[發明專利]一種具有高出光率的鍺酸鉍閃爍晶體輻射探測器

在審

• 申請號: 201911196811.2
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110716225A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 劉娟
• 申請（專利權）人: 劉娟
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202
• 代理公司: 34145 宿州智海知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳燕

本發明涉及一種具有高出光率的閃爍晶體輻射探測器，針對閃爍晶體本身的主要出射波段進行針對性設計膜層的構思，并克服了薄膜研究數據量過大難以分析的困難，得到了合適的反光膜層材料，不僅具有與晶體良好的附著力，并且膜層層數較少易于實現，相應提高了測量效率和測量精度。

技術領域

本發明涉及核輻射或X射線輻射的測量，尤其涉及X射線輻射、γ射線輻射、微粒子輻射或宇宙線輻射的測量，具體來說是輻射強度測量中閃爍體是晶體的閃爍探測器。

背景技術

輻射測量已在許多領域發揮著重要的作用，如核電站熱電廠輻射測量，對測量地點的輻射劑量進行連續測量；工業和民用建筑，建筑裝修，建筑材料生產制造，對各種建筑材料的放射性測量;地質勘探，地質找礦與礦山輻射測量;用于射線安檢通道門，能夠為海關、機場、邊境檢查、重要會議場所的安全檢查提供幫助;醫療中使用的輻射測量和輻射治療（CT，PET，射線刀等）均需要通過測量輻射強度用于診斷和治療，輻射測量已經廣泛應用于放射性監測、工業無損探傷、醫院的治療和診斷、同位素應用、廢料回收等放射性場所，輻射測量一方面監測輻射防止輻射產生危害，另一方面起到診斷和治療的監測和計算作用。

輻射探測是輻射測量最基礎的研究領域，輻射探測器的基本原理是，利用輻射在氣體或者液體或者固體中引起的電離激發效應或者其它物理或化學變化進行輻射探測，探測器的公知類型包括氣體探測器，閃爍探測器和半導體探測器，氣體探測器結構復雜而半導體探測器的探測效率不夠理想，閃爍探測器是目前最常用的探測器，閃爍探測器嚴格意義上分為液體閃爍探測器和固體閃爍探測器，液體閃爍探測器相比與固體閃爍探測器的便攜性要差很多，基本用于實驗室研究，利用閃爍晶體測量輻射的固體探測器是本領域研究最多的探測器類型。

傳統的閃爍晶體輻射測量裝置比較典型的結構如圖1所示，使用閃爍晶體作為探測晶體，面向發射源的面和四周設置反射層，剩下一面為激發光出射面，該面通過光耦合結構與光傳感器(典型的例如光電倍增管)相連接，光傳感器光電倍增管分別與高壓分壓器、以及前置放大器相連；輸入高壓通過高壓分壓器加載在光電倍增管，輸出信號依次經過前置放大器、線性放大器和多道分析器的處理形成最終的輸出信號。這種使用閃爍晶體的探測器因為便于使用并且結構簡單成為應用最廣的探測器，也已經被本領域技術人員研究得較為透徹。

已知的反射層材料通常使用聚四氟乙烯或者硫酸鋇，反射層的設置方式通常為包裹或者填充，這樣的方式雖然簡單，但對于閃爍晶體的保護和反光效果并不理想，無法滿足研制高性能的探測器的要求，能量分辨率及時間分辨率的進一步提升成為難題，在此基礎上有研究人員進一步提出了鍍膜的方式，包括在晶體表面鍍制MgF2/CeO2介質膜/金屬鋁膜的方式，實現了在特定波長處較高的反射率，還設計了采用了Ta2O5/SiO2兩種材料進行高反的設計以及提出了HfO2/TiO2/SiO2三種材料組合的構思，為了達到全反射的效果甚至提出了鍍膜層數為48層之多的方案設計，然而其僅僅是理論上的可行性，實際鍍膜的層數越多帶來的誤差越大，并且達到一定層數以后提升的效果也微不足道。

鍍膜的構思仍然給本領域技術人員打開了新思路，然而鍍膜方案需要克服多種問題，首先要能夠容易在閃爍晶體上鍍制，鍍層要有足夠的牢固度，又要考慮膜層甚至晶體本身不受環境影響，例如需要避免氧化，潮解等問題，無論是材料的選擇還是膜層的設計通過現有設計均無法再進一步明顯提升探測器性能。

目前，如何進一步提高探測器的能量分辨率和時間分辨率是研制高性能探測器的技術瓶頸。

為了打破瓶頸，本申請人的技術團隊經過悉心研究，投入了大量資金，借助高通量試驗儀器，在大量實驗數據中突破性設計了高通量線性實驗方法并由此針對不同的閃爍晶體得了多組可行的鍍膜方案（擬在研究成果上進行多組專利布局），本案涉及其中一種鍍膜方案的探測系統，其它鍍膜方案的探測器系統另案提出申請。