CN101080650B - 改进的γ射线成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的装置是一种γ射线成像装置，其包括：具有观测场(5)的γ照相机(1)，用准直管(6)校准的γ光谱探测器(7)，其中准直管(6)具有观测场(8)，该观测场围绕轴(x2)扩展并在离γ照相机给定距离(d)以外包括在γ照相机(1)的观测场(5)中；具有视线(x3)的激光指示器(9)，该激光指示器的位置靠近γ光谱准直管(6)，以使视线(x3)基本上平行于准直管(6)的观测场(8)的轴(x2)并贯穿准直管(9)的观测场(8)；装置(1、10)，用于确定由激光指示器(9)指向的区域(12)的位置。

Description

改进的γ射线成像装置
技术领域
本发明涉及改进的γ射线成像装置。
背景技术
自从20世纪90年代已开发了γ射线成像装置，其目的是远程确定放射性γ辐射源(即发射γ辐射的源)的位置。这些γ射线成像装置包括γ照相机。
γ照相机的操作原理是众所周知的：闪烁器从γ辐射源接收γ光子，然后产生光信号，该光信号被放大并通常用电荷耦合器件(CCD)(与处理装置相联系)加以探测。电荷耦合器件确定γ辐射的位置，其中γ辐射发射自γ辐射源并与闪烁器相互作用。这样的γ照相机是相对敏感的并具有高性能。
一般说来，两个图像被叠加，首先通过γ照相机接受对应于γ辐射的γ辐射源的图像，其次通过γ照相机本身或通过彩色照相机(与γ照相机相联系)获得观测现场的可见像。由闪烁器接收的γ辐射图像通常呈现伪色。当用γ照相机获得时，观测现场的可见像是黑白图像。
这样的γ射线成像装置能够确定空间中γ辐射源的位置，其使得它们特别适合于要在辐照介质进行的准备工作如维护、拆卸或检查操作。
此外，只要特别对入射γ辐射的能量作出某些假设，这些γ射线成像装置的某些就可以用于量化剂量率(起因于图像分析)。
然而，如果需要鉴定和量化引起γ辐射的放射性元素，那么则需要光谱仪，该光谱仪能够测量发射的γ光子的能量以及在一定时间间隔内对它们的数目进行计数。通常并不同时使用光谱仪和成像装置。此外，当依次或同时使用它们时，决不能确定它们会精确地指向相同的位置，其意味着两个系列的测量结果并不相关。因而，当进行光谱测量时，我们并不知道是否能量收集自与由成像装置定位的那些放射性元素相同的放射性元素。从这些测量结果得出的结论可能是错误的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点。
更确切地说，本发明的目的是披露一种用于远程确定γ辐射源位置的γ射线成像装置，该装置可以表征引起γ辐射(由γ辐射源发射)的放射性元素，以便改善测量结果的精度。
为实现此目的，本发明涉及一种γ射线成像装置，其包括γ照相机，而γ照相机具有围绕轴扩展的观测场。该γ射线成像装置还包括：
-用准直管校准的γ光谱探测器，其中准直管具有观测场，该观测场围绕轴扩展并在离γ照相机给定距离以外包括在γ照相机的观测场中，
-具有视线的激光指示器，该激光指示器的位置靠近γ光谱准直管，以致所述视线平行于准直管的观测场的线并贯穿(intersect)准直管的观测场，
-装置，用于探测由激光指示器指向的区域。
优选地，将激光指示器固定于γ光谱准直管，以便改善表征精度。
甚至可能的是，将激光指示器包括在γ光谱准直管中。
激光指示器可以在可见区或近可见区进行发射。
用于探测由激光指示器指向的区域的装置可以由γ照相机构成。
用于探测由激光指示器指向的区域的装置可以由附加照相机构成，其中激光指示器发射附加照相机对其敏感的辐射。这种结构可以例如相当于其中γ照相机是编码掩模照相机(coded maskcamera)的情况。
附加照相机的观测场类似于γ照相机的观测场。
优选地，准直管的观测场只限于改善选择性，并且它包括γ照相机的观测场的大约十分之一至四分之一。
γ照相机可以是针孔照相机或编码掩模照相机。
为了便于装置的组装，γ照相机的观测场可以围绕轴扩展，其中所述轴基本上平行于γ光谱准直管的观测场的轴并平行于激光指示器的视线。
