CN101251601A - 用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器 - Google Patents
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本发明属于辐射探测装置，具体涉及一种用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，本发明中，上下光电装置相同的电子过滤片、反射膜、闪烁体和光电倍增管相同，且对称布置。因此可以事先标定好两边探测器的灵敏度差异，将其中一边的光电装置作为本底探测器，另一边的光电装置作为总信号探测器。测量时，在其中一边的光电装置的闪烁体前加3mm厚的石墨片或铝片用于阻挡从靶出射的电子，使其无法到达闪烁体，这样，它得到的便是周围伽马和中子的干扰信号。两光电装置的输出信号经过延时校正和灵敏度校正后进行相减，便得到真实的信号。因此，本发明可以有效扣除屏蔽不足造成的干扰，从而提升了探测器的性能。
Description
技术领域
本发明属于辐射探测装置，具体涉及一种用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器。
背景技术
脉冲辐射场伽马射线诊断具有如下三大特点：1.辐射场通常是脉冲中子和伽马射线的混合辐射场，中子强度有时比伽马高出数倍以上，因而要求探测器系统具有很高的γ/n分辨能力。2.脉冲伽马/X射线能谱至今无法进行精确测量，强度测量要求探测系统具有平坦的能量响应；3.辐射场强度跨度大，需要采用多种探测器进行联合测量。
在现有脉冲伽马(γ)射线探测中，主要采用两类探测器系统：一种是闪烁体与光电倍增管或闪烁体与光电管等光电器件组成的闪烁探测器；另一种是基于康普顿效应设计的真空康普顿探测器(VCD)和介质康普顿探测器(DCD)。基于闪烁体的光电探测器灵敏度高，适合于低强度伽马射线束的测量，其灵敏度通常在10-10-10-20C.cm2，但由于闪烁体和光电器件对中子比较灵敏，即使采用无机闪烁体，其γ/n分辨也很难超过20倍，同时，这类探测器是基于能量收集的探测器，对伽马射线的探测灵敏度随能量的变化比较剧烈，对于伽马射线强度测量能量响应不够理想；康普顿探测器是电荷收集型探测器，其本征的γ/n分辨能力可达50倍以上，但灵敏度很低，通常在10-19-10-23C.cm2，适合于高强度伽马射线束参数的测量，其能量响应比闪烁探测器要平坦，但不是很理想。
因此，研制同时具有灵敏度高，能量响应平坦的脉冲伽马探测器，而且其具有亚纳秒超快时间响应、30-100倍的高γ/n分辨能力、在0.5MeV一4MeV伽马能量范围内能量响应较理想，综合性能优异的脉冲伽马辐射探测器一直是脉冲伽马辐射场探测技术研究的重要目标之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高，γ/n分辨能力大，能量响应平坦的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器。
本发明是这样实现的：它包括圆扩孔头，与圆扩孔头相连的方形主筒，圆扩孔头的前端为入射窗，方形主筒的后端设有后出射窗，圆扩孔头的内侧前端设有清扫磁铁，在圆扩孔头与方形主筒连接处通过前靶架设有前靶，前靶的后端设有带扩孔的电子铝挡环，穿过方形主筒的上下面均设有光电装置，光电装置包括绝缘筒，在绝缘筒的前端从外向里依次设有电子过滤片、反射膜和闪烁体，绝缘筒内设有光电倍增管，上下光电装置的电子过滤片、反射膜、闪烁体和光电倍增管均相同，且对称布置。
本发明中，上下光电装置相同的电子过滤片、反射膜、闪烁体和光电倍增管相同，且对称布置。因此可以事先标定好两边探测器的灵敏度差异，将其中一边的光电装置作为本底探测器，另一边的光电装置作为总信号探测器。测量时，在其中一边的光电装置的闪烁体前加3mm厚的石墨片或铝片用于阻挡从靶出射的电子，使其无法到达闪烁体，这样，它得到的便是周围伽马和中子的干扰信号。两光电装置的输出信号经过延时校正和灵敏度校正后进行相减，便得到真实的信号。因此，本发明可以有效扣除屏蔽不足造成的干扰，从而提升了探测器的性能。本发明具有60倍以上的γ/n本征分辨能力，这里所指的γ/n分辨能力是针对带能谱的伽马(蒸发谱)和中子(Watt裂变谱)入射而言的。本发明对0.4～4MeV能量范围内伽马响应平坦，其中，0.4～2.5MeV能量段内能量响应变化小于5％，0.4～4MeV能量范围内能量响应变化小于15％。
