[发明专利]辐射检测组件、辐射检测器以及用于辐射检测的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年1月14日递交的美国临时专利申请No.61/010,929的优先权，该申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于辐射检测的装置和方法。更具体地，本公开描述可用于辐射检测的半导体类型的复合材料以及该材料的使用方法。

背景技术

本领域技术人员应当清楚，电离辐射以多种方式对物质产生影响。在电离辐射对物质产生影响的不同方式中，有三点特别值得注意：(1)康普顿散射；(2)光电吸收，以及(3)偶产生。对于康普顿散射，电离辐射转换成带电粒子和中性粒子。例如，撞击伽马光子可转换成电子和低能伽马光子。对于光电吸收，高能伽马光子可转换成一个或者多个带电粒子。例如，伽马光子可被吸收，从而释出一个或者多个电子。对于偶产生，高能伽马光子可转换成电子-正电子偶。

本领域技术人员还应当理解，由初始辐射吸收所产生的伽马射线或者x射线被称为二次辐射。然后，二次辐射可以对物质产生影响并经历相同的三个过程(即，康普顿散射、光电吸收或者偶产生)之一。可替选地，二次辐射可以从检测器材料发出而不产生任何进一步的影响。

由初始或者二次辐射吸收事件所产生的带电粒子(例如，电子、正电子等)在通过电离或激励物质内的原子和分子而穿过该物质时损失它们的能量。电离产物可以具有足够的能量，足以进一步电离和/或激励物质。辐射相互作用的过程继续，直至所有粒子被热能化，使得粒子不再具有足以产生更多电离和/或激励效果的能量。类似的电离过程发生在通过不带电粒子形式的辐射(例如中子辐照)而在物质中产生能量沉积的时候。

辐射检测器可被分为闪烁器或者直接检测型设备。

一般而言，闪烁辐射检测器不会被施加电压。因为没有施加至闪烁材料的电场，所以通过入射辐射在闪烁器中产生的负带电粒子和正带电粒子由于它们之间相互吸引的电力而重新结合。该重新结合伴随有时间相关的衰变图形。通常，重新结合形成被激励的原子或者分子，该原子或者分子也衰变。在闪烁器中，重新结合和/或激励衰变导致发射一般在电磁波频谱的可见部分中的光子。若闪烁器对于由于辐射吸收而发射的光是透明的，则从闪烁器出来的发射光可被检测到。例如，闪烁器可以附着到光电倍增管，该光电倍增管将发射光转换成电信号。发射光可提供与入射电离辐射有关的信息(例如，通量、计时、能量)。

直接检测型设备通过收集由入射辐射所产生的电离产物(例如电荷载体)操作。当电场施加至直接检测型固态设备时，正带电载体和负带电载体(即，电子和空穴)发生漂移。这些电荷的运动可以转换成电信号。通过直接收集一些或者所有带电粒子可以测量该电信号。可替选地，电信号可以测量附着到直接检测型设备的(或者是直接检测型设备的一部分的)电极处的一些或者所有的感生电荷。

不管设备是闪烁检测器还是直接检测型设备，从辐射检测器收集的信号均与入射辐射的能量有关。对于闪烁器，通过整合由将闪烁器光转换成电信号的光电倍增器输送的电流可测量总电荷。对于直接检测型设备，可以在附着到该设备的(或者是该设备的一部分的)电极处直接收集电荷。

精确地表征与入射辐射相关的能量的能力在许多辐射检测应用中是有用的。例如，在医学成像中，通过降低人体内产生的辐射散射影响，精确的能量表征可以用于提高图像质量。因为放射性核素产生具有特定能量(例如，由锝-99m发射的140keV)的伽马射线，具有与此能量不同的能量的伽马射线可被认为是体内散射事件的结果。能量测量的精度被定量地表达成能量分辨率，能量分辨率通常被定义为测得的标准放射性同位素的能量峰值(例如铯-137的峰值661keV)的宽度与在该峰值处测得的平均能量的比值。一般而言，可用直接检测型设备获得的能量分辨率比用闪烁器获得的能量分辨率高。

对于闪烁设备和直接检测型设备两者，辐射检测的效率为构成闪烁器和直接检测型固态设备的材料的平均原子数(Z)的函数。即使利用Z较低的材料(例如，塑料、硅)，检测低能伽马(例如，具有低于200keV的光子能量)也是高效。利用Z小的材料有效检测高能伽马(例如，具有高于300keV的能量)需要大尺寸的检测器，这对于尺寸敏感的应用而言是不利的特性。Z大的材料具有尺寸紧凑的优点，但是Z大的材料的电特性对于闪烁器而言通常是不理想的。作为一个示例，铅玻璃(闪烁器)具有非常小的光输出，这妨碍了光电倍增器将铅玻璃发出的光转换成电信号的能力。