[发明专利]高能射线叠层式晶体模块探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高能射线叠层式晶体模块探测器的设计方法，属于辐射探测成像技术领域。

背景技术

高能射线探测技术常用探测器之一为闪烁体探测器。它通常利用一种能够有效阻挡和吸收电磁波辐射并与之产生发光作用的闪烁晶体作为探测材料。当高能射线入射到闪烁晶体内，根据射线能量、闪烁晶体有效原子系数和密度的不同，与闪烁晶体发生不同比例的光电效应、康普顿散射及电子对效应，将能量沉积在闪烁晶体中，被激发的闪烁晶体退激发出大量微弱的闪烁光，退激服从指数衰减规律，不同材料的闪烁晶体具有不同的发光光谱(包括不同的发光衰减时间，不同的峰位值等)。利用微光探测器，如光电倍增管(PMT)、硅光电倍增管(SiPM)、雪崩二极管(APD)等，将位于可见光区或紫外光区的闪烁光经过光电转换和倍增，形成脉冲信号。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；脉冲信号在多个微光探测器中的强度分配反映了高能射线的入射位置等。闪烁探测器具有探测效率高，分辨时间短等特点，被广泛应用于核医学、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。

传统闪烁探测器在进行成像探测时，通常用同一种材料的长条型闪烁晶体组成的闪烁晶体阵列来耦合微光探测器阵列的方法进行高能射线的定位分析。当高能射线入射到晶体模块上和长条型晶体单元发生作用，将能量沉积在长条型晶体单元中，长条型晶体单元退激发出大量低能光子(可见光或紫外光)，低能光子在长条型晶体单元中传播，经过多次反射最终被微光探测器探测到或逃逸。当低能光子遇到没有反射膜的表面将透射到其它长条型晶体单元中，从而可能被其它微光光探测器探测到。最终所有微光探测器将得到不同强度的脉冲信号，脉冲信号的强度反映探测到低能光子的数量。通过探测到的所有脉冲信号之和可以反映入射高能射线的能量，通过低能光子在各个微光探测器上的分布可以得到高能射线的入射位置。因此传统探测器通常采用Anger重心法定位。以光电倍增管方形阵列为例，如图1a、1b，四个光电倍增管输出信号为S_A、S_B、S_C、S_D，则高能射线的空间位置坐标X、Y和能量E分别由以下公式确定：

E=SA+SB+SC+SDX=SB+SDEY=SA+SBE]]>

如果用泛源照射到探测器上，采集足够数量的高能射线粒子，根据上述重心法计算每一个高能射线粒子的位置，并绘于二维直方图中，得到如图2的泛场直方图或称二维位形图。从高能射线粒子与晶体发生作用到被微光探测器探测产生电脉冲信号的过程的随机性，导致输出信号的不确定性，入射到同一块长条型晶体单元的若干个高能射线粒子会输出不同的X、Y信号，反映在泛场直方图中就是每一个晶体快呈现一个白色团块。根据泛场直方图上的白色团块的分布情况，确定它们的分界线，并记录在查找表中。数据采集时可以根据每个入射事件产生的X、Y信号和查找表，判断该入射粒子进入了哪一个长条型晶体单元，从而得到相应的晶体块在探测器模块中的位置编码。另一种方法是利用泛场直方图使用最大似然估计方法，从粒子入射的X、Y值判断它发生在哪个长条型晶体单元中。