[發明專利]一種核探測裝置

有效

• 申請號: 201210383001.X
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102890284A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 秦秀波;趙博震;魏存峰;魏龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T1/00
• 分類號: G01T1/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

技術領域

本發明涉及射線探測技術領域，尤其涉及一種核探測裝置。

背景技術

目前，核探測器是高能物理與核物理研究領域中用于射線探測的關鍵部件，在軍事、工業檢測以及醫學影像等領域都有廣泛的應用。依據功能的不同，核探測器可以分為位置靈敏型、能量分辨型和時間分辨型以及同時具備多種功能的探測器等。其中，閃爍探測器是核探測器中的常用技術，其中的閃爍材料是用于探測和記錄各種射線粒子（包括X射線、γ射線以及中子等）的發光材料，當具有較高能量的帶電或不帶電粒子通過閃爍體時，其能量被吸收，從而引起這些材料的分子或原子激發和電離，當這些受激分子或原子由激發態回到基態時會以光子的形式釋放能量，而發射的光子具有特定的能譜并被稱為閃爍光，通過測量閃爍光的發光光譜就可以分析和記錄各種射線的特性，從而測量其發光位置，閃爍探測器可以用于射線的定位以及成像。

射線的定位是核探測器的關鍵功能之一，由于高能射線通常具有較高的穿透深度，對其吸收系數的要求使得閃爍材料必須具有一定的厚度，而各向同性發射的光子導致系統的橫向分辨率隨著閃爍材料厚度的增加而降低，因而位置分辨型核探測器通常采用結構化的閃爍材料，例如具有微針狀結構的碘化銫薄膜在X射線計算機斷層掃描（CT）系統中得到了廣泛的應用，具有類似結構的ZnO晶體則被用于中子探測。另外，人為創造結構化晶體陣列也是解決位置分辨問題的另一方法，例如在正電子發射斷層掃描（PET）系統中通常將晶體切割成條，在側壁添加隔離層后重新組合成陣列，或將晶體填充在具有固定形狀的模板中，從而降低閃爍光在不同“像素”（陣列單元）之間的串擾。

雖然上述現有技術中的方案可以提高核探測器的位置分辨能力，但上述技術方案也喪失了其沿深度方向的位置信息，同時隨著閃爍材料厚度的增加，光傳輸效率也逐漸降低，影響了核探測器的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種核探測裝置，能夠降低對閃爍材料的要求，直接得到閃爍光在閃爍材料中產生位置的三維信息，能在實現位置分辨的同時具有能量分辨能力，且閃爍光的收集效率也得到了提高，從而提升了核探測裝置的性能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種核探測裝置，所述裝置包括閃爍單元、微光學單元、光電轉換器件，以及圖像采集與數據處理單元，其中：

所述閃爍單元為有機或無機的晶體或薄膜材料，用于將入射射線轉換成閃爍光，轉換后的閃爍光射向所述微光學單元；

所述微光學單元為微透鏡陣列，該微透鏡陣列由多個結構和參數相同的單元透鏡組成，射向所述微光學單元的閃爍光經各個單元透鏡折射聚焦后產生射線照射物體的單元圖像，并被所述光電轉換器件接收；

所述光電轉換器件將接收到的單元圖像轉換成二維數據電信號，并傳遞給所述圖像采集和數據處理單元；

所述圖像采集與數據處理單元采集、存儲和處理由所述光電轉換器件轉換得到的二維數據電信號，并根據所述裝置的光路結構進行數據重建，得到光子在所述閃爍單元中產生的位置。

所述裝置還包括光學組件，所述光學組件設置在所述微光學單元的前端或后端，或所述微光學單元內置于所述光學組件的內部；

所述光學組件由一個或一組透鏡組成，根據產生閃爍光的位置不同將所述閃爍單元吸收入射射線后產生的閃爍光聚焦于所述微光學單元左側或右側的某一點，所述光學組件用于縮小所述閃爍單元的成像尺寸，使之與微光學單元或光電轉換器件的幾何尺寸相匹配。

所述光學組件包括凸透鏡，或根據設計需要使用凹透鏡、反光鏡或分光鏡。

所述微光學單元采用二維平面陣列設計；或采用一維線性陣列設計；或采用立體排列方式設計。

所述立體排列方式包括：球形、半球形或多邊性。

所述閃爍單元所采用的閃爍材料具有高透明性和光傳輸各向同性的特點；

且所述閃爍材料為整塊閃爍體，或由多塊閃爍體進行拼接而成；

所述整塊閃爍材料的形狀被設計成圓柱體、多面體、圓球或薄膜；

拼接而成的閃爍體陣列為平面結構，或為不同形狀的立體結構。

所述入射射線包括X射線、γ射線或中子射線。