在有附加照相机的情况下，附加照相机的观测场可以围绕轴扩展，其中所述轴基本上平行于γ光谱准直管的观测场的轴并平行于激光指示器的视线。
优选地，用密度大于钢密度的材料制作准直管。
优选地，γ光谱探测器尽可能紧凑，以限制装置的尺寸。
上述给定距离优选大约为1米。
本发明还涉及使用如此表征的γ射线成像装置的方法。
该方法包括：
用γ照相机确定γ辐射源的位置，其中γ辐射源发射具有能谱的γ辐射，
使成像装置定向，以使激光指示器指向对应于γ辐射源的区域或指向γ辐射源的一部分，
通过探测装置检查取向是正确的，其中采用由激光指示器指向的区域的光，
利用γ光谱探测器，获得由如此定位的γ辐射源所发射的γ辐射的能谱。
附图说明
通过阅读具体实施方式的描述并参照附图，可以更好地理解本发明，该给出的实施方式纯粹是说明性的而不是限制性的，其中：
图1示出了根据本发明的γ射线成像装置的一个实例的纵剖面图；
图2以三维方式示出了根据本发明的γ射线成像装置的另一个实例。
在以下描述的不同附图中，相同、类似或等效部分是用相同的数字标记加以标明，以方便附图之间的比较。
在附图中示出的不同部分并不一定具有相同的比例，以使附图更易懂。
具体实施方式
参照图1，其示出了根据本发明的改进的γ射线成像装置的一个实例的纵剖面图，并参照图2，其以三维方式示出了根据本发明的改进的γ射线成像装置的另一个实例。
γ射线成像装置包括γ照相机1。它用来确定γ辐射源的位置。在图1中，它们之一被标明为标记2。
这种γ照相机1可以是任何类型，例如，它可以具有针孔型准直管3(如图2所示)，以从γ辐射源2收集γ光子。作为一种变型，它可以通过编码掩模孔(coded mask opening)4来校准γ光子(如图1所示)。
γ照相机1具有围绕轴x1扩展的观测场5。在没有编码掩模的变型中，这种γ照相机1可以获得位于其观测场5中的现场的可见像，并因此可以获得γ辐射源2的可见像。这种图像是单色(黑白)图像。
成像装置还包括γ光谱准直管6，其中放置有γ光谱探测器7。γ光谱准直管6由致密材料制成，并且其密度大于钢的密度。例如，这种材料可以基于铅和/或钨和/或铜。准直管6被固定于γ照相机1。
γ光谱准直管6的孔6.1通向观测场8，该观测场8在离γ照相机1给定距离(d)以外被包括在γ照相机1的观测场5中。距离(d)大约为1米。
γ光谱探测器7面向γ光谱准直管6的孔6.1。
γ光谱准直管6的观测场8围绕轴x2进行扩展。有利地(因为容易实现)，优选的是，γ光谱准直管6的观测场8的轴x2基本上平行于γ照相机1的观测场5的x1轴。由于选择性原因，优选的是，γ光谱准直管6的观测场8小于γ照相机1的观测场5。γ光谱准直管6的观测场8可以是例如γ照相机1的观测场5的大约十分之一至四分之一。
优选地，γ光谱探测器7尽可能紧凑，以使根据本发明的成像装置保持尽可能紧凑。
γ光谱探测器是众所周知的仪器并且它们具有在探测期间与γ光子相互作用的活性部分(活动件，active part)。这种活性部分可以由闪烁晶体制成，例如掺杂有铊的碘化钠或基于半导体例如CdZnTe。使用基于CdZnTe的紧凑γ光谱探测器通常是非常令人满意的。γ光谱探测器用来和处理装置(未示出)相配合，以处理由γ光谱探测器输出的信号。
根据本发明的γ射线成像装置还包括激光指示器9。这种激光指示器9的位置靠近γ光谱探测器7。它与γ光谱准直管6耦合。它可以被放置在γ光谱准直管6内或外部。
激光指示器9可以被直接固定于γ照相机1。作为一种变型，它可以被固定于γ光谱准直管6。
当γ光谱准直管6装有激光指示器9时，它包括面向激光指示器9的第二孔6.2。激光指示器9具有视线x3，该视线x3必须平行于γ光谱准直管6的观测场8的轴x2。为了获得根据本发明的γ射线成像装置的最佳操作，则需要在γ光谱探测器7和激光指示器9之间的接近特性以及视线x3和γ光谱准直管6的观测场8的轴x2之间的平行性。
因此，在离激光指示器9的给定距离d′处，激光指示器9的视线x3贯穿γ光谱准直管6的观测场8。该距离d′可以不同于距离d。该距离d′通常大于约1米。这样，激光指示器9的视线x3还贯穿γ照相机1的观测场5。