作为本发明的进一步改进，本发明采用快响应的ST401塑料闪烁体，其时间响应可以小于5ns。
附图说明
图1为本发明的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器的结构图；
图2为图一种R处的电子过滤片13、反射膜12和闪烁体11的放大图；
图中：1圆扩孔头，2方形主筒，3入射窗，4后出射窗，5清扫磁铁，6前靶，7电子铝挡环，8后靶，9后靶架，10光电倍增管，11闪烁体，12反射膜，13电子过滤片，14绝缘筒，15前靶架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述：
如图1和图2所示，一种用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，在偏离伽马射线束流方向的通道两侧，采用闪烁体来收集伽马射线在靶上产生的次级电子能量。它包括圆扩孔头1，与圆扩孔头1相连的方形主筒2，圆扩孔头1的前端为入射窗3，方形主筒2的后端为后出射窗4，圆扩孔头1的内侧前端设有清扫磁铁5，清扫磁铁5用于清除在前靶之前的杂质电子。在圆扩孔头1与方形主筒2连接处通过前靶架15设有前靶6，前靶6的后端设有带扩孔的电子铝挡环7，穿过方形主筒2的上下面均设有光电装置，光电装置可以与方形圆筒2垂直或与垂直方向稍倾斜。光电装置包括绝缘筒14，在绝缘筒14的前端从外向里依次设有电子过滤片13、反射膜12和闪烁体11，绝缘筒14内设有光电倍增管10，上下光电装置的电子过滤片13、反射膜12、闪烁体11和光电倍增管10均相同，且对称布置。
本探测装置的原理为：伽马射线在靶上产生的电子部分达到闪烁体11，通过能量沉积使闪烁体的分子激发，产生荧光，这些荧光进入光电倍增管10或光电管，在其光阴级上产生光电子，通过碰撞放大形成输出电流。
使用时，事先标定好两边探测器的灵敏度差异，将其中一边的光电装置作为本底探测器，另一边的光电装置作为总信号探测器。测量时，在其中一边的光电装置的闪烁体前加3mm厚的石墨片或铝片用于阻挡从靶出射的电子，使其无法到达闪烁体，这样，它得到的便是周围伽马和中子的干扰信号。两光电装置的输出信号经过延时校正和灵敏度校正后进行相减，便得到真实的信号。
本发明既可以采用上述的单靶形式，也可以增加后靶，成为双靶形式。即在圆扩孔头1内，光电装置与后出射窗4之间通过后靶架9设有后靶8。
实施例1
闪烁体11前表面距离束流中轴线距离为8cm，前靶6和闪烁体11的中心线的距离为7cm，后靶8和闪烁体11中心线的距离为6cm。入射窗3和出射窗4为25μm铝箔，用于将电子密闭在空间内。闪烁体11为ST401塑料闪烁体或ZnO无机闪烁体。电子过滤片13为20μm铝箔。电子铝挡环7为3mm厚铝片，电子铝挡环7的中间扩孔为
50mm，清扫磁铁5和前靶6之间的距离为80mm。前靶6和后靶8为
20×0.1mm的钨片，用细金属丝悬挂在前靶架15和后靶架9上，前靶架15和后靶架9为框架结构。闪烁体11前加30μm的塑料反射膜12，反射膜12反射率大于80％，用于增加光收集效率。
光电装置可根据需要采用相应的光电倍增管，可在空气状态下使用也可在真空状态下使用，使用方便。发明对0.4～4MeV能量范围内伽马响应平坦，其中，0.4～2.5MeV能量段内能量响应变化小于5％，0.4～4MeV能量范围内能量响应变化小于15％本发明具有60倍以上的γ/n本征分辨能力，这里所指的γ/n分辨能力是针对带能谱的伽马(蒸发谱)和中子(Watt裂变谱)入射而言的。本发明采用快响应的ST401和快响应的光电器件，其时间响应可以小于5ns。
铝箔和反射膜可以将空气中一些低能杂散电子过滤，同时将一些较低能的带电粒子如空气中产生的α粒子质子等阻挡或部分阻挡。本发明采用光电倍增管也可以由光电管代替。本发明使用时需要做好周围屏蔽以减小干扰提高信噪比。
