[发明专利]一种复合式高能射线探测和定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合式高能射线探测和定位的方法，属于辐射探测成像技术领 域。

背景技术

高能射线探测技术通常采用一种能够有效阻挡辐射射线并吸收其能量而发光的闪 烁晶体作为探测材料，再用高增益的光电倍增器件对此微弱的光信号进行光电转换和 放大后产生电脉冲信号，通过采集这些脉冲信号来获得高能射线的能量、时间及空间 位置等信息，这类固体探测器通称为闪烁探测器。

当高能射线入射到闪烁晶体内部，根据其能量的大小，通常会产生不同比例的光 电效应、康普顿散射效应及电子对效应，射线自身的能量最终被闪烁晶体全部吸收， 同时释放出极其微弱的闪烁光。对于在可见光区或紫外光区的闪烁光经光电转换后， 利用高灵敏度的信号放大器件(如光电倍增管)进行探测而获得高能射线的全部信 息，比如光电倍增管输出的脉冲信号强度反映了高能射线的能量；脉冲信号发生的时 间反映了高能射线的入射时间；脉冲信号在多个光电倍增管中的强度分配反映了高能 射线的入射位置等。传统的闪烁探测器具有探测效率高，信噪比高和响应时间快等特 点，被广泛应用于核医学、物品安全检查、高能物理和宇宙射线探测的研究中，是当 今辐射探测技术领域不可或缺的主要手段。

传统闪烁探测器的结构相对简单，特别在进行探测定位时，通常采用多个相同的 光电倍增管来偶合闪烁晶体阵列进行高能射线入射位置的定位判断，光电倍增管相互 之间的空隙存在有较大面积的探测盲区，从而整个探测器成像的探测效率不均匀而且 其空间分辨率相对较低，因此如何提高探测效率，成像均匀性及空间分辨率是辐射探 测成像技术的研究重点。

图1是传统闪烁探测器的基本结构，通常此类探测器的基本结构是由一个闪烁晶 体阵列模块偶合到四个相同尺寸和相同形状的光电倍增管(PMT)组成。图2是此传统 闪烁探测器的俯视结构图，图中可见闪烁晶体阵列模块覆盖在四个光电倍增管的探测 窗口表面。闪烁晶体阵列通常由细长条型闪烁晶体材料和反光膜粘接而成。在闪烁晶 体阵列模块与光电倍增管玻璃窗口之间，可以直接通过高透明度光学胶粘合或是安置 光导材料(包括有机塑料、玻璃、光纤等)介于闪烁晶体与光电倍增管之间的间接偶 合。

当高能射线入射到闪烁晶体阵列中，每个高能射线会激发其入射位置的单根闪烁单 晶体，通过光电效应或康普顿散射效应使单根晶体内发出闪烁光，根据不同的闪烁晶体 材料特性，对应的闪烁光子数目通常在10³-10⁴量级，波长一般在200nm-600nm之间 (紫外线或可见光范围)。由于单根晶体表面反光材料的反射作用，闪烁光将被束缚于 此单晶体内并多次反射并依次从晶体前端向后端的光电倍增管传播。遇到无反光材料 的晶体表面，闪烁光透射进入其相邻的闪烁晶体单元中并继续传播，最后通过光电倍增 管的入射玻璃端口收集并产生脉冲信号，因此脉冲信号在各个光电倍增管的强度分配 反映了高能射线的入射位置，其脉冲信号的强度总和正比于高能射线的入射能量，脉 冲信号的产生时间相关于入射射线的发生时间，而此探测器的空间定位精度的高低由 单根闪烁晶体的截面尺寸决定。

对于传统闪烁探测器而言，四个光电倍增管对同一入射高能射线激发产生的不同 强度的脉冲输出信号的比值可用来估算入射射线在闪烁晶体阵列内的作用位置，通常 这种定位计算方法称为Anger逻辑定位法。如果四个光电倍增管产生的电压信号强度 分别为V_A、V_B、V_C、V_D，则高能射线的空间位置X，Y和能量E分别为：

X=VB+VDVA+VB+VC+VD.]]>