在根据本发明的γ射线成像装置中，还可能的是，探测装置1、10能够探测由激光指示器9指向的区域12。激光指示器9的波长适合于所述探测装置1、10。这些探测装置1、10可以通过γ照相机1本身来实现。从上述我们已经看到，某些γ照相机具有可见或近可见视图获取功能。通过这些照相机获得的图像是黑白图像，但这并不产生任何问题。
作为一种变型，探测装置1、10可以由附加可见或近可见照相机10(例如，红外照相机)构成。这种附加照相机10具有围绕轴x4扩展的观测场11。该附加照相机10被固定于γ照相机1，以使它们的观测场5、11彼此靠近。在图2中已经示出附加照相机10，其相邻于γ光谱准直管6。有利地，选择用于激光指示器9的波长将是在可见或近可见范围内。再次注意，γ编码掩模照相机无法提供可见像，并且在这种情况下，附加照相机10获得其应有的作用。
激光指示器9将指向辐射源2的区域12。通过被定位在探测装置1、10的相应的观测场5、11，该区域12将被探测装置1、10(即γ照相机1和/或附加照相机10)探测。如果γ照相机1探测由激光指示器9指向的区域12，则很显然，激光指示器9的视线x3会贯穿γ照相机1的观测场5。在这种情况下，由γ照相机获得的区域12的图像并不是彩色图像，而是黑白图像。这并不产生任何问题，因为由激光指示器9产生的亮度能够清楚地显示区域12。如果附加照相机10探测激光指示器9正指向的区域12，那么视线x3必须贯穿附加照相机10的观测场11。
一种有利的和特别易于制作的结构是使γ照相机1、γ光谱准直管6以及附加照相机10(如果存在一个)的观测场5、8、11的轴x1、x2、x4彼此平行并且平行于激光指示器9的视线x3。这种构造示于图1和图2中。
现在我们将描述使用根据本发明的γ射线成像装置的方法。
利用γ照相机1来定位γ辐射源2。对成像装置进行定向，以使激光指示器9指向区域12，该区域12对应于γ辐射源2或γ辐射源的一部分(在宽源(wide source)的情况下)。
利用探测装置1、10，并通过观察由激光指示器指向的区域12，来检查激光指示器9的取向是否正确。
如果考虑到激光指示器9和γ光谱准直管6的接近条件以及它们的轴x2、x3之间的平行性，那么将γ辐射源2或此源的一部分定位于γ光谱准直管6的观测场8。
下一步骤是利用γ光谱探测器7来获得由如此定位的γ辐射源2发射的γ辐射能谱。γ光谱探测器7输出脉冲电流，该脉冲电流的振幅与其吸收的能量即其接受自辐射源的γ光子的能量成正比。在多道分析器型处理装置中，这些脉冲被处理为它们的振幅的函数。结果是具有光电峰的能谱，其给出作为γ辐射能量的函数的脉冲数目。
按照在光谱测定法中通常确定的原理，对光谱中获得的光电峰进行分析可提供确定主要放射性元素的方式，其中该放射性元素发射引起辐照的γ光子。
激光指示器9在空间信息(即，要定位和确定的γ辐射源的局部区域的位置)和光谱信息(即，由γ辐射源发射的γ辐射的能谱)之间形成连接。这种激光指示器可以引导根据本发明的γ射线成像装置的移动并确保γ光谱准直管正确地“观测”由γ照相机定位的γ辐射源2。
γ射线成像还提供关于γ辐射源范围的信息，在分析能谱期间，尤其是当要求评估γ辐射源的活性时，可以使用这种信息。
在装置中γ射线成像和γ光谱测定法的联合具有两个优点。首先，由γ射线成像提供的结果指出在希望通过γ光谱测定法来表征的环境中最强的辐射源。其次，γ射线成像可以提供关于辐照区域的范围的信息，在解释通过γ光谱测定法获得的测量结果时，尤其是当需要利用测得的能谱来评估辐射源的活性时，可以考虑到上述信息。这种评估接受了对辐射源空间分布(由γ射线成像给出的信息)作出的假设。
虽然已详细说明和描述了本发明的几个具体实施方式，但可以理解，可以进行不同的变化和更改而不偏离本发明的范围。

Claims (14)

1.γ射线成像装置，包括具有第一观测场(5)的γ照相机(1)，其特征在于，所述γ射线成像装置还包括：
用γ光谱准直管(6)校准的γ光谱探测器(7)，其中所述γ光谱准直管具有第二观测场(8)，而所述第二观测场(8)围绕轴x2扩展并在离所述γ照相机给定距离(d)以外包括在所述γ照相机(1)的所述第一观测场(5)中，
