[发明专利]一种能量阈值可选的契伦科夫探测阵列屏

说明书

本发明涉及高能射线成像技术，具体涉及一种能量阈值可选的契伦科夫探测阵列屏，为解决现有技术中契伦科夫辐射体对应的能量阈值的调整范围非常有限的不足之处。本发明的能量阈值可选的契伦科夫探测阵列屏包括转换体阵列结构以及外部封装，转换体阵列结构包括平行排布的金属毛细管形成的阵列以及金属毛细管中填充的二氧化硅气凝胶，相邻金属毛细管之间密封不透光；金属毛细管作为二氧化硅气凝胶的包层，用于提高射线转换为次级带电粒子的效率，其中二氧化硅气凝胶的折射率为1.01‑1.2。

技术领域

本发明涉及高能射线成像技术，具体涉及一种能量阈值可选的契伦科夫探测阵列屏。

背景技术

在高能量密度物理测量和宇宙高能射线诊断中，具有能量分辨的射线测量技术是精细化诊断的发展方向，是不断提高高能射线物理认识水平的必然需求。在建的超快伽马射线装置和惯性约束聚变装置诊断中，通过能量分辨的超快射线成像技术来诊断装置辐射区的形态参数演化和区分不同物理过程的作用机制是一项重要的手段。同时应用有效的能量卡阈探测技术减少低能散射或本底射线对信息的干扰，可获得更高质量的目标信息。在宇宙高能射线粒子物理诊断中，不同能量的高能粒子代表了不同天体物理演化信息，要求探测技术必须具有能量甄别本领。目前，射线探测技术主要以闪烁体为辐射转换体，闪烁体本身虽具有位置分辨和超快的时间分辨能力，然而闪烁体对各种能量的射线均有响应，无法对射线的能量进行甄别探测。

契伦科夫转换体兼具超快的时间响应能力(百ps级)和能量阈值特性。可以作为契伦科夫转换体的材料有气体、液体和固体，相对来说，固体易于加工形成阵列，气体和液体对灌封工艺要求较高。激发转换体辐射契伦科夫光子的射线能量阈值与转换体的折射率相关，折射率越大，对应射线的能量阈值越低，反之，射线的能量阈值则越高。现有可作为契伦科夫转换体的液体、固体的折射率均在1.2以上，对应较低的能量阈值，而气体的折射率较低，几乎接近于1，能量阈值较高，虽然通过改变气体压强可进一步提高折射率，但较为有限，而且高压气体使用不方便，因而采用现有契伦科夫转换体所对应的能量阈值存在一定的“盲区”，进而导致能量阈值的调整范围非常有限。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中契伦科夫辐射体对应的能量阈值的调整范围非常有限的不足之处，提供一种能量阈值可选的契伦科夫探测阵列屏。

发明构思

本发明基于带电粒子和射线在材料中输运产生的契伦科夫效应，将带电粒子和射线信息转换成可采集传输的可见光信息。根据契伦科夫效应，如果介质中的带电粒子群速度超过介质中的光速，就会产生契伦科夫辐射，即只有大于一定能量阈值的带电粒子才能在材料中产生契伦科夫辐射，其产生契伦科夫辐射的能量阈值与材料的折射率有关。因高能射线(如伽马、中子)与介质作用可生成次级带电粒子，故高能射线也可实现基于契伦科夫辐射的探测。

二氧化硅气凝胶是解决折射率在1.01-1.2之间契伦科夫转换体的一种重要材料，为该折射率范围所对应的能量阈值探测提供了解决途径。但单纯的块状或平板型气凝胶材料不具备图像探测和位置探测功能，因此，我们结合二氧化硅气凝胶和金属毛细管阵列，应用每根金属毛细管独立导光的作用建立位置分辨功能，同时采用金属包层材料可提高射线向次级带电粒子的转换效率，开发折射率在1.01-1.2之间的契伦科夫辐射探测阵列。

为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

一种能量阈值可选的契伦科夫探测阵列屏，其特殊之处在于：包括转换体阵列结构以及外部封装，转换体阵列结构设置于外部封装内，外部封装用于保护转换体阵列结构，外部封装位于转换体阵列结构入射端和出射端的位置处留有通光孔；所述转换体阵列结构包括平行排布的金属毛细管形成的阵列以及金属毛细管中填充的二氧化硅气凝胶，相邻金属毛细管之间设置有不透光的密封材料；所述二氧化硅气凝胶的折射率为1.01-1.2；射线或带电粒子由所述转换体阵列结构的入射端进入，在转换体阵列结构中产生契伦科夫辐射，转换为契伦科夫光子由出射端出射，金属毛细管作为二氧化硅气凝胶的包层，用于提高射线转换为次级带电粒子的效率。