[发明专利]一种测量弱伽马脉冲的闪烁探测系统及方法

说明书

本发明提供了一种用于在强伽马脉冲背景下测量弱伽马脉冲的闪烁探测系统及方法，该系统包括、闪烁体、光限幅器、滤光片、光电倍增管、激光光源和数据采集系统。其中，闪烁体、光限幅器、滤光片、光电倍增管依次排列在射线入射的方向上，光电倍增管的信号输出端分出两路信号，一路与数据采集系统的输入端通过信号电缆连接，另一路接入激光光源作为其触发信号。本发明可以实现对强伽马脉冲背景下的弱伽马脉冲的测量，也可以推广应用于脉冲波形后沿的分段测量。

技术领域

本发明属于辐射测量技术领域，尤其涉及一种用于强伽马脉冲背景下准确测量弱伽马脉冲特征的闪烁探测系统及方法。

背景技术

由光电倍增管(PMT)配合闪烁体构成的闪烁探测系统是脉冲辐射场波形测量中应用最广的一类探测系统。其主要组成结构为闪烁体、光收集部分及光电转换器件，它的工作过程是当辐射脉冲进入闪烁体，其中的原子受激产生荧光，利用光收集部件将荧光收集照射到PMT光阴极表面，光子在光阴极上打出光电子，光电子在各倍增极上倍增，被阳极收集输出电流信号，通过测量分析这些电信号的特征对脉冲辐射波形的类别、强度、能量等参数做出诊断。

在空间辐射探测中，伽马暴的探测是一个难点问题。通常的探测方法是：采用塑料闪烁体将伽马射线转换成光信号，再通过光电倍增管将其转化为电信号，电信号被高速ADC采集记录并存储下来。但是，伽马暴往往不是一个时间、数目稳定的单脉冲事件，通常由一连串的伽马脉冲组成，而且每个伽马脉冲之间的强度变化较大，时间间隔较短，甚至达到ns量级。当强伽马脉冲到达时，闪烁体与之相互作用发出的光会使光电倍增管饱和，而饱和后的光电倍增管有μs量级的死时间，无法对之后到达的弱伽马脉冲与闪烁相互作用发出的光进行光电转化，从而无法对弱伽马脉冲进行准确的探测。

脉冲伽马暴辐射场测量实施过程中，要实现对强伽马脉冲背景下的弱伽马脉冲的测量，解决办法可以从两个方面考虑：一方面，在强伽马脉冲到达的时间采用射线屏蔽的手段，使闪烁体不与伽马射线相互作用而发光，然后在弱伽马脉冲到达时移除屏蔽；另一方面，采用一定的光屏蔽手段使强伽马脉冲与闪烁体相互作用而发出的光不能到达光电倍增管，然后在弱伽马脉冲到达时移除屏蔽。考虑到伽马暴的伽马脉冲之间的时间间隔为ns量级，射线屏蔽的方案需要一定厚度的铅砖等伽马射线屏蔽材料，但目前的技术手段很难在ns时间内移除屏蔽，第二种思路中采用的光屏蔽的技术手段需要一种材料在ns量级内控制光的通过与截止，从而使闪烁探测系统能在弱伽马脉冲达到闪烁体时使光能到达光电倍增管，这种能在ns量级内控制光开关的材料是本技术方案中解决强伽马脉冲背景下弱伽马脉冲测量问题的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于在强伽马脉冲背景下准确测量弱伽马脉冲特征的闪烁探测系统及方法，用于解决在强伽马脉冲背景下，光电倍增管因为饱和无法测量之后到达的弱伽马脉冲的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案：提供一种测量弱伽马脉冲的闪烁探测系统，其特殊之处在于：包括依次排列在射线入射方向上的闪烁体，光限幅器，滤光片，光电倍增管，数据采集系统和激光光源，所述光电倍增管的信号输出端分出两路信号，一路与数据采集系统的输入端通过信号电缆连接，另一路接入激光光源。

上述射线是两个脉冲时间间隔为50ns-200ns的伽马脉冲，每个伽马脉冲的时间宽度为几十纳秒到几百纳秒，强度由强到弱，峰值强度最大相差3个量级。

上述闪烁体的衰减时间在ns量级。

上述激光光源的功率能达到光限幅器所采用的非线性光学材料的限幅阈值，激光光源选用的光的波长与闪烁体峰值波长之差大于50nm。

上述光限幅器为损伤阈值与限幅阈值之比大于4个量级的非线性光学材料，上述光限幅器在光限幅状态时对闪烁体发光波长范围的光的透过率为1％到0.1％。

上述滤光片是一种带通滤光片，能透过闪烁体闪烁光波长范围的光，对闪烁体峰值波长的透过率50％以上，而对激光光源对应波长的光的透过率小于0.001％。