[发明专利]一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置、系统及方法

权利要求书

1.一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置，其特征在于，包括闪烁体模块、光纤、第一光电转换模块，第一电子学模块；

所述闪烁体模块包括在探测区域内单层布置的多个闪烁体，用于当有粒子击中时产生光信号；每个闪烁体具有单独的N位二进制编码，用于标记所布置的区域位置；

所述光纤将所述闪烁体的一个端面与所述第一光电转换模块连接，用于将该端面发出的光信号传输到所述第一光电转换模块；

所述第一光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第一光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；

所述第一电子学模块，用于采集所述电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置；

根据每个闪烁体二进制编码中的“1”的数量，确定从所述闪烁体的一个端面引出光纤的数量；根据“1”的位置，将引出的光纤同对应位置的光电转换器件连接；

当根据每个闪烁体二进制编码中的“1”进行闪烁体与光电转换器件连接时，所述闪烁体的数量不多于2^N-(N+1)个，对应的二进制编码中不包括只包含一个“1”的编码和全部为“0”的编码。

2.根据权利要求1所述的粒子位置探测装置，其特征在于，所述闪烁体为有机或无机闪烁体，形状为条状或块状，表面抛光，连接光纤的端面裸露，其余表面外部包裹反射膜；当有粒子穿过闪烁体时，所述闪烁体产生大量荧光，荧光通过所述闪烁体的端面进入光纤，满足全反射角的荧光以全放射的方式穿过光纤。

3.根据权利要求2所述的粒子位置探测装置，其特征在于，所述光纤型号与所述荧光的波长范围匹配，每根光纤的长度相等。

4.根据权利要求1所述的粒子位置探测装置，其特征在于，所述第一电子学模块根据采集到的所述电信号的时间和电荷信息判断各通道中是否包含有效信号；有，则将该通道的输出值设置为1；无，则将该通道的输出值设置为0；

通过N个通道输出值识别得到粒子击中的闪烁体的编码。

5.根据权利要求1-4任一所述的粒子位置探测装置，其特征在于，还包括第二光电转换模块，第二电子学模块；

所述第二光电转换模块通过光纤与所述第一光电转换模块与所述闪烁体连接的端面的对侧端面连接；接收将该端面发出的光信号；

所述第二光电转换模块包括与所述第一光电转换模块相同的N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第二光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；

所述第二电子学模块与所述第一电子学模块结构相同，用于采集所述N个通道电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置；

记录所述第一、第二电子学模块对同一粒子进行电子学测量的时间差，根据所述时间差信息确定粒子穿过所述闪烁体的径向位置，得到所述粒子从探测区域中穿过的二维坐标。

6.一种粒子位置探测系统，其特征在于，在所述探测区域中平行的多层平面布置如权利要求5所述的粒子位置探测装置；

每个所述粒子位置探测装置，用于探测粒子进入其布置平面的二维坐标，顺序连接粒子穿过每个所述粒子位置探测装置探测到的二维坐标，构成所述粒子经过所述探测区域的轨迹。

7.一种利用如权利要求6所述的粒子位置探测系统的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、在探测区域内布置所述粒子位置探测系统；

步骤S2、当单个粒子穿过探测区域，击中多层布置的所述粒子位置探测装置中进行二进制编码的闪烁体，产生光信号；

步骤S3、分别对所述闪烁体通过与其布置方向垂直的相对两侧端面引出的光信号进行光电转换和信号放大，得到两组所述闪烁体的二进制编码对应的电信号；

步骤S4、对所述电信号进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过的闪烁体在布置方向的位置坐标；记录对两组所述闪烁体的二进制编码的电子学测量时间差，确定粒子穿过所述闪烁体的径向位置坐标；即得到所述粒子从探测区域中穿过的二维坐标；

步骤S5、顺序连接粒子穿过每个所述粒子位置探测装置探测到的二维坐标，构成所述粒子经过所述探测区域的轨迹。