实施例2
本实施例中，闪烁体11前表面距离束流中轴线距离为5cm，前靶6和闪烁体11中心线距离为5cm，后靶8和闪烁体11中心线距离为4cm。入射窗3和出射窗4为20μm铝箔。闪烁体11为ST401塑料闪烁体或ZnO无机闪烁体。电子过滤片13为10μm铝箔。电子铝挡环7为2mm厚铝片，电子铝挡环7的中间扩孔为
40mm，清扫磁铁5和前靶6之间的距离为60mm。前靶6和后靶8为
20×0.1mm的钨片，用细金属丝悬挂在前靶架15和后靶架9上，前靶架15和后靶架9为框架结构。闪烁体11前加10μm的塑料反射膜12，反射膜12反射率大于80％，用于增加光收集效率。
实施例3
本实施例中，闪烁体11前表面距离束流中轴线距离为10cm，前靶6和闪烁体11中心线的距离为10cm，后靶8和闪烁体11中心线的距离为8cm。入射窗3和出射窗4为30μm铝箔。闪烁体11为ST401塑料闪烁体或ZnO无机闪烁体。电子过滤片13为30μm铝箔。电子铝挡环7为4mm厚铝片，电子铝挡环7的中间扩孔为
60mm，清扫磁铁5和前靶6之间的距离为100mm。前靶6和后靶8为
20×0.1mm的钨片，用细金属丝悬挂在前靶架7和后靶架9上，前靶架7和后靶架9为框架结构。闪烁体11前加50μm的塑料反射膜12，反射膜12反射率大于80％，用于增加光收集效率。
Claims (8)
1. 一种用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：它包括圆扩孔头(1)，与圆扩孔头(1)相连的方形主筒(2)，圆扩孔头(1)的前端设有入射窗(3)，方形主筒(2)的后端设有后出射窗(4)，圆扩孔头(1)的内侧前端设有清扫磁铁(5)，在圆扩孔头(1)与方形主筒(2)连接处通过前靶架(15)设有前靶(6)，前靶(6)的后端设有带扩孔的电子铝挡环(7)，穿过方形主筒(2)的上下面均设有光电装置，光电装置包括绝缘筒(14)，在绝缘筒(14)前端从外向里依次设有电子过滤片(13)、反射膜(12)和闪烁体(11)，绝缘筒(14)内设有光电倍增管(10)，上下光电装置的电子过滤片(13)、反射膜(12)、闪烁体(11)和光电倍增管(10)均相同，且对称布置。
2. 如权利要求1所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：在圆扩孔头(1)内，光电装置与后出射窗(4)之间通过后靶架(9)设有后靶(8)。
3. 如权利要求2所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：闪烁体(11)前表面距离束流中轴线距离为5～10cm，前靶(6)和闪烁体(11)中心线距离5～10cm，后靶(9)和闪烁体(11)中心线距离4～8cm。
4. 如权利要求3所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：入射窗(3)和后出射窗(4)为20～30μm铝箔。
5. 如权利要求3所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：闪烁体(11)为ST401塑料有机闪烁体或ZnO无机闪烁体。
6. 如权利要求3所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：电子过滤片(13)为10～30μm铝箔。
7. 如权利要求3所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：电子铝挡环(7)为2～4mm厚的铝片，电子铝挡环(7)的中间扩孔直径为Φ40～60mm，清扫磁铁(5)和前靶(6)之间的距离为60～100mm。
8. 如权利要求3所述的用于脉冲伽马探测的散射式闪烁探测器，其特征在于：所述的前靶(6)和后靶(8)为钨片，用细金属丝悬挂在前靶架(15)和后靶架(9)上，前靶架(15)和后靶架(9)为框架结构。
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