具有视线(x3)的激光指示器(9)，所述激光指示器(9)的位置靠近所述γ光谱准直管(6)，使得所述视线(x3)与所述γ光谱准直管(6)的所述第二观测场(8)的所述轴x2平行并贯穿所述γ光谱准直管(6)的所述第二观测场(8)，
用于探测由所述激光指示器(9)指向的区域(12)的装置(1、10)，
并且其中所述γ照相机(1)是针孔照相机或编码掩模照相机。
2.根据权利要求1所述的γ射线成像装置，其中，所述激光指示器(9)固定于所述γ光谱准直管(6)。
3.根据权利要求1所述的γ射线成像装置，其中，所述激光指示器(9)包括在所述γ光谱准直管(6)中。
4.根据权利要求1所述的γ射线成像装置，其中，所述激光指示器(9)在可见区或近可见区进行发射。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置，其中，用于探测由所述激光指示器(9)指向的所述区域(12)的装置由所述γ照相机(1)本身构成。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置，其中，用于探测由所述激光指示器(9)指向的所述区域(12)的装置由附加照相机(10)构成，所述激光指示器(9)发射所述附加照相机(10)敏感的辐射。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置，其中，所述γ光谱准直管的所述第二观测场(8)是所述γ照相机(1)的所述第一观测场(5)的十分之一至四分之一。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置，其中，所述γ照相机(1)的所述第一观测场(5)围绕轴x1扩展，其中所述轴x1与所述γ光谱准直管(6)的所述第二观测场(8)的所述轴x2平行并且与所述激光指示器(9)的所述视线(x3)平行。
9.根据权利要求6所述的γ射线成像装置，其中，所述附加照相机(10)的第三观测场(11)围绕轴x4扩展，其中所述轴x4与所述γ光谱准直管(6)的所述第二观测场(8)的所述轴x2平行并且与所述激光指示器(9)的所述视线(x3)平行。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置，其中，所述γ光谱准直管(6)用密度大于钢密度的材料来制作。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置，其中，所述距离(d)为1米。
12.根据权利要求2或3所述的γ射线成像装置，其中，所述激光指示器(9)在可见区或近可见区进行发射。
13.使用根据权利要求1至4中任一项所述的γ射线成像装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
用γ照相机(1)对γ辐射源(2)进行定位，其中所述γ辐射源发射具有能谱的γ辐射；
对所述成像装置定向，使得其具有使激光指示器(9)指向一区域(12)的取向，所述区域(12)对应于所述γ辐射源(2)或对应于所述γ辐射源的一部分；
通过探测装置(1、10)检查所述取向是正确的，其中采用由所述激光指示器(9)指向的所述区域(12)的光；
利用γ光谱探测器(7)，获得由如此定位的所述γ辐射源(2)所发射的所述γ辐射的所述能谱。
14.使用根据权利要求6所述的γ射线成像装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
用γ照相机(1)对γ辐射源(2)进行定位，其中所述γ辐射源发射具有能谱的γ辐射；
对所述成像装置定向，使得其具有使激光指示器(9)指向一区域(12)的取向，所述区域(12)对应于所述γ辐射源(2)或对应于所述γ辐射源的一部分；
通过探测装置(1、10)检查所述取向是正确的，其中采用由所述激光指示器(9)指向的所述区域(12)的光；
利用γ光谱探测器(7)，获得由如此定位的所述γ辐射源(2)所发射的所述γ辐射的所述能谱。
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