元中，長條型晶體單元退激發出大量低能光子(可見光或紫外光)，低能光子在長條型晶體單元中傳播，經過多次反射最終被微光探測器探測到或逃逸。當低能光子遇到沒有反射膜的表面將透射到其它長條型晶體單元中，從而可能被其它微光光探測器探測到。最終所有微光探測器將得到不同強度的脈沖信號，脈沖信號的強度反映探測到低能光子的數量。通過探測到的所有脈沖信號之和可以反映入射高能射線的能量，通過低能光子在各個微光探測器上的分布可以得到高能射線的入射位置。因此傳統探測器通常采用Anger重心法定位。以光電倍增管方形陣列為例，如圖1a、1b，四個光電倍增管輸出信號為S_A、S_B、S_C、S_D，則高能射線的空間位置坐標X、Y和能量E分別由以下公式確定：

E=SA+SB+SC+SDX=SB+SDEY=SA+SBE]]>

如果用泛源照射到探測器上，采集足夠數量的高能射線粒子，根據上述重心法計算每一個高能射線粒子的位置，并繪于二維直方圖中，得到如圖2的泛場直方圖或稱二維位形圖。從高能射線粒子與晶體發生作用到被微光探測器探測產生電脈沖信號的過程的隨機性，導致輸出信號的不確定性，入射到同一塊長條型晶體單元的若干個高能射線粒子會輸出不同的X、Y信號，反映在泛場直方圖中就是每一個晶體快呈現一個白色團塊。根據泛場直方圖上的白色團塊的分布情況，確定它們的分界線，并記錄在查找表中。數據采集時可以根據每個入射事件產生的X、Y信號和查找表，判斷該入射粒子進入了哪一個長條型晶體單元，從而得到相應的晶體塊在探測器模塊中的位置編碼。另一種方法是利用泛場直方圖使用最大似然估計方法，從粒子入射的X、Y值判斷它發生在哪個長條型晶體單元中。