[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

本發明涉及一種基于閃爍體的粒子位置探測裝置、系統及方法，屬于粒子探測技術領域，解決光電轉換器件及電子學通道數量過多問題；裝置包括閃爍體模塊、光纖、光電轉換模塊和電子學模塊，閃爍體模塊包括多個閃爍體，每個閃爍體具有用于標記所布置的區域位置的N位二進制編碼；光纖將閃爍體的一個端面與光電轉換模塊連接；光電轉換模塊包括N個對位置進行編號的光電轉換器件，當某個閃爍體產生光信號時光電轉換模塊輸出與閃爍體的二進制編碼對應的N個通道的電信號；電子學模塊采集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。本發明減少了光電轉換器件和電子學通道數量，大幅壓縮實驗成本。

本研究得到國家自然科學基金(項目批準號：11605220)資助。

技術領域

本發明涉及粒子探測技術領域，尤其是一種基于閃爍體的粒子位置探測裝置、系統及方法。

背景技術

目前，廣泛應用于高能粒子探測、核醫學、天體物理中的閃爍探測器，探測器模塊通常由閃爍體和配套的光電轉換器件及電子學通道組成，對于探測面積大、粒子計數率低的場合，需要的閃爍體數量大，與之配套的光電轉換器件及電子學通道需求也就越多，而由于粒子計數率低使得在一個探測時間點，只有一個閃爍體和與之配套的光電轉換器件及電子學通道工作，造成大量的光電轉換器件及電子學通道閑置，浪費了資源，提高了測試系統成本。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種基于閃爍體的粒子位置探測裝置、系統及方法，在探測面積大、粒子計數率低的場合，減少光電轉換器件及電子學通道數量，降低了測試系統成本。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

本發明公開了一種基于閃爍體的粒子位置探測裝置，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。

進一步地，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，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，根據每個閃爍體二進制編碼中的“1”或“0”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”或“0”的位置，將引出的光纖同對應位置的光電轉換器件連接。

進一步地，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。