[发明专利]基于飞行时间法的快中子成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及快中子成像技术，具体涉及一种基于飞行时间法的快中子成像方法及系统装置。

背景技术

快中子成像技术作为一种重要的无损检测技术，是x射线成像和热中子成像的重要补充手段，是当前射线成像技术研究热门。国外研究的重点集中在提高中子源强，发展新的成像技术等方面。美国劳伦斯利沃莫尔实验室采用RFQ加速器，无窗气体靶，DD中子产额达到10¹²n/s，对面密度超过100g/cm²的大物件位置分辨率达到毫米量级。阿贡实验室快中子成像系统可分辨1.25厘米厚合金体内部直径约0.8毫米的含水缺陷。快中子成像方法呈现多样化，不仅有透射衰减法，还发展了散射法，快中子共振成像法等，如德国PTB快中子成像设备利用⁹Be(d,n)反应中子源和“共振”法，选取不同能量中子对样品成像，可以分辨样品中多种核素的密度分布信息。还有多种射线同时成像方法，快中子成像和γ/x成像同时进行，再经过图像重建得到清晰的三维照片，弥补了一种射线造成的疏漏。澳大利亚CSIRO开发了用于海关安检的快中子-γ成像系统的样机。

快中子成像技术虽然能够应用于安检、国防、工业等方面，但一直以来它得不到太广泛的普及，甚至没有工业标准。这主要有两方面问题：缺少强流中子源；缺少兼顾空间分辨率、探测效率和高信噪比的测量手段。现有快中子成像研究报告表明一般用闪烁体转换屏时最好的位置分辨率能达到毫米量级左右，但此时探测效率一般小于3%，成像原理限制了探测器厚度，加厚探测器会使位置分辨率降低；如果固有位置分辨达到10～100微米量级（基于MICROMEGAS/GEM技术），探测效率就更低，一般低于千分之一。同时对于厚样品测量，散射中子和本底成分占大多数，传统成像方法虽有触及，远谈不上解决。总之目前快中子成像技术缺少一种好的测量手段。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种基于飞行时间法的快中子成像方法及系统，提出采用塑闪探测器阵列配合飞行时间法的方式解决现有条件下空间分辨率低、探测效率低和信噪比低的成像问题。

本发明的技术方案如下：一种基于飞行时间法的快中子成像技术，采用多块闪烁体单元组成闪烁体阵列，使闪烁体阵列与位置灵敏光电倍增管进行耦合，将耦合后的整个探测器设置在距离中子源较远位置，将样品设置在距离中子源较近位置，在准直器的外面；利用中子飞行时间方法进行测量，得到每个闪烁体单元探测器的飞行时间谱，对每个像元的能谱作卡阈处理，即通过选取时间窗剔除干扰因素得到每个闪烁体单元探测器上的只是源中子起作用的有效计数，将各闪烁体单元探测器上的有效计数按阵列排列后得到二维图像。

基于飞行时间法的快中子成像系统，包括置于屏蔽墙内的中子源，屏蔽墙上设有准直孔道，在正对所述准直孔道出口较近位置设有样品，在正对所述准直孔道出口较远位置设有闪烁体探测器，其中，所述的闪烁体探测器包括由多块闪烁体单元组成闪烁体阵列，闪烁体阵列与位置灵敏光电倍增管耦合，每个闪烁体单元的阳极信号输出端与数据采集和处理系统相连接。

进一步，如上所述的基于飞行时间法的快中子成像系统，其中所述的闪烁体单元为3mm×3mm×100mm的立方体，一个3mm×3mm的面与位置灵敏光电倍增管耦合，其余5个面用铝涂层覆盖或喷铝膜。

进一步，如上所述的基于飞行时间法的快中子成像系统，其中，使用小尺寸位置灵敏光电倍增管或者二极管作为位置灵敏探测器组成阵列。

进一步，如上所述的基于飞行时间法的快中子成像系统，其中，所述的样品靶面切线方向同准直器中轴线方向平行的方式设置。

进一步，如上所述的基于飞行时间法的快中子成像系统，其中，探测器输出快信号被数据采集和处理系统转换成飞行时间信号，并通过可以调节的甄别阈剔除干扰信号，然后通过地址编码器确定探测器的位置，从而实现二维成像。

本发明的有益效果如下：本发明的闪烁体探测器采用探测器阵列的设计方式，克服了一整块转换屏探测器固有的不清晰度问题，而且还可以加长探测器的长度，实现了提高探测效率的效果；飞行时间法测量方式可以有效地去除样品散射中子、环境漫散射本底和γ本底，提高了信噪比；按照几何相似三角形成比例放大的原理，足够长的飞行距离可以弥补每个像元尺寸大带来的位置分辨不佳的缺点。

附图说明

图1为本发明基于飞行时间法的快中子成像系统原理示意图；

图2为本发明位置分辨率的几何放大原理示意图；

图3为探测器阵列单元的数据采集系统示意图；