[發明專利]一種基于閃爍體編碼的粒子位置探測裝置、系統及方法

有效

• 申請號: 201911182556.6
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110967722B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 吳智;衡月昆;楊曉宇;蔡志巖
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T1/20
• 分類號: G01T1/20
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 李明里

1.一種基于閃爍體編碼的粒子位置探測裝置，其特征在于，包括閃爍體模塊、光纖、第一光電轉換模塊，第一電子學模塊；

所述閃爍體模塊包括在探測區域內單層布置的多個閃爍體，用于當有粒子擊中時產生光信號；每個閃爍體具有單獨的N位二進制編碼，用于標記所布置的區域位置；

所述光纖將所述閃爍體的一個端面與所述第一光電轉換模塊連接，用于將該端面發出的光信號傳輸到所述第一光電轉換模塊；

所述第一光電轉換模塊包括N個對位置進行編號的光電轉換器件，用于對所述光信號進行光電轉換和信號放大；當某個閃爍體產生光信號時，所述第一光電轉換模塊輸出與所述閃爍體的二進制編碼對應的N個通道的電信號；

所述第一電子學模塊，用于采集所述電信號，進行電子學測量，識別粒子擊中的閃爍體的編碼，得到粒子穿過探測區域的位置；

根據每個閃爍體二進制編碼中的“1”的數量，確定從所述閃爍體的一個端面引出光纖的數量；根據“1”的位置，將引出的光纖同對應位置的光電轉換器件連接；

當根據每個閃爍體二進制編碼中的“1”進行閃爍體與光電轉換器件連接時，所述閃爍體的數量不多于2^N-(N+1)個，對應的二進制編碼中不包括只包含一個“1”的編碼和全部為“0”的編碼。

2.根據權利要求1所述的粒子位置探測裝置，其特征在于，所述閃爍體為有機或無機閃爍體，形狀為條狀或塊狀，表面拋光，連接光纖的端面裸露，其余表面外部包裹反射膜；當有粒子穿過閃爍體時，所述閃爍體產生大量熒光，熒光通過所述閃爍體的端面進入光纖，滿足全反射角的熒光以全放射的方式穿過光纖。

3.根據權利要求2所述的粒子位置探測裝置，其特征在于，所述光纖型號與所述熒光的波長范圍匹配，每根光纖的長度相等。

4.根據權利要求1所述的粒子位置探測裝置，其特征在于，所述第一電子學模塊根據采集到的所述電信號的時間和電荷信息判斷各通道中是否包含有效信號；有，則將該通道的輸出值設置為1；無，則將該通道的輸出值設置為0；

通過N個通道輸出值識別得到粒子擊中的閃爍體的編碼。

5.根據權利要求1-4任一所述的粒子位置探測裝置，其特征在于，還包括第二光電轉換模塊，第二電子學模塊；

所述第二光電轉換模塊通過光纖與所述第一光電轉換模塊與所述閃爍體連接的端面的對側端面連接；接收將該端面發出的光信號；

所述第二光電轉換模塊包括與所述第一光電轉換模塊相同的N個對位置進行編號的光電轉換器件，用于對所述光信號進行光電轉換和信號放大；當某個閃爍體產生光信號時，所述第二光電轉換模塊輸出與所述閃爍體的二進制編碼對應的N個通道的電信號；

所述第二電子學模塊與所述第一電子學模塊結構相同，用于采集所述N個通道電信號，進行電子學測量，識別粒子擊中的閃爍體的編碼，得到粒子穿過探測區域的位置；

記錄所述第一、第二電子學模塊對同一粒子進行電子學測量的時間差，根據所述時間差信息確定粒子穿過所述閃爍體的徑向位置，得到所述粒子從探測區域中穿過的二維坐標。

6.一種粒子位置探測系統，其特征在于，在所述探測區域中平行的多層平面布置如權利要求5所述的粒子位置探測裝置；

每個所述粒子位置探測裝置，用于探測粒子進入其布置平面的二維坐標，順序連接粒子穿過每個所述粒子位置探測裝置探測到的二維坐標，構成所述粒子經過所述探測區域的軌跡。

7.一種利用如權利要求6所述的粒子位置探測系統的探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、在探測區域內布置所述粒子位置探測系統；

步驟S2、當單個粒子穿過探測區域，擊中多層布置的所述粒子位置探測裝置中進行二進制編碼的閃爍體，產生光信號；

步驟S3、分別對所述閃爍體通過與其布置方向垂直的相對兩側端面引出的光信號進行光電轉換和信號放大，得到兩組所述閃爍體的二進制編碼對應的電信號；

步驟S4、對所述電信號進行電子學測量，識別粒子擊中的閃爍體的編碼，得到粒子穿過的閃爍體在布置方向的位置坐標；記錄對兩組所述閃爍體的二進制編碼的電子學測量時間差，確定粒子穿過所述閃爍體的徑向位置坐標；即得到所述粒子從探測區域中穿過的二維坐標；

步驟S5、順序連接粒子穿過每個所述粒子位置探測裝置探測到的二維坐標，構成所述粒子經過所述探測區域的軌跡。