[实用新型]探测器组件和射线探测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及辐射成像领域，特别是一种探测器组件和射线探测器。

背景技术

在辐射成像安检系统中一般采用线扫描成像方式，阵列探测器将透过被检测物体的X射线或γ射线信号转换为电信号。X射线与物质发生作用，穿过被照物衰减后被探测器接收转换成电信号并形成图像。传统单能X射线透视成像给出被照物在一个透视方向上的累积密度信息形成的图像，不能给出物质密度或物质成分等其他信息。具有能谱分布的X射线穿透被检物体后，能谱会发生变化，其变化与被检物体的材料的原子序数Z有关。在低能区域，光电效应占优，且与Z强相关；中低能区域康普顿散射占优，且与Z弱相关；两个能量下衰减系数的比值随Z单调变化，可以根据该比值来实现物质识别。

在大型物体辐射成像系统中，由于被检物体积较大，例如大型集装箱检测需要穿透较厚的钢板，目前一般采用双能加速器辐射源配合单能探测器或单能加速器配合双能探测器的双能成像物质识别技术方案。

采用双能加速器辐射源的方式对于探测器的要求较低，但是对于加速器辐射源的技术要求很高，需要加速器能够间隔产生高、低能两种脉冲射线，只需使用一种兼容两种能量X射线探测的探测器接收不同时间的间隔的光子信号分别作为高能和低能的数据即可，该方案的缺点是双能加速器相对于单能加速器的技术难度大、成本较高。

另一种方式是采用双能探测器实现高低能光子的分别探测。传统的双能探测器可以用于单能加速器的成像系统，一般的单能加速器辐射源产生的是一个连续谱，可以采用两个不同的探测器分别探测射线中的高低能两种射线成分即可获得两种能量的数据。双能探测器一般是由高低能两个探测器叠加组成，其中低能探测器是由一较薄的闪烁体和一个光电二极管组成，高能探测器是由一块较厚的闪烁体和另一个光电二极管组成。低能探测器布置在靠近被检物的一侧，主要吸收X射线能谱中的低能光子，高能探测器布置在低能探测器的后边，主要吸收射线能谱中的高能光子。一般在低能探测器和高能探测器之间还配置一个滤波片来进一步吸收X射线中未被低能探测器吸收的多余低能射线，从而使得双能探测器的高低能信号更接近X射线能谱中的高低能能谱比例。

双能物质识别技术在不同能量的射线下的有很大差距。对于低能双能的情况，如果被检物是单一物质，且双能X射线都为单一能量，根据透视结果可以得到两个能量下物质的衰减系数比，不同物质有不同的比值。物质在这两个能量下的质量衰减系数与Z⁴成正比，从而实现物质的分离。这些双能物质识别技术的低能X射线的典型能量范围是0.5MeV以下，低能X射线只能穿透几厘米的钢，不可能用来检测大型集装箱和交通工具，这方面的应用必须利用高能X射线(达到6MeV～9MeV，或者更高)来提供高质量辐射成像。

如果高能双能X射线DR(DigitalRadiography，直接数字平板X线成像系统)成像所用的X射线也是单一能量的，由于高能处质量衰减系数也有随Z值单调变化的规律，所以可以采取类似低能双能单一能量的方法实现物质的识别。但是在高能区质量衰减系数与Z值成正比，物质识别能力不如在低能区，相同的物质原子序数下，高能区比低能区的等效质量衰减系数差更小，区分不同材料的能力更弱。另外几兆电子伏特的X射线通常由加速器产生，这样的X射线能谱是连续的，且大部分光子集中在低能区，如图1中蒙特卡罗模拟的结果所示。如高能X射线的最高能量达到9MeV时，其平均能量最大不超过2MeV，大部分光子集中在4MeV以下。已知在1～4MeV康普顿效应占优，不同Z值的物质的质量衰减系数基本相同，因此高能量范围内，双能量X射线探测物质识别技术的实际效果仍不理想，即当被检物由两种或多种材料构成时，用高低能透视度对比来识别物质的方法失效。但实际上，尽管高能X射线的能谱很宽且高能区所占比例较少，高能电子对效应仍能提供一定的物质识别信息。

传统的双能探测器的结构，探测器由背靠背的两组探测器构成，其在X射线入射方向包含第一闪烁体阵列、第一光电二极管阵列，第一滤波片阵列，PCB板(PrintedCircuitBoard，印制电路板)，第二滤波阵列、第二光电二极管阵列、第二闪烁体阵列，这种结构存在高低能两个部分装配精度不易控制等问题。现有技术中另外一种改进了的双能X射线探测器由第一光电探测器件、闪烁体和第二光电探测器件组成，闪烁体可以由单一闪烁体材料整体构成或者由2个或两个以上的子闪烁体拼接或粘接而成。这样的结构在一定程度上解决了上述的问题，但作为双能探测器，其与传统双能探测器共存缺点仍无法避免，即由于闪烁体的厚度在制造时已经确定，因此探测器的探测能量范围已然确定，其适用